一种航空直流冗余发电机控制器的制作方法

本发明公开了一种航空直流冗余发电机控制器，属于航空电源系统。

背景技术：

1、直流发电系统是航空电源一种重要的供电体制，传统直流发电系统包括有刷直流发电机、调压器、保护器、反流隔断器等组成，随着电力半导体器件的发展，无刷直流发电系统逐渐成为航空电源系统采用的构型，包括无刷直流发电机、整流器(或者与电机本体集成)、控制器等组成，供电电压也从传统的28vdc提高为270vdc、540vdc。

2、控制器技术也不断改进，其中电压调节由传统的碳片调压方式改进为晶体管调压，可靠性和电源品质有了显著提升。目前，广泛采用单通道励磁斩波方式，技术成熟。

3、单通道励磁斩波方式经过不断优化，采取加大斩波管降额、缩短时间常数、续流串联tvs管等技术，也进一步提升了系统性能。但从根本还是缺少调压控制、斩波的冗余设计，同时浪涌电压抑制效果有限。

技术实现思路

1、本发明的目的是：

2、本发明提供一种航空直流冗余发电机控制器，从调压控制、斩波功率电路实现稳态电压调节的冗余设计；从改变续流回路的方式快速减小励磁电流，实现系统浪涌电压抑制。

3、本发明的技术方案是：

4、一种航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，该系统包括数字控制单元、下管硬件斩波电路、上管硬件斩波电路、调压使能继电器、下管隔离驱动电路、上管隔离驱动电路、下斩波管、上斩波管、励磁继电器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管；所述的下管硬件斩波电路的输入端与外部反馈电压发电机+连接，下管硬件斩波电路的输出端分别与调压使能继电器输入端、数字控制单元的第二输入端连接，调压使能继电器输出端与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极分别与下管隔离驱动电路输入端、第二二极管的阴极连接，下管隔离驱动电路输出端与下斩波管的控制端连接；所述的上管硬件斩波电路的输入端与外部反馈电压发电机+连接，上管硬件斩波电路的输出端与第三二极管的阳极连接，第三二极管的阴极与上管隔离驱动电路输入端连接，上管隔离驱动电路输出端与上斩波管的控制端连接；所述的数字控制单元的第一输入端与外部反馈电压发电机+连接，数字控制单元的第一输出端与调压使能继电器控制端连接，数字控制单元的第二输出端与第二二极管的阳极连接，数字控制单元的第三输出端与励磁继电器的控制端连接；所述励磁继电器的输入端与励磁电源正连接，励磁继电器的输出端与上斩波管的输入端、第四二极管的阴极连接；所述上斩波管的输出端与第五二极管的阴极、外部直流发电机励磁绕组正端连接；所述下斩波管的输出端与励磁电源负极、第五二极管的阳极连接。

5、所述下管硬件斩波电路包括分压、比较电路、pwm发生电路等，根据外部反馈电压发电机+的高低，输出频率恒定，占空比变化的pwm方波。

6、所述上管硬件斩波电路包括分压、基准电压电路、滞环比较电路，根据外部反馈电压发电机+的浪涌电压高低，输出上斩波管的控制信号。

7、所述调压使能继电器是控制下管硬件斩波电路输出，闭合后pwm方波可驱动后端下斩波管，从而调节励磁绕组电流。

8、所述下管隔离驱动电路是将pwm方波进行电气隔离，以驱动后端下斩波管。

9、所述上管隔离驱动电路是将上管硬件斩波电路输出的控制信号进行电气隔离，以驱动后端上斩波管。

10、所述励磁继电器是控制励磁电源为发电机励磁绕组提供励磁的接通和断开，励磁电源负与发电机输出负不连接。

11、所述数字控制单元是以微处理器芯片为硬件核心组成的控制系统，包括时钟、复位电路，输入输出调理电路，软件采用嵌入式软件方式。

12、所述下斩波管、上斩波管是n沟道增强型金属氧化物半导体场效应管mosfet。

13、所述第一二极管、第二二极管、第三二极管为开关二极管，第四二极管、第五二极管为快恢复二极管。

14、本发明的有益效果是：

15、在正常稳态发电时，上斩波管处于长通状态，不参与调节，上斩波管由下管硬件斩波电路输出的pwm方波进行控制，从而保证发电机电压保持稳定。当发电机出现浪涌电压时，除下斩波管断开外，上管硬件斩波电路也控制断开上斩波管，此时可实现励磁电流快速下降，抑制浪涌电压。当数字控制单元检测到下管硬件斩波电路无变换时，断开调压使能继电器，并采用数字调压方式，输出pwm波，控制下斩波管导通和关断。从而实现调压的冗余。

技术特征：

1.一种航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，该系统包括数字控制单元、下管硬件斩波电路、上管硬件斩波电路、调压使能继电器、下管隔离驱动电路、上管隔离驱动电路、下斩波管、上斩波管、励磁继电器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管；所述的下管硬件斩波电路的输入端与外部反馈电压发电机+连接，下管硬件斩波电路的输出端分别与调压使能继电器输入端、数字控制单元的第二输入端连接，调压使能继电器输出端与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极分别与下管隔离驱动电路输入端、第二二极管的阴极连接，下管隔离驱动电路输出端与下斩波管的控制端连接；所述的上管硬件斩波电路的输入端与外部反馈电压发电机+连接，上管硬件斩波电路的输出端与第三二极管的阳极连接，第三二极管的阴极与上管隔离驱动电路输入端连接，上管隔离驱动电路输出端与上斩波管的控制端连接；所述的数字控制单元的第一输入端与外部反馈电压发电机+连接，数字控制单元的第一输出端与调压使能继电器控制端连接，数字控制单元的第二输出端与第二二极管的阳极连接，数字控制单元的第三输出端与励磁继电器的控制端连接；所述励磁继电器的输入端与励磁电源正连接，励磁继电器的输出端与上斩波管的输入端、第四二极管的阴极连接；所述上斩波管的输出端与第五二极管的阴极、外部直流发电机励磁绕组正端连接；所述下斩波管的输出端与励磁电源负极、第五二极管的阳极连接。

2.根据权利要求1所述的航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，所述下管硬件斩波电路包括分压、比较电路、pwm发生电路；根据外部反馈电压发电机+的高低，输出频率恒定，占空比变化的pwm方波。

3.根据权利要求1所述的航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，所述上管硬件斩波电路包括分压、基准电压电路、滞环比较电路，根据外部反馈电压发电机+的浪涌电压高低，输出上斩波管的控制信号。

4.根据权利要求1所述的航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，所述调压使能继电器是控制下管硬件斩波电路输出，闭合后pwm方波可驱动后端下斩波管，从而调节励磁绕组电流。

5.根据权利要求1所述的航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，所述下管隔离驱动电路是将pwm方波进行电气隔离，以驱动后端下斩波管。

6.根据权利要求1所述的航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，所述上管隔离驱动电路是将上管硬件斩波电路输出的控制信号进行电气隔离，以驱动后端上斩波管。

7.根据权利要求1所述的航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，所述励磁继电器是控制励磁电源为发电机励磁绕组提供励磁的接通和断开，励磁电源负与发电机输出负不连接。

8.根据权利要求1所述的航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，所述数字控制单元是以微处理器芯片为硬件核心组成的控制系统，包括时钟、复位电路、输入输出调理电路；软件采用嵌入式软件方式。

9.根据权利要求1所述的航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，所述下斩波管、上斩波管是n沟道增强型金属氧化物半导体场效应管mosfet。

10.根据权利要求1所述的航空直流冗余发电机控制器，其特征在于，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管为开关二极管，第四二极管、第五二极管为快恢复二极管。

技术总结
本发明公开了一种航空直流冗余发电机控制器，属于航空电源系统技术领域。包括数字控制单元、下管硬件斩波电路、上管硬件斩波电路、调压使能继电器、下管隔离驱动电路、上管隔离驱动电路、下斩波管、上斩波管、励磁继电器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管。为提高控制器可靠性，在传统单通道硬件调压斩波的基础上，增加数字斩波和第二斩波管及控制电路，增加了正常调压的冗余，还可抑制瞬态浪涌电压，改善了电源品质，提高可系统可靠性。

技术研发人员：赵雅周,李亚莉,孟朝
受保护的技术使用者：北京曙光航空电气有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/17