一种用于磁流体动量轮驱动的大电流电路

本实用新型涉及磁流体动量轮设备的控制电路领域，特别是涉及一种大量程电流的驱动控制电路。

背景技术：

惯性动量轮又称为角动量轮或飞轮，通过与负载间进行动量交换实现角动量和力矩输出，是各类卫星、载人飞船、航天器等实现姿态控制和姿态稳定的核心惯性执行机构。与传统动量轮相比，磁流体动量轮不含移动的固体部件，通过导电流体运动代替传统的机械转子，在电流信号和永磁铁磁场的耦合驱动作用下高速流动，兼具带宽大、体积小、重量轻、寿命长、抗冲击、高精度等优势，适合空间条件下工作，能够满足小卫星对执行机构微小化的需求。

为保证动量轮向外输出足够量级的角动量，需要采用大量级电流信号对流体流速进行控制，通过对输入端小幅值的电压信号进行精确的转换，得到与其成指定比例的大电流信号用于对动量轮设备进行驱动控制，控制端与大电流输出端相隔离，通过大功率达林顿三极管实现电源向负载的电流传导。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，针对新型磁流体动力学动量轮的驱动和控制需求，提供一种用于磁流体动量轮驱动的大电流电路，改善原有电路的工作电流范围、稳定性、准确性和持久性。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于磁流体动量轮驱动的大电流电路，包括比例放大电路、npn达林顿管组、pnp达林顿管组、电压跟随反馈电路、电流采样电阻和负载电阻；所述比例放大电路由第一运算放大器和比例电阻组成，所述电压跟随反馈电路由第二运算放大器和比例电阻组成，所述npn达林顿管组由三个npn型达林顿三极管相互并联组成，所述pnp达林顿管组由三个pnp型达林顿三极管相互并联组成；npn达林顿管组和pnp达林顿管组的基极端相互连接后与限流电阻的一端连接，限流电阻的另一端与比例放大电路的输出端连接；npn达林顿管组和pnp达林顿管组的发射极端相互连接后分别与比例放大电路的负向输入端和电流采样电阻的一端连接；电流采样电阻的另一端与负载电阻连接后接地；所述比例放大电路的正向输入端与电压跟随反馈电路的输出端连接，电压跟随反馈电路的正向输入端接于电流采样电阻和负载电阻之间。

进一步的，所述第一运算放大器的正向输入端通过第一比例电阻与电压输入端连接，第一运算放大器的负向输入端通过第二比例电阻接地，第一运算放大器的负向输入端与npn达林顿管组和pnp达林顿管组的发射极端之间设置有第三比例电阻，第一运算放大器的正向输入端与第二运算放大器的输出端之间连接有第四比例电阻。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

1.对需要大量程电流驱动的新型磁流体动力学飞轮控制任务具有良好的适用性，达林顿功率管多通路并联可以实现大量程电流的承载任务，电压-电流转换精度高，整体散热效果良好。

2.可通过基极电压的变化选通相应的npn或pnp类型功率管，利用达林顿三极管高放大倍数的性能优点实现指定方向的大电流值输出。

3通过电压跟随反馈电路可以实现负载端电压向输入端的反馈控制。通过精密的电流采样电阻可实现将输入电压信号转换为所需的电流信号。

4.电源和核心部件供电脚可进一步通过旁路电容接地，以减少电源中可能存在的高频杂散信号影响。

附图说明

图1是本实用新型实施例中用于磁流体动量轮控制的驱动电路原理图。

附图标记：u1、u2—运算放大器，r1、r2、r3、r5—比例电阻，r4—限流电阻，rt—电流采样电阻，rl—负载电阻，q1、q2、q3—npn型达林顿三极管，q4、q5、q6—pnp型达林顿三极管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本发明提供一种用于磁流体动量轮驱动的大电流电路，包括比例放大电路、npn达林顿管组、pnp达林顿管组、电压跟随反馈电路、电流采样电阻和负载电阻；比例放大电路由运算放大器u1和比例电阻r1、r2、r3、r5组成，电压跟随反馈电路由运算放大器u2和比例电阻r5组成，npn达林顿管组由三个npn型达林顿三极管q1、q2、q3相互并联组成，pnp达林顿管组由三个pnp型达林顿三极管q4、q5、q6相互并联组成；npn达林顿管组和pnp达林顿管组的基极端相互连接后与限流电阻r4的一端连接，限流电阻r4的另一端与运算放大器u1的输出端连接；npn达林顿管组和pnp达林顿管组的发射极端相互连接后分别与运算放大器u1的负向输入端和电流采样电阻rt的一端连接；电流采样电阻rt的另一端与负载电阻rl连接后接地；运算放大器u1的正向输入端还通过比例电阻r5和运算放大器u2输出端之间连接。运算放大器u1的正向输入端通过比例电阻r1与电压输入端连接，运算放大器u1的负向输入端通过比例电阻r2接地，运算放大器u1的负向输入端与npn达林顿管组和pnp达林顿管组的发射极端之间设置有比例电阻r3；运算放大器u2的正向输入端接于电流采样电阻rt和负载电阻rl之间。npn达林顿管组的集电极连接正电源，pnp达林顿管组的集电极连接负电源。

本实用新型的目的是由运算放大器u1的正输入端输入控制电压信号，将输入电压进行相应的放大用于调控大功率达林顿管基极电压值，从而调节发射极输出电流值以及方向，实现压控大量级电流的输出任务。

具体的，运算放大器u1、u2可选择型号为op07，运算放大器u1在接收输入电压信号后，运算放大器u2通过电压跟随器连接方式建立与输出端的电流负反馈关系，并通过运放的虚短虚断属性建立电压关系：

具体的，运算放大器u1可根据输入电压信号控制输出电流大小，利用达林顿三极管的高电流增益特性，实现微弱输入电流控制达林顿管的导通状态，双极性对管对接可保证正负方向的大量级电流均能由发射极汇总输出，可选择的达林顿三极管型号为npn管mjh11020和pnp管mjh11019。具体实施过程中可通过基极电压的变化选通相应的npn或pnp类型功率管，利用达林顿三极管高放大倍数的性能优点实现指定方向的大电流值输出。

具体的，限流电阻r4与运算放大器u1输出端和达林顿管组的共基极端串接，起到限流保护作用，取值设置为100ω。

具体的，流过电流采样电阻rt的电流与负载电阻rl的电流保持一致，跟随器正输入端的微弱电流不产生影响，两电阻满足串联关系：

具体的，通过设置比例电阻关系可以调整输出端电压和输入电压信号的比值情况，比例电阻关系满足在该条件下输出电流计算式为可通过调整式中电阻比例得到不同范围的输出电流。举例说明，当比例电阻r1、r2、r3、r5阻值均设置为100kω，得到的输出电流为

具体的，为提高电路电源抵御杂散信号干扰的能力，在正负电源输入端和运放的供电管脚处可以进一步增设相应的去耦电容以消除干扰影响。

本实用新型并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本实用新型的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。