一种高压直流发电机控制器励磁电流采样电路及方法与流程

本发明属于航空电气，涉及一种高压直流发电机控制器励磁电流采样电路及方法。

背景技术：

1、近年来，高压直流电源系统发展迅速，该系统已经被广泛应用在多电飞机电源系统中，成为新一代军用飞机发电系统的首选之一。高压直流电源系统主要是采用电励磁的方式，通过改变励磁电流的大小进一步来控制输出电压，因此励磁电流采样的准确与否对整个发电系统而言至关重要。

2、目前高压直流电源系统中，对于励磁电流的采样方法通常是通过在晶体管的源极对地串联一个采样电阻，将励磁电流转换为电压进行测量。这种采样方法是在励磁绕组与续流二极管的组成的环外进行测量，所测到的励磁电流不包含通过续流二级续流时流过励磁绕组的电流。实际的励磁电流通常是在电机励磁绕组负端与控制器之间的线路上，使用霍尔传感器进行测量，包含晶体管导通时流过励磁绕组的电流和晶体管截止时通过续流流过励磁绕组的电流两部分。对于不同的发电机，励磁电流中续流部分的占比不同，对于续流占比较小的发电机，使用上述采样方法得到的励磁电流与实际的励磁电流相差不大，但对于续流占比较大的发电机，使用上述采样方法得到的励磁电流不够准确，与实际工况相比，会出现励磁电流偏小的现象，并且随着励磁绕组上电感量的增大，两者之间差值会逐渐增大。

3、改进前高压直流发电机控制器的励磁电流采样电路如图1所示。对于励磁电流的采样，在mos管的源级对地串联一个采样电阻，将励磁电流转换为电压信号经过滤波放大后，送入a/d进行模数转换。

4、图1中if为励磁电流，uf为采样电路的输入，是采样电阻上的电压，uo1为采样电路的输出电压，是励磁电流经过采样电路调理送入a/d转换对应的电压信号。

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7、联立公式(1)(2)，可得励磁电流与采样电路输出电压的关系如下：

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技术实现思路

1、本发明的目的是：提出了一种高压直流发电机控制器励磁电流采样电路及方法，在励磁绕组与续流二极管的组成的环内进行测量，能够解决由于续流而造成励磁电流采样偏小的问题。

2、本发明技术方案如下：

3、一种高压直流发电机控制器励磁电流采样电路，包括：采样电阻、分压滤波子电路、电压跟随子电路和差分放大子电路；

4、所述采样电阻串联在励磁绕组负端与续流二极管正极之间，用于测量励磁绕组和续流二极管组成的环内的励磁电流；

5、所述采样电阻两端均分别通过两个分压滤波子电路、两个电压跟随子电路连接差分放大子电路两个输入端；

6、分压滤波子电路用于去除波动干扰并将大电压信号等比例缩小，经差分放大子电路后输出差值电压信号，所述差值电压信号经模数转换后输入控制器，控制器根据差值电压信号和采样电阻阻值得到励磁电流。

7、进一步，两个分压滤波子电路结构相同，所述分压滤波子电路包括：第一电阻、第二电阻和第一电容；

8、所述第一电阻和第二电阻串联，第一电阻远离第二电阻一端连接采样电阻一端，第二电阻远离第一电阻一端接地，第一电容与第二电阻并联；第一电阻和第二电阻连接点连接电压跟随子电路。

9、进一步，所述电压跟随子电路包括第一运算放大器；

10、第一运算放大器的输出端连接反相输入端，第一运算放大器的同相输入端连接分压滤波子电路输出端。

11、进一步，所述差分放大子电路包括：第三运算放大器、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9和第三电容c3；

12、所述第五电阻一端连接一个电压跟随子电路的输出端，第五电阻另一端通过第六电阻接地，第五电阻和第六电阻连接点与第三运算放大器同相输入端连接；

13、第七电阻一端连接另一电压跟随子电路的输出端，第七电阻另一端连接第三运算放大器反相输入端；第三运算放大器输出端通过第八电阻连接第三运算放大器反相输入端；

14、第三运算放大器输出端连接第九电阻一端，第九电阻另一端为差分放大子电路输出端且通过第三电容c3接地。

15、一种高压直流发电机控制器励磁电流采样方法，所述方法通过所述的电路实施，所述方法包括以下步骤：

16、步骤一：在励磁绕组负端与续流二极管之间串联采样电阻r0；

17、步骤二：采集采样电阻两端的电压值uf1和uf2，并分别对两个电压值进行分压滤波处理，将大电压信号缩小得到两个小电压信号u1和u2；

18、步骤三：将两个小电压信号进行差分放大，得到差值电压信号uo2；

19、步骤四：根据差值电压信号uo2和采样电阻阻值计算得到励磁电流if。

20、进一步，励磁电流if＝uo2/r0。

21、进一步，所述第五电阻阻值等于第七电阻，第六电阻阻值等于第八电阻；

22、差分放大子电路输出的差值电压uo2计算公式如下：

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24、进一步，两个小电压信号u1和u2计算公式如下：

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27、本发明的有益效果：

28、本发明提出了一种高压直流发电机控制器励磁电流采样电路及方法，在励磁绕组负端与续流二极管之间中间串联一个采样电阻，对采样电阻两端的励磁负电压信号进行采样，增加一个差分放大电路，通过差分放大电路输出两路励磁电压的差值，将励磁电流转换为电压信号，再将该电压信号进行a/d转换。改进后的电路解决了控制器配合发电机使用时，由于续流造成的励磁电流采样不准的问题，提高了励磁电流采样的准确性，更符合实际的工况，为后续数字式调压的电路设计与工程实现奠定了基础。使电源系统的性能得到了有效的提升，具有较大的工程实用价值。

技术特征：

1.一种高压直流发电机控制器励磁电流采样电路，其特征在于：所述电路包括：采样电阻、分压滤波子电路、电压跟随子电路和差分放大子电路；

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：两个分压滤波子电路结构相同，所述分压滤波子电路包括：第一电阻、第二电阻和第一电容；

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于：所述电压跟随子电路包括第一运算放大器；

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于：所述差分放大子电路包括：第三运算放大器、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9和第三电容c3；

5.一种高压直流发电机控制器励磁电流采样方法，所述方法通过权利要求1-4中任一项所述的电路实施，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于：励磁电流if＝uo2/r0。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于：所述第五电阻阻值等于第七电阻，第六电阻阻值等于第八电阻；

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于：两个小电压信号u1和u2计算公式如下：

技术总结
本发明属于航空电气技术领域，涉及一种高压直流发电机控制器励磁电流采样电路及方法。电路包括：采样电阻、分压滤波子电路、电压跟随子电路和差分放大子电路；所述采样电阻串联在励磁绕组负端与续流二极管正极之间，用于测量励磁绕组和续流二极管组成的环内的励磁电流；所述采样电阻两端均分别通过两个分压滤波子电路、两个电压跟随子电路连接差分放大子电路两个输入端；分压滤波子电路用于去除波动干扰并将大电压信号等比例缩小，经差分放大子电路后输出差值电压信号，所述差值电压信号经模数转换后输入控制器，控制器根据差值电压信号和采样电阻阻值得到励磁电流。

技术研发人员：袁晓伟,吴俏俏,侯昊,李志玮
受保护的技术使用者：陕西航空电气有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15