[發明專利]一種基于寬電壓范圍的雙向多端口變換器的PCU控制系統

有效

• 申請號: 201510989359.0
• 申請日: 2015-12-25
• 公開（公告）號: CN105391301B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 朱洪雨;張藝;張東來
• 申請（專利權）人: 深圳市航天新源科技有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 孫偉

本發明提供了一種基于寬電壓范圍的雙向多端口變換器的航天器電源控制器控制系統，包括主功率部分、FPGA部分、數模轉換部分、表決電路和被控量采樣電路；其中，主功率部分由N個主功率變換模塊組成，每一個主功率變換模塊采用雙向三端口變換器，實現太陽能陣SA、母線BUS和電池BAT間能量的調節和調度，N個主功率變換模塊間通過并聯進行功率擴展；FPGA部分包括N個FPGA模塊，與N個主功率變換模塊對應；被控量采樣電路采樣所述功率部分的被控量，通過A/D轉換電路提供給FPGA部分，FPGA給出的驅動信號通過D/A轉換電路后分別控制N個主功率變換模塊；FPGA部分作為所述系統的控制核心，通過控制算法和控制邏輯使主功率變換模塊的變換器實現PCU的控制功能。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及航天器電源控制器的控制系統。

背景技術

多端口變換器，特別是三端口變換器，在航天領域、汽車電子領域、光伏系統領域等眾多領域有著重要的應用。通常，多個端口只能向其中一個端口單方向傳輸能力，而除該端口以外的其他端口之間不能傳遞能量。

專利文獻1(中國專利公開號：CN104868551 A)提出了一種基于FPGA的小衛星MPPT控制系統，開關電源電路與太陽能電池陣相連，為鋰電池充電；電流取樣電路、電壓取樣電路分別采集太陽能電池陣的輸出電流、電壓信號，調理濾波后經由A/D采樣電路進行模數轉換，并送進FPGA中，由FPGA實現功率跟蹤控制，并輸出PWM波信號，通過功率管驅動電路驅動開關電源電路正常工作。但是，該方案應用于太陽陣輸入和電池輸出，是兩端口變換器，且只適用于小功率(小衛星)。

發明人在先的專利申請(中國專利公開號CN104993699 A)提出了一種新型非隔離寬電壓范圍雙向三端口變換器和雙向多端口變換器，如附圖1和附圖2所示，該變換器具有可擴展、寬電壓調節范圍、高效率、高功率密度的優點。在此基礎上，如何進行基于雙向三端口變換器的PCU的控制，是亟待解決的問題。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種寬電壓范圍的雙向多端口變換器的控制系統。

本發明具體通過如下技術方案實現：

一種基于寬電壓范圍的雙向多端口變換器的PCU控制系統，所述系統包括主功率部分、FPGA部分、數模轉換部分、表決電路和被控量采樣電路；其中，所述數模轉換部分包括A/D轉換電路和D/A轉換電路；所述主功率部分由N個主功率變換模塊組成，每一個主功率變換模塊采用雙向三端口變換器，實現太陽能陣SA、母線BUS和電池BAT間能量的調節和調度，所述N個主功率變換模塊間通過并聯進行功率擴展；所述FPGA部分包括N個FPGA模塊，與所述N個主功率變換模塊對應；所述被控量采樣電路采樣所述功率部分的被控量，通過A/D轉換電路提供給所述FPGA部分，所述FPGA給出的驅動信號通過D/A轉換電路后分別控制所述N個主功率變換模塊；所述FPGA部分作為所述系統的控制核心，通過控制算法和控制邏輯使所述主功率變換模塊的變換器實現以下功能：

輸出功率大于輸入功率時，輸入SA端進行MPPT，提高能量利用率，對于同等輸出功率的電源控制，帶有MPPT功能的電源控制器所需配備的SA的體積和重量減少，降低了發射成本；

母線按照設定電壓恒壓輸出，通過均流算法實現N個功率模塊間母線電流的均流，且通過算法使FPGA輸出的各模塊間驅動有相同相位差，降低母線電壓紋波；

電池側實現恒流充電和涓流充電，通過算法使FPGA輸出的各模塊間驅動有相同相位差，降低電池電流紋波，延長電池壽命。