一种低压直流永磁起动发电机电源系统及设计方法与流程

1.本发明属于发电机电源系统技术领域，具体涉及一种低压直流永磁起动发电机电源系统及设计方法。


背景技术：

2.对于航空无人机，通过采用28v低压直流来为机载设备供电。通常无人机的用电功率小于4kw。起动时，活塞发动机由静止开始转速不断上升时，阻力矩不断下降，在30r/min以下具有较大的阻力矩，活塞发动机的起动转速为额定转速的5％～8％左右，起动转速相对较低。正常发电时，涡轮发动机转速通常为50％～100％额定转速；在无人机准备降落时，涡轮发动机转速会降低到30％～40％额定转速，此时仍需要起动发电机系统能正常稳输出，只是输出功率允许适当降低。
3.永磁起动发电机电源系统包括永磁起动发电机和起动发电机控制器两部分，永磁起动发电机用于实现机械能与变压变频交流电能的转化。在起动状态，起动发电机控制器将起动电源提供的直流电能转化为变压变频交流电能，给永磁起动发电机供电；在发电状态，起动发电机控制器将永磁起动发电机输出的变压变频交流电能转化为28v稳压直流来给航空无人机上的设备供电。
4.航空航天领域对体积和重量较为敏感，如果能提高永磁起动发电机电源系统的效率，使永磁起动发电机电源系统的体积和重量大幅减小，将使永磁起动发电机电源系统具有显著的应用价值。
5.对于航空活塞发动机，由于发动机启动时所需要的最大力矩通常是发电时发电机输入力矩的1个数量级以上，二者力矩差距较大，启动机系统和发电机系统兼容设计较难，目前发电机系统与启动机系统普遍是独立的。
6.按照能量输入方式分类，启动机系统通常具有以下几类：
7.1)手遥启动机，即通过手遥发动机的方式启动活塞发动机，这是利用活塞发动机虽然启动静力矩大，但启动转速要求并不高的原理来实现的；
8.2)电动启动机，通过电动机将电能转化为机械能带动活塞发动机启动；
9.3)气动启动机，通过空气起动机带动活塞发动机启动。
10.按照输入能量是否直接作用于活塞发动机，启动机系统通常具有以下两类：
11.1)直接启动式，即输入能量直接传递给活塞发动机；
12.2)间接惯性启动式，输入能量直接传递惯性飞轮，再由惯性飞轮带动活塞发动机启动。
13.由于活塞发动机在一个周期内阻力并不相等，最大和最小阻力矩相差1个数量级以上，故采用间接惯性启动时，对输入能量的最大力矩要求会显著降低。
14.启动机系统和发电机系统分离的方案存在的主要缺点包括以下方面：
15.1)若启动机系统仅为地面设备，则航空飞机在空中发动机熄火后不具有二次启动功能；
16.2)若启动机系统也为机载设备，在完成发动机启动任务之后，启动机系统则变为死重，显著降低了发动机附件系统的功率密度；
17.3)启动机系统和发电机系统未实现基于一套硬件装置的功能复用。


技术实现要素：

18.为解决上述技术问题，本发明提供了一种低压直流永磁起动发电机电源系统及设计方法。
19.本发明通过以下技术方案得以实现。
20.本发明提供的一种低压直流永磁起动发电机电源系统，包括永磁起动发电机，igbt三相全桥，多个隔离dc/dc模块，二极管d1、d2和d3，控制电路，隔离发电辅助电源，隔离辅助电源，电流传感器sa、sb、sc；永磁起动发电机的三相输出a、b和c经igbt三相全桥与直流母线vz的正极和负极连接，直流母线vz的正极和负极经多个隔离dc/dc模块与输出直流母线vo的正极和负极连接，二极管d3阳极和阴极分别与起动电源vs的正极和直流母线vz的正极连接，二极管d1阳极和阴极分别与输出直流母线vo的正极和隔离辅助电源的输入正极连接，二极管d2阳极和阴极分别与起动电源vs的正极和隔离辅助电源的输入正极连接，隔离发电辅助电源的输入正极和负极分别与直流母线vz的正极和负极连接，隔离发电辅助电源的输出正极和负极分别与隔离辅助电源的输入正极和负极连接，隔离辅助电源的输出与控制电路的供电端连接，起动电源vs的负极与直流母线vz的负极、直流母线vo的负极、隔离辅助电源的输入负极连接，电流传感器sa、sb、sc的功率端分别与永磁起动发电机的输出a、b、c连接，电流传感器sa、sb、sc的输出端ia、ib、ic与控制电路连接，永磁起动发电机的位置信号p与控制电路连接，控制电路输出的六路驱动信号ga分别与igbt三相全桥连接，直流母线vz的正极和负极与控制电路的电压采样端连接。
21.进一步的，所述igbt三相全桥包括a相桥臂、b相桥臂、c相桥臂和滤波电容c
dc
；永磁起动发电机a端与a相桥臂上管q
ua
的发射极和下管q
da
的集电极连接，a相桥臂上管q
ua
的集电极与直流母线vz的正极连接，a相桥臂下管q
da
的发射极e与直流母线vz的负极连接，永磁起动发电机b端与b相桥臂上管q
ub
的发射极e和下管q
db
的集电极连接，b相桥臂上管q
ub
的集电极与直流母线vz的正极连接，b相桥臂下管q
db
的发射极与直流母线vz的负极连接，永磁起动发电机c端与c相桥臂上管q
uc
的发射极和下管q
dc
的集电极连接，c相桥臂上管q
uc
的集电极与直流母线vz的正极连接，c相桥臂下管q
dc
的发射极e与直流母线vz的负极连接，滤波电容c
dc
两端分别与直流母线vz的正极和负极连接。
22.进一步的，所述多个隔离dc/dc模块的电路结构相同，对于任意一个隔离dc/dc模块，均包括逆变器、变压器、整流器、滤波器、稳压控制电路、电流传感器，电压检测电路；直流母线vz的正极和负极经逆变压器、变压器、整流器和滤波器与直流母线vo的正极和负极连接，电压检测电路的输入端与直流母线vo的正极和负极连接，电压检测电路的输出信号v
x
与稳压控制电路连接，电流传感器功率端与整流器输出正极连接，电流传感器输出信号i
x
与稳压控制电路连接，稳压控制电路输出驱动信号与逆变器连接。
23.进一步的，所述控制电路产生过流信号i
shut
，包括输出集电极开路比较器ca、cb、cc，非门；正电流阀值参考信号i
max
与比较器ca、cb、cc的同相输入端连接，a相电流信号ia与比较器ca的反相输入端连接，b相电流信号ib与比较器cb的反相输入端连接，c相电流信号ic与
比较器cc的反相输入端连接，比较器供电电源v
cc
与比较器ca、cb、cc的输出端和非门的输入端连接，非门的输出端与过流信号i
shut
连接。
24.进一步的，所述控制电路产生发电驱动信号g
ag
、g
bg
、g
cg
，电路包括电压环、比较器c、rs触发器、与门和选通器，起动发电机上设有位置传感器，其位置信号p包括霍尔位置信号pa、pb和pc；稳压参考值v
ref
与电压环的同相输入端连接，直流母线电压vz与电压环的反相输入端连接，电压环输出e
rr
与比较器c的同相输入端连接，三角波信号v
tri
与比较器c的反相输入端连接，比较器c的输出d
raw
分别与rs触发器的输入端和与门的一输入端连接，过流信号i
shut
与rs触发器的输入端r连接，rs触发器的输出端输出使能信号en和与门的另一输入端连接，与门输出信号d与选通器的输入端连接，霍尔位置信号pa、pb和pc与选通器的控制端连接，选通器输出端分别与发电驱动信号g
ag
、g
bg
、g
cg
连接。
25.进一步的，所述控制电路中a、b、c相桥臂完成起动和发电时驱动信号切换的电路结构相同，对于任意一个桥臂，驱动信号g
uy
和g
dy
的产生电路包括双路2选1选通器sy，数字信号处理器dsp；选通器sy中第一开关的一输入端与地连接，选通器sy中第二开关的一输入端与y相发电驱动信号g
yg
连接，dsp输出的起动发电状态切换信号s
cony
与选通器sy切换控制端连接，dsp输出的上管起动驱动信号g
uys
与选通器sy中第一开关的另一输入端连接，dsp输出的下管起动驱动信号g
dys
与选通器sy中第二开关的另一输入端连接，选通器sy中第一开关输出端输出的上管驱动信号g
uy
与q
uy
的栅极g连接，选通器sy中第二开关输出端输出的下管驱动信号g
dy
与q
dy
的栅极连接。
26.一种低压直流永磁起动发电机电源系统的设计方法，包括以下步骤：
27.步骤1：永磁起动发电机需要使最低发电转速、满载下对应的三相绕组线电压峰值大于110v，最高发电转速、空载下对应的三相绕组线电压峰值小于330v；
28.步骤2：永磁起动发电机向控制电路提供位置信号p，位置信号p包括三路霍尔位置信号pa、pb和pc，以电压上升阶段过零点为0
°
参考，霍尔位置信号pa、pb和pc分别在a相、b相和c相电压30
°
～210
°
范围内输出低电平，0
°
～30
°
和210
°
～360
°
范围内输出高电平；
29.步骤3：通过隔离发电辅助电源和隔离辅助电源实现对控制电路的供电；
30.步骤4：起动过程通过控制电路产生起动驱动信号使igbt三相全桥输出三相变压变频交流电驱动永磁起动发电机由静止到发动机点火转速；
31.步骤5：在发动机到达发电转速之后，进入发电过程，起动发电机控制器将永磁起动发电机输出的三相变压变频交流电转化为稳定直流电压，当起动发电机三相线电压峰值小于200v时，igbt三相全桥进入三相boost整流模式，使直流电压vz稳定在200v，当起动发电机输出的三相线电压峰值大于200v时，igbt三相全桥工作于不控整流模式；通过多个隔离dc/dc模块将200v～330v的直流母线电压vz转化为28v直流vo，通过多个隔离dc/dc模块并联来增加输出功率。
32.进一步的，所述步骤4中的起动过程通过控制电路产生起动驱动信号使igbt三相全桥输出三相变压变频交流电驱动永磁起动发电机由静止到发动机点火转速包括以下步骤：
33.步骤41：起动电源正极vs经二极管d3给igbt三相全桥的直流母线vz正极供电；
34.步骤42：控制电路中dsp采用准速度外环，电流内环的控制策略，通过正弦空间矢量脉冲宽度调制svpwm控制产生起动控制信号g
uas
、g
das
、g
ubs
、g
dbs
、g
ucs
、g
dcs
；
35.步骤43：dsp产生起动发电状态切换信号s
cony
来使选通器sy的输出对应起动控制信号，即使g
ua
＝g
uas
、g
da
＝g
das
、g
ub
＝g
ubs
、g
db
＝g
dbs
、g
uc
＝g
ucs
、g
dc
＝g
dcs
。
36.进一步的，所述igbt三相全桥三相boost整流模式包括以下步骤：
37.步骤51：将最大电流信号i
max
设置为满载功率下对应的最大电流峰值，并留有一定裕量；
38.步骤52：当三相电流ia、ib和ic中任意一个大于i
max
时，使过流信号i
shut
为高，其余时刻，过流信号i
shut
维持为低；
39.步骤53：根据稳压参考信号v
ref
和直流母线电压vz，通过电压环的pi调节器计算得到控制信号e
rr
；
40.步骤54：控制信号e
rr
和三角波信号v
tri
分别送比较器c的同相和反相输入端，用于产生原始占空比信号d
raw
；
41.步骤55：将原始占空比信号d
raw
和过流信号i
shut
分别送rs触发器的s和r输入端，rs触发器的q端输出使能信号en，当d
raw
由低到高时，en＝1，当i
shut
由低到高时，en＝0；
42.步骤56：将原始占空比信号d
raw
和使能信号en分别送到与门的输入端，通过与门输出占空比信号d；
43.步骤57：将占空比信号d送到选通器的输入端，将霍尔位置信号pa、pb和pc送到选通器的控制端，当papbpc＝01x时，驱动信号g
ag
＝d，其余状态g
ag
＝0，当papbpc＝x01时，驱动信号g
bg
＝d，其余状态g
bg
＝0，当papbpc＝1x0时，驱动信号g
cg
＝d，其余状态g
cg
＝0，x表示不管该逻辑状态为0或1均不影响判断；
44.步骤58：dsp产生起动发电状态切换信号s
cony
来使选通器sy的输出对应发电控制信号，即使g
ua
＝0、g
da
＝g
ag
、g
ub
＝0、g
db
＝g
bg
、g
uc
＝0、g
dc
＝g
cg
。
45.本发明的有益效果在于：1、提出的一种低压直流永磁起动发电机电源系统及设计方法，适合于采用活塞发动机的28v低压直流航空电源系统，可应用于航空无人机；
46.2、永磁起动发电机线电压峰值在发电时按110v～330v设计，在此永磁起动发电机的反电势常数下，28v起动电源即可满足将活塞发动机拖动到需要的起动最大转速需求，故省去了传统起动控制器中的升压dc/dc，提高了功率密度；
47.3、由于永磁起动发电机线电压峰值在发电时按110v～330v设计，而非传统的30v～90v，故输出相同起动力矩时，igbt三相全桥的电流降为原来的1/4左右，显著降低了对igbt三相全桥的硬件需求；4、起动时的逆变器和发电时的整流器均采用igbt三相全桥实现，实现了起动和发电状态的硬件复用，克服了传统起动机在完成起动任务后成为飞机死重的不足；
48.5、发电时，起动发电机控制器整流ac/dc级采用三相boost全桥，相对二极管全桥，ac/dc级具有稳压功能，可以显著降dc/dc级的电源变换难度，相对于三相全桥，ac/dc级可以通过模拟控制实现，电路复杂度及成本显著低于数字svpwm控制方式，同时，不存在桥臂直通风险；
49.6、发电时，起动发电机控制器整流ac/dc级利用发电机电感实现整流级的稳压，有效降低了起动发电机控制器中的磁性元件重量；
50.7、起动发电机控制器dc/dc级主要负责母线电压变换，电压输入范围为200v～330v，相对于宽输入电压110～330v的dc/dc级，单个dc/dc模块功率密度提高达30％以上，
且效率高，输出纹波小，成本低；
51.8、由于dc/dc级的输入范围较窄，故相同体积和重量下，单个dc/dc模块可以实现更高功率，相同功率下可减小dc/dc模块的并联个数，提高并联可靠性，相同并联模块数下，可以实现更高的输出功率。
附图说明
52.图1为本发明永磁起动发电机电源系统结构框图；
53.图2为本发明igbt三相全桥电路图；
54.图3为本发明隔离dc/dc模块电路图；
55.图4为本发明控制电路中过流信号产生电路图；
56.图5为本发明控制电路中发电驱动信号产生电路图；
57.图6为本发明起动和发电时驱动信号切换的电路图；
58.图7为本发明霍尔位置信号pa、pb和pc与电机电压的对应关系图；
59.图8为本发明起动控制原理图；
60.图9为本发明发电时igbt三相全桥等效电路图；
61.图10为本发明三相boost整流控制的主要波形图。
具体实施方式
62.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
63.本实施例为6kw永磁起动发电机电源系统，永磁起动发电机电源系统包括永磁起动发电机和起动发电机控制器两部分。永磁同步发电机系统起动时，起动电源为28v dc，起动转矩为80n
·
m(0～10r/min)、30n
·
m(10～360r/min)。发电机时，输出为28vdc，输出功率为6kw(3000r/min～6000r/min)、2kw(2000r/min)。实施例应用背景为采用活塞发动机的航空无人机，机载设备采用28v的lvdc电源系统。
64.图1所示为永磁起动发电机电源系统结构框图，一种低压直流永磁起动发电机电源系统装置，包括永磁起动发电机，igbt三相全桥，隔离dc/dc模块1、2
……
n，二极管d1、d2和d3，控制电路，隔离发电辅助电源，隔离辅助电源，电流传感器sa、sb、sc；是由永磁起动发电机的三相输出a、b和c经igbt三相全桥与直流母线vz的正极和负极连接，直流母线vz的正极和负极经隔离dc/dc模块1、2
……
n与输出直流母线vo的正极和负极连接，二极管d3阳极和阴极分别与起动电源vs的正极和直流母线vz的正极连接，二极管d1阳极和阴极分别与输出直流母线vo的正极和隔离辅助电源的输入正极连接，二极管d2阳极和阴极分别与起动电源vs的正极和隔离辅助电源的输入正极连接，隔离发电辅助电源的输入正极和负极分别与直流母线vz的正极和负极连接，隔离发电辅助电源的输出正极和负极分别与隔离辅助电源的输入正极和负极连接，隔离辅助电源的输出与控制电路的供电端连接，起动电源vs的负极与直流母线vz的负极、直流母线vo的负极、隔离辅助电源的输入负极连接，电流传感器sa、sb、sc的功率端分别与永磁起动发电机的输出a、b、c连接，电流传感器sa、sb、sc的输出端ia、ib、ic与控制电路连接，永磁起动发电机的位置信号p与控制电路连接，控制电路输出的六路驱动信号ga分别与igbt三相全桥连接，直流母线vz的正极和负极与控制电路的电压采样端连接构成。
65.隔离发电辅助电源基于pi公司的lyt6070c芯片实现，该芯片是集成功率管和控制电路的反激电压变换器芯片，设计输出电压为30v。隔离辅助电源采用四川升华公司的电源模块sd24100h12s和say2410h05s产生12v和5v电源。电流传感器sa、sb和sc采用lem公司的hc5f200-s实现，其量程为-200a～+200a。控制电路主控单元dsp采用ti公司的tms320f28335pgfa，采用隔离dc/dc模块的数量为4个。
66.起动过程通过控制电路产生起动驱动信号使igbt三相全桥输出三相变压变频交流电驱动永磁起动发电机由静止到发动机点火转速；采用准速度外环，电流内环的控制策略，通过svpwm控制产生igbt三相全桥的起动控制信号。在发动机到达发电转速之后，进入发电过程，起动发电机控制器将永磁起动发电机输出的三相变压变频交流电转化为稳定直流电压；当起动发电机三相线电压峰值小于200v时，igbt三相全桥进入三相boost整流模式，使直流电压vz稳定在200v，通过隔离dc/dc模块1、2
……
n将200v～330v的直流母线电压vz转化为28v直流vo，通过多个隔离dc/dc模块并联来增加输出功率。
67.起动时的逆变器和发电时的整流器均采用igbt三相全桥实现，实现了起动和发电状态的硬件复用，克服了传统起动机在完成起动任务后成为飞机死重的不足。
68.永磁起动发电机线电压峰值在发电时按110v～330v设计，在此永磁起动发电机的反电势常数下，28v起动电源即可满足将活塞发动机拖动到需要的起动最大转速需求，故省去了传统起动控制器中的升压dc/dc，提高了功率密度。
69.发电时，起动发电机控制器整流ac/dc级利用发电机电感实现整流级的稳压，有效降低了电源中的磁性元件重量。
70.图2所示为igbt三相全桥电路图。所述igbt三相全桥包括a相桥臂、b相桥臂、c相桥臂和滤波电容c
dc
；是由永磁起动发电机a端与a相桥臂上管q
ua
的发射极e和下管q
da
的集电极c连接，a相桥臂上管q
ua
的集电极c与直流母线vz的正极连接，a相桥臂下管q
da
的发射极e与直流母线vz的负极连接，永磁起动发电机b端与b相桥臂上管q
ub
的发射极e和下管q
db
的集电极c连接，b相桥臂上管q
ub
的集电极c与直流母线vz的正极连接，b相桥臂下管q
db
的发射极e与直流母线vz的负极连接，永磁起动发电机c端与c相桥臂上管q
uc
的发射极e和下管q
dc
的集电极c连接，c相桥臂上管q
uc
的集电极c与直流母线vz的正极连接，c相桥臂下管q
dc
的发射极e与直流母线vz的负极连接，滤波电容c
dc
两端分别与直流母线vz的正极和负极连接构成。
71.a相、b相和c相桥臂采用infineon公司的六管igbt模块fs400r07a3e3。滤波电容c
dc
采用5支eaco公司的shb-500-35-4f#薄膜电容并联，单支电容耐压500v、35μf，大小为42.5
×
30
×
45mm，可承受17a纹波电流有效值。
72.由于永磁起动发电机线电压峰值在发电时按110v～330v设计，而非传统的30v～90v，故输出相同起动力矩时，igbt三相全桥的电流降为原来的1/4左右，显著降低了对igbt三相全桥的硬件需求。
73.图3所示为隔离dc/dc模块电路图。所述多个隔离dc/dc模块1、2
……
n的电路结构相同，对于任意一dc/dc模块x，x＝1、2
……
n，包括逆变器、变压器、整流器、滤波器、稳压控制电路、电流传感器，电压检测电路；是由直流母线vz的正极和负极经逆变压器、变压器、整流器和滤波器与直流母线vo的正极和负极连接，电压检测电路的输入端与直流母线vo的正极和负极连接，电压检测电路的输出信号v
x
与稳压控制电路连接，电流传感器功率端与整流器输出正极连接，电流传感器输出信号i
x
与稳压控制电路连接，稳压控制电路输出驱动
信号与逆变器连接构成。
74.隔离dc/dc模块采用升华公司的smn2702kh28s，大小为119
×
63.1
×
13mm，重量为360g。输入电压范围为200v～400v，输出电压为28v，功率为2kw，典型效率96.5％。
75.起动发电机控制器dc/dc级主要负责母线电压变换，电压输入范围为200v～330v，相对于宽输入电压110～330v的dc/dc级，单个dc/dc模块功率密度提高达30％以上，且效率高，输出纹波小，成本低。
76.由于dc/dc级的输入范围较窄，故相同体积和重量下，单个dc/dc模块可以实现更高功率，相同功率下可减小dc/dc模块的并联个数，提高并联可靠性，相同并联模块数下，可以实现更高的输出功率。
77.图4所示为控制电路中过流信号产生电路图。所述控制电路产生过流信号i
shut
的电路包括输出集电极开路比较器ca、cb、cc，非门；是由正电流阀值参考信号i
max
与比较器ca、cb、cc的同相输入端连接，a相电流信号ia与比较器ca的反相输入端连接，b相电流信号ib与比较器cb的反相输入端连接，c相电流信号ic与比较器cc的反相输入端连接，比较器供电电源v
cc
经电阻r与比较器ca、cb、cc的输出端和非门的输入端连接，非门的输出端与过流信号i
shut
连接构成。
78.非门可通过比较器实现替代功能，比较器ca、cb、cc和非门采用adi公司的四轨至轨比较器芯片adcmp393arz实现。
79.图5所示为控制电路中发电驱动信号产生电路图，所述控制电路产生发电驱动信号g
ag
、g
bg
、g
cg
的电路包括电压环、比较器c、rs触发器、与门和选通器，位置信号p包括霍尔位置信号pa、pb和pc；是由稳压参考值v
ref
与电压环的同相输入端连接，直流母线电压vz与电压环的反相输入端连接，电压环输出e
rr
与比较器c的同相输入端连接，三角波信号v
tri
与比较器c的反相输入端连接，比较器c的输出d
raw
分别与rs触发器的输入端s和与门的一输入端连接，过流信号i
shut
与rs触发器的输入端r连接，rs触发器的输出端q输出使能信号en和与门的另一输入端连接，与门输出信号d与选通器的输入端连接，霍尔位置信号pa、pb和pc与选通器的控制端连接，选通器输出端分别与发电驱动信号g
ag
、g
bg
、g
cg
连接构成。
80.发电驱动信号产生电路可以采用on公司的无刷直流电机控制芯片ncv33035dwr2实现。
81.图6所示为起动和发电时驱动信号切换的电路图，所述控制电路中a、b、c相桥臂完成起动和发电时驱动信号切换的电路结构相同，对于任意一y相桥臂，y＝a、b或c，驱动信号g
uy
和g
dy
的产生电路包括双路2选1选通器sy，数字信号处理器dsp；选通器sy中第一开关的一输入端1a与地连接，选通器sy中第二开关的一输入端2a与y相发电驱动信号g
yg
连接，dsp输出的起动发电状态切换信号s
cony
与选通器sy切换控制端连接，dsp输出的上管起动驱动信号g
uys
与选通器sy中第一开关的另一输入端1b连接，dsp输出的下管起动驱动信号g
dys
与选通器sy中第二开关的另一输入端2b连接，选通器sy中第一开关输出端1y输出的上管驱动信号g
uy
与q
uy
的栅极g连接，选通器sy中第二开关输出端2y输出的下管驱动信号g
dy
与q
dy
的栅极g连接构成。
82.选通器sy采用sn74hc257d。
83.一种低压直流永磁起动发电机电源系统的设计方法，包括以下步骤：
84.步骤1：永磁起动发电机需要使最低发电转速、满载下对应的三相绕组线电压峰值
大于110v，最高发电转速、空载下对应的三相绕组线电压峰值小于330v；
85.步骤2：永磁起动发电机向控制电路提供位置信号p，位置信号p包括三路霍尔位置信号pa、pb和pc，以电压上升阶段过零点为0
°
参考，霍尔位置信号pa、pb和pc分别在a相、b相和c相电压30
°
～210
°
范围内输出低电平，0
°
～30
°
和210
°
～360
°
范围内输出高电平；
86.步骤3：通过隔离发电辅助电源和隔离辅助电源实现对控制电路的供电；
87.步骤4：起动过程通过控制电路产生起动驱动信号使igbt三相全桥输出三相变压变频交流电驱动永磁起动发电机由静止到发动机点火转速；
88.步骤5：在发动机到达发电转速之后，进入发电过程，起动发电机控制器将永磁起动发电机输出的三相变压变频交流电转化为稳定直流电压，当起动发电机三相线电压峰值小于200v时，igbt三相全桥进入三相boost整流模式，使直流电压vz稳定在200v，当起动发电机输出的三相线电压峰值大于200v时，igbt三相全桥工作于不控整流模式；通过多个隔离dc/dc模块将200v～330v的直流母线电压vz转化为28v直流vo，通过多个隔离dc/dc模块并联来增加输出功率。
89.对于步骤2，图7所示为霍尔位置信号pa、pb和pc与电机电压的对应关系图。
90.结合图8所示起动控制原理图，对步骤4所述的起动过程控制进行说明，包括以下步骤：
91.步骤41：起动电源正极vs经二极管d3给igbt三相全桥的直流母线vz正极供电；
92.步骤42：控制电路中dsp采用准速度外环，电流内环的控制策略，通过正弦空间矢量脉冲宽度调制svpwm控制产生起动控制信号g
uas
、g
das
、g
ubs
、g
dbs
、g
ucs
、g
dcs
；
93.步骤43：dsp产生起动发电状态切换信号s
cony
来使选通器sy的输出对应起动控制信号，即使g
ua
＝g
uas
、g
da
＝g
das
、g
ub
＝g
ubs
、g
db
＝g
dbs
、g
uc
＝g
ucs
、g
dc
＝g
dcs
。
94.在三相boost整流模式下，igbt三相全桥等效电路图如图9所示，上端三只功率管q
ua
、q
ub
和q
uc
均不提供驱动信号，仅使用其内部反向并联二极管，功率管q
ua
、q
ub
和q
uc
等效为二极管。给合图10所示三相boost整流控制的主要波形图，对步骤5所述三相boost整流模式进行说明，包括以下步骤：
95.步骤51：将最大电流信号i
max
设置为满载功率下对应的最大电流峰值，并留有一定裕量；
96.步骤52：当三相电流ia、ib和ic中任意一个大于i
max
时，使过流信号i
shut
为高，其余时刻，过流信号i
shut
维持为低；
97.步骤53：根据稳压参考信号v
ref
和直流母线电压vz，通过电压环的pi调节器计算得到控制信号e
rr
；
98.步骤54：控制信号e
rr
和三角波信号v
tri
分别送比较器c的同相和反相输入端，用于产生原始占空比信号d
raw
；
99.步骤55：将原始占空比信号d
raw
和过流信号i
shut
分别送rs触发器的s和r输入端，rs触发器的q端输出使能信号en，当d
raw
由低到高时，en＝1，当i
shut
由低到高时，en＝0；
100.步骤56：将原始占空比信号d
raw
和使能信号en分别送到与门的输入端，通过与门输出占空比信号d；
101.步骤57：将占空比信号d送到选通器的输入端，将霍尔位置信号pa、pb和pc送到选通器的控制端，当papbpc＝01x时，驱动信号g
ag
＝d，其余状态g
ag
＝0，当papbpc＝x01时，驱动信
号g
bg
＝d，其余状态g
bg
＝0，当papbpc＝1x0时，驱动信号g
cg
＝d，其余状态g
cg
＝0，x表示不管该逻辑状态为0或1均不影响判断；
102.步骤58：dsp产生起动发电状态切换信号s
cony
来使选通器sy的输出对应发电控制信号，即使g
ua
＝0、g
da
＝g
ag
、g
ub
＝0、g
db
＝g
bg
、g
uc
＝0、g
dc
＝g
cg
。
103.本发明的发电机电源系统发电时，起动发电机控制器整流ac/dc级采用三相boost全桥，相对二极管全桥，ac/dc级具有稳压功能，可以显著降dc/dc级的电源变换难度，相对于三相全桥，ac/dc级可以通过模拟控制实现，电路复杂度及成本显著低于数字svpwm控制方式，同时，不存在桥臂直通风险。本发明提出的一种低压直流永磁起动发电机电源系统及设计方法，适合于采用活塞发动机的28v低压直流航空电源系统，可应用于航空无人机。