一种基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路，包括直流电源，所述直流电源向启动模块供电，所述启动模块的第一输出端与发电机的输入端相连，发电机的输出端与输出模块的第一输入端相连，所述启动模块的第二输出端与控制模块的输入端相连，所述控制模块的第一输出端与输出模块的第二输入端相连，控制模块的第二输出端与启动模块的输入端相连。本实用新型通过采样电机绕组中电流信号反馈给控制电路，控制电路经计算比较发送控制信号驱动H桥逆变电路工作，将直流电压逆变为PWM脉冲启动发电机工作，待发电机进入发电状态，切断启动回路，闭合输出回路，将所发电能导入电阻负载，确保了发电机可靠工作。
【专利说明】
一种基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及斯特林发电机技术领域，尤其是一种基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路。
【背景技术】
[0002 ]自由活塞式斯特林直线发电机可将空间热源如太阳能，核能等转化成机械能，然后通过连接在发电机上的直线电机将机械能转化成电能，是一种重要的航天电源。航天电源是遥测设备和航天仪器仪表等的电力支持系统，所以对其可靠性要求非常高，而自由活塞式斯特林发电机相对于其它斯特林发电机具有效率高、排气污染少、噪音低、运转特性好、寿命长和可靠性高等优点。所以进行自由活塞式斯特林发电机控制电路的研究非常有意义。
[0003]传统斯特林发电机采用曲轴连杆连接发动机和发电机，使系统结构复杂，运转特性差，可控性差，效率低。自由活塞式斯特林直线发电机将自由活塞式斯特林直线发动机与直线发电机直接连接，省去曲轴连杆，使电系统具有快响应可控性，弥补了传统斯特林发电机控制装置复杂，响应慢的劣势。然而自由活塞式斯特林直线发动机的动子没有弹簧支撑，所以没有机械上的止点，其动子的静止位置不确定，容易出项撞缸和启动不了的问题。更重要的是，目前还没有研发出自由活塞式斯特林发电机的驱动控制电路，导致无法及时断开启动回路、闭合输出回路，无法确保发电机的可靠工作。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种不仅能够安全有效地启动发电机，而且可以及时断开启动回路，闭合输出回路，将电能安全导入负载，确保发电机可靠工作的基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:一种基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路，包括发电机、启动模块、直流电源、控制模块和输出模块，所述直流电源向启动模块供电，所述启动模块的第一输出端与发电机的输入端相连，发电机的输出端与输出模块的第一输入端相连，所述启动模块的第二输出端与控制模块的输入端相连，所述控制模块的第一输出端与输出模块的第二输入端相连，控制模块的第二输出端与启动模块的输入端相连。
[0006]所述启动模块包括预驱动电路、H桥逆变电路、测流电路和滤波电路，所述预驱动电路的输出端与H桥逆变电路的输入端相连，H桥逆变电路的输出端与测流电路的输入端相连，测流电路的输出端与滤波电路的输入端相连，滤波电路的输出端与控制模块的输入端相连，所述预驱动电路的输入端与控制模块的第二输出端相连。
[0007 ]所述输出模块由继电器KI和负载电阻R2组成，所述控制模块的第一输出端与继电器Kl的控制端相连。
[0008]所述H桥逆变电路由MOS管Ml、M0S管M2、M0S管M3和MOS管M4组成，所述MOS管Ml的源极和MOS管M3的漏极相连，所述MOS管M2的源极和MOS管M4的漏极相连，所述预驱动电路的输出端分别与MOS管M1、M0S管M2、M0S管M3和MOS管M4的栅极相连，所述MOS管Ml的漏极与MOS管M2的漏极相连后接直流电源，所述MOS管M3的源极和MOS管M4的源极共地，所述测流电路的输入端接在MOS管M2的源极和MOS管M4的漏极之间。
[0009]所述滤波电路由电阻R3、运算放大器Al和滤波电容Cl组成，所述电阻R3的一端接测流电路的输出端，电阻R3的另一端分别与滤波电容Cl的一端、运算放大器Al的反相输入端相连，运算放大器Al的正相输入端与运算放大器Al的输出端相连，运算放大器Al的输出端与控制模块的输入端相连。
[0010]由上述技术方案可知，本实用新型通过采样电机绕组中电流信号反馈给控制电路，控制电路经计算比较发送控制信号驱动H桥逆变电路工作，将直流电压逆变为PWM脉冲启动发电机工作，待发电机进入发电状态，切断启动回路，闭合输出回路，将所发电能导入电阻负载，确保了发电机可靠工作。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的电路原理图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，一种基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路，包括发电机1、启动模块3、直流电源5、控制模块2和输出模块4，所述直流电源5向启动模块3供电，所述启动模块3的第一输出端与发电机I的输入端相连，发电机I的输出端与输出模块4的第一输入端相连，所述启动模块3的第二输出端与控制模块2的输入端相连，所述控制模块2的第一输出端与输出模块4的第二输入端相连，控制模块2的第二输出端与启动模块3的输入端相连。所述输出模块4由继电器Kl和负载电阻R2组成，所述控制模块2的第一输出端与继电器Kl的控制端相连。直流电源5的作用是给启动模块3提供电源；启动模块3的作用是在发电机I进入发电状态前，给发电机I提供电激励，使发电机进入发电状态;控制模块2的作用是控制发电机I启动状态激励方式和激励功率的大小，同时控制发电机I由启动状态到发电状态的转换；输出模块4的作用是将发电机I所发电能导出。
[0013]如图1所示，所述启动模块3包括预驱动电路、H桥逆变电路、测流电路和滤波电路6，所述预驱动电路的输出端与H桥逆变电路的输入端相连，H桥逆变电路的输出端与测流电路的输入端相连，测流电路的输出端与滤波电路6的输入端相连，滤波电路6的输出端与控制模块2的输入端相连，所述预驱动电路的输入端与控制模块2的第二输出端相连。预驱动电路的作用是将控制模块2输出的弱控制信号进行放大，同时进行逻辑关系的组合，然后驱动H桥逆变电路工作;H桥逆变电路的作用是按照控制模块2所发控制信号进行相应方式的开关，将直流电源5输出的直流信号逆变为交流信号;测流电路的作用是测量启动输出的电流，用以和预设值比较并控制启动模块3的启动输出功率;滤波电路6的作用是将测流电路的输出信号进行滤波。
[0014]如图1所示，所述H桥逆变电路由MOS管Ml、M0S管M2、M0S管M3和MOS管M4组成，所述MOS管Ml的源极和MOS管M3的漏极相连，所述MOS管M2的源极和MOS管M4的漏极相连，所述预驱动电路的输出端分别与MOS管Ml、M0S管M2、M0S管M3和MOS管M4的栅极相连，所述MOS管Ml的漏极与MOS管M2的漏极相连后接直流电源5，所述MOS管M3的源极和MOS管M4的源极共地，所述测流电路的输入端接在MOS管M2的源极和MOS管M4的漏极之间。
[0015]如图1所示，所述滤波电路6由电阻R3、运算放大器Al和滤波电容Cl组成，所述电阻R3的一端接测流电路的输出端，电阻R3的另一端分别与滤波电容Cl的一端、运算放大器Al的反相输入端相连，运算放大器Al的正相输入端与运算放大器Al的输出端相连，运算放大器AI的输出端与控制模块2的输入端相连。
[0016]本实用新型需要在启动发电机I前，采高频电压注入法，启动发电机I运动。直线电机活塞运动带动直线发电机活塞运动，当发电机I活塞位移振幅达到预定值后，自由活塞式斯特林直线发电机进入发电状态，此时通过控制模块2断开启动回路，同时控制继电器Kl闭合输出回路，将所发电能输出到负载。
[0017]换句话说，启动发电机I前，由控制模块2发送高频电压脉冲至启动模块3中的预驱动电路，信号在预驱动电路中经过功率放大驱动H桥逆变电路中一对MOS管闭合，可以是MOS管Ml和MOS管M4，或者是MOS管M2和MOS管M3，直流电源5给发电机I的电机加载，在此过程中，启动模块3中测流电路检测电机绕组电流并反馈给控制模块2以控制电机加载功率，从而启动电机工作。发电机I中电动机活塞运动带动发电机活塞运动，当发电机活塞位移振幅达到预定值后，发电机I进入发电状态，此时通过控制模块2控制启动模块3中的预驱动电路不工作，启动电路断开。同时输出模块4通过控制模块2发控制指令给继电器Kl控制端，控制继电器Kl闭合，即输出电路闭合，所发电能被导入电阻负载。到此完成了自由活塞式斯特林直线发电机的控制循环。
[0018]综上所述，本实用新型通过采样电机绕组中电流信号反馈给控制电路，控制电路经计算比较发送控制信号驱动H桥逆变电路工作，将直流电压逆变为PffM脉冲启动发电机工作，待发电机I进入发电状态，切断启动回路，闭合输出回路，将所发电能导入电阻负载，确保了发电机可靠工作。
【主权项】
1.一种基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路，其特征在于:包括发电机(I)、启动模块(3)、直流电源(5)、控制模块(2)和输出模块(4)，所述直流电源(5 )向启动模块(3 )供电，所述启动模块(3)的第一输出端与发电机(I)的输入端相连，发电机(I)的输出端与输出模块(4)的第一输入端相连，所述启动模块(3)的第二输出端与控制模块(2)的输入端相连，所述控制模块(2)的第一输出端与输出模块(4)的第二输入端相连，控制模块(2)的第二输出端与启动模块(3)的输入端相连。2.根据权利要求1所述的基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路，其特征在于:所述启动模块(3)包括预驱动电路、H桥逆变电路、测流电路和滤波电路(6)，所述预驱动电路的输出端与H桥逆变电路的输入端相连，H桥逆变电路的输出端与测流电路的输入端相连，测流电路的输出端与滤波电路(6 )的输入端相连，滤波电路(6 )的输出端与控制模块(2 )的输入端相连，所述预驱动电路的输入端与控制模块(2)的第二输出端相连。3.根据权利要求1所述的基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路，其特征在于:所述输出模块(4 )由继电器KI和负载电阻R2组成，所述控制模块(2 )的第一输出端与继电器KI的控制端相连。4.根据权利要求2所述的基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路，其特征在于:所述H桥逆变电路由MOS管Ml、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4组成，所述MOS管Ml的源极和MOS管M3的漏极相连，所述MOS管M2的源极和MOS管M4的漏极相连，所述预驱动电路的输出端分别与MOS管Ml、M0S管M2、M0S管M3和MOS管M4的栅极相连，所述MOS管Ml的漏极与MOS管M2的漏极相连后接直流电源(5)，所述MOS管M3的源极和MOS管M4的源极共地，所述测流电路的输入端接在MOS管M2的源极和MOS管M4的漏极之间。5.根据权利要求2所述的基于自由活塞式斯特林发电机驱动控制电路，其特征在于:所述滤波电路(6)由电阻R3、运算放大器Al和滤波电容Cl组成，所述电阻R3的一端接测流电路的输出端，电阻R3的另一端分别与滤波电容Cl的一端、运算放大器Al的反相输入端相连，运算放大器Al的正相输入端与运算放大器Al的输出端相连，运算放大器Al的输出端与控制模块(2)的输入端相连。
【文档编号】H02P9/08GK205725543SQ201620560030
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】杨玉玲, 侯光泽, 刘昊, 胥春茜, 王波, 孔中科, 王建中
【申请人】中国电子科技集团公司第十六研究所