专利名称：一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下热动力技术领域，具体为一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器。
背景技术：
目前，国内外水下航行器使用的燃料泵多为变排量燃料泵，通过斜盘角控制器控制直流电机，调节变排量燃料泵的斜盘角，改变燃料流量，从而达到航行器变速的目的。斜盘角控制器通常采用MCS-51系列单片机设计的转速控制器，其主要缺点在于该种斜盘角控制器没有直流电机的功率驱动功能，需要另外附加直流电机驱动器，导致系统繁杂，需要在宝贵的水下航行器内部空间内额外安装多种设备；另外MCS-51系列单片机的指令执行速度较低，除了 MUL和DIV外所有指令都需要12或M个系统时钟周期，最大系统时钟频率为 12-MMHz。
发明内容
要解决的技术问题为解决现有水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制器自身无驱动能力，附加直流电机驱动器后系统繁杂，指令执行速度较低的不足，本发明提出了一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器。技术方案本发明采用CIP-51和H桥组合使用，以H桥作为直流电机的功率驱动单元，将控制与驱动单元集成，简化了现有的转速控制器+直流电机驱动器的繁杂系统。本发明的技术方案为所述一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器，其特征在于包括CIP-51 内核的MCU主控模块、高速磁耦隔离模块、H桥电机功率驱动模块、电平转换模块和复位开关；上位机斜盘角位置指令模量和斜盘角当前位置反馈模量分别输入CIP-51内核的MCU主控模块进行实时比较，MCU主控模块输出的旋向信号和PWM信号经过高速磁耦隔离模块隔离后输入H桥电机功率驱动模块，H桥电机功率驱动模块的后级联接被控的直流电机；水下航行器电源经电平转换模块转换后分别为MCU主控模块和H桥电机功率驱动模块供电；复位开关联接MCU主控模块；所述H桥电机功率驱动模块包括上下两个半桥，每个半桥包括一个H桥驱动芯片和两个功率MOSFET管，H桥驱动芯片外围采用自举电路，自举电路中的自举电容能够提供功率MOSFET管的栅极电荷和每个周期内电平转换模块的要求电荷。所述的一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器，其特征在于自举电路中的自举电容为最小电容值的两倍，最小电容值由自举电容需要提供的最小电荷Q决定，Q = 2Qg + 了X) + Qjs +，其中％为功率MOSFET管的栅极
电荷；f为工作频率；、(_)为功率MOSFET管的最大静态电流；I。(leak)为自举电容的漏电流； Qls为每个周期内电平转换模块的要求电荷。所述的一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器，其特征在于经过高速磁耦隔离模块隔离后的旋向信号分为两路，一路旋向信号通入上半桥驱动芯片的IN脚，另一路旋向信号经过反相器件后通入下半桥驱动芯片的IN脚；经过高速磁耦隔离模块隔离后的PWM信号分为两路，一路PWM信号通入上半桥驱动芯片的SD脚，另一路PWM信号通入下半桥驱动芯片的SD脚。所述的一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器，其特征在于H桥驱动芯片外围有配置电阻。有益效果本发明提出的一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器，采用CIP-51 内核的主控芯片，其指令集与现有技术中采用的MCS-51指令集完全兼容，可用标准 803x/805x汇编器和编译器进行软件开发，方便实用；该芯片是完全集成的低功耗混合信号片上系统，无需外部配置芯片，不与其他数字处理芯片配合使用，结构简单；此外，CIP-51 工作在25MHz的时钟频率时，其峰值速度可达到25MIPS，与标准的MCS-51相比，指令执行速度有很大提高。采用CIP-51与H桥组合使用，完全能够实现泵角执行电机的控制，无需额外附加直流电机驱动器，简化了水下航行器变排量燃料泵的斜盘角控制系统，节省了宝贵的航行器内部空间。
图1 本发明提出的控制驱动器的方框图；图2 :H桥电机功率驱动模块电路图。
具体实施例方式下面结合具体实施例描述本发明实施例参照附图1，实施例中提出的水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器包括 CIP-51内核的MCU主控模块、高速磁耦隔离模块、H桥电机功率驱动模块、电平转换模块和复位开关。其中MCU主控模块选用C8051F920芯片，C8051F920芯片是完全集成的混合信号片上系统，外部无需配置任何芯片，系统共有M个I/O 口引脚，数字和模拟资源的分配通过优先权交叉开关编译器实现；复位开关选用IMP811TEUS-T转换芯片，高速磁耦隔离模块选用AduM1300芯片。电平转换模块采用DC-DC转换，使用水下航行器内27V直流电源，输出2 路独立的直流3. 3V和1路直流12V。1路3. 3V为磁耦前级的MCU供电，另外1路3. 3V为磁耦后级的反相器供电，直流12V供H桥功率驱动芯片使用。
参照附图1，上位机斜盘角位置指令模量和斜盘角当前位置反馈模量分别输入 MCU主控模块C8051F920芯片的ADC端口进行实时比较，在系统时钟信号控制下通过比例积分算法，由数字I/O 口输出旋向信号和PWM信号；复位开关联接MCU主控模块；C8051F920 芯片输出的旋向信号和PWM信号输入高速磁耦芯片AduM1300的前级，AduMl300的后级输出经过隔离的旋向信号和PWM信号。参照附图2，经过隔离的旋向信号和PWM信号输入H桥电机功率驱动模块，H桥电机功率驱动模块包括上下两个半桥，以实现电机的正反两个方向旋转，每个半桥包括一个 H桥驱动芯片和两个功率MOSFET管，H桥驱动芯片选用IR21844芯片，功率MOSFET管选用 IRFM0N。上、下半桥的桥路驱动芯片IR21844外围均采用自举电路，即当半桥的Vs脚被拉低时，+12V电源通过自举二极管给自举电容充电，形成自举电源。采用自举方式简单、低廉， 但其占空比和开通时间受限于自举电容的再充电，因此自举电容必须能够提供功率MOSFET 管的栅极电荷和每个周期内电平转换模块的要求电荷，其所需提供的最小电荷Q应满足下式Q = 2Qg + I^ + Qls + 1-^-其中％为功率MOSFET管的栅极电荷；f为工作频率；Iqimax)为功率MOSFET管的最大静态电流；I。(lMk)为自举电容的漏电流；Qls为每个周期内电平转换模块的要求电荷。自举电容必须能够提供电荷Q，否则自举电源会有很大的电压纹波。为保持该自举电源的电压稳定，经过反复试验多次，该自举电容应该选择最小电容值的2倍。参照图2，为了消除环境干扰，桥路驱动芯片IR21844的DT、H0和LO脚接有电阻。此外，因为采用的是由4个MOSFET管IRFMON组成的H桥进行功率输出，所以必须考虑防止同一桥臂的两个功率管同时导通。为此，装置中经过高速磁耦隔离模块AduM1300 隔离后的旋向信号分为两路，一路旋向信号通入上半桥驱动芯片的IN脚，另一路旋向信号经过反相器后通入下半桥驱动芯片的IN脚；经过隔离后的PWM信号分为两路，一路PWM信号通入上半桥驱动芯片的SD脚，另一路PWM信号通入下半桥驱动芯片的SD脚。反相器件选用HD74LV1G04A芯片。H桥电机功率驱动模块的后级联接被控的直流电机，通过直流电机完成对水下航行器变排量燃料泵斜盘角的实时控制。
权利要求
1.一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器，其特征在于包括CIP-51内核的 MCU主控模块、高速磁耦隔离模块、H桥电机功率驱动模块、电平转换模块和复位开关；上位机斜盘角位置指令模量和斜盘角当前位置反馈模量分别输入CIP-51内核的MCU主控模块进行实时比较，MCU主控模块输出的旋向信号和PWM信号经过高速磁耦隔离模块隔离后输入H桥电机功率驱动模块，H桥电机功率驱动模块的后级联接被控的直流电机；水下航行器电源经电平转换模块转换后分别为MCU主控模块和H桥电机功率驱动模块供电；复位开关联接MCU主控模块；所述H桥电机功率驱动模块包括上下两个半桥，每个半桥包括一个H桥驱动芯片和两个功率MOSFET管，H桥驱动芯片外围采用自举电路，自举电路中的自举电容能够提供功率MO SFET管的栅极电荷和每个周期内电平转换模块的要求电荷。
2.根据权利要求1所述的一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器，其特征在于自举电路中的自举电容为最小电容值的两倍，最小电容值由自举电容需要提供的最小电荷Q决定，0 = 2Qg +^ψΙ + ρ^+Ι ψλ，其中％为功率M0SFET管的栅极电荷；f为工作频率；、(_)为功率MOSFET管的最大静态电流；I。(leak)为自举电容的漏电流；Qls为每个周期内电平转换模块的要求电荷。
3.根据权利要求1或2所述的一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器，其特征在于经过高速磁耦隔离模块隔离后的旋向信号分为两路，一路旋向信号通入上半桥驱动芯片的IN脚，另一路旋向信号经过反相器件后通入下半桥驱动芯片的IN脚；经过高速磁耦隔离模块隔离后的PWM信号分为两路，一路PWM信号通入上半桥驱动芯片的SD脚，另一路PWM信号通入下半桥驱动芯片的SD脚。
4.根据权利要求3所述的一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器，其特征在于H桥驱动芯片外围有配置电阻。
全文摘要
本发明提出了一种水下航行器变排量燃料泵斜盘角控制驱动器，包括CIP-51内核的MCU主控模块、高速磁耦隔离模块、H桥电机功率驱动模块、电平转换模块和复位开关。斜盘角位置指令模量和当前位置反馈模量输入MCU进行比较，MCU输出旋向信号和PWM信号经隔离后输入H桥模块，H桥后级联接直流电机；电平转换模块为MCU和H桥供电；复位开关联接MCU；H桥包括上下两个半桥，每个半桥包括一个H桥驱动芯片和两个功率MOSFET管，H桥驱动芯片外围为自举电路，自举电容提供MOSFET管的栅极电荷和每个周期内电平转换模块的要求电荷。该装置组合使用CIP-51与H桥，实现泵角执行电机的控制，无需额外附加直流电机驱动器。
文档编号F04B1/26GK102330647SQ20111024727
公开日2012年1月25日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者党建军, 李代金, 王育才, 罗凯 申请人:西北工业大学