一种机载三相整流电源输入电压瞬变控制电路及方法与流程

1.本发明属于机载三相整流电源供电领域，具体是一种机载三相整流电源输入电压瞬变控制电路及方法。


背景技术：

2.目前国内机载交流供电系统，一次整流电源大都为无源pfc电源，如二极管不控整流、晶闸管整流以及多脉波变压器整流，无源一次整流电源转换效率较低、功率因数偏低、电流谐波含量高，具体表现为以下方面：
3.机载三相交流电压由柴油发电机提供，发电机容量一般相对较小，因此更容易受到谐波污染。无源一次整流电源采用不控或半控器件，使得一次整流电源体积和重量较大，同时由于飞机的不同飞行模式和负载的剧烈变化时容易引起航空电网较大波动，使得航空电网幅值突变较大，容易引发后端设备工作异常，严重时可能会损坏后端设备。无源一次整流电源为了适应航空电网电压瞬变特性，提高电源设计余量、增大设备的体积和重量，从而间接限制了飞机的载荷；同时，较大的电流谐波含量，降低航空电网的电能利用率，从而导致能耗增加，转换效率降低。因此，解决航空电网电压瞬变带来的问题，提高航空电网的利用率势在必行。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种机载三相整流电源输入电压瞬变控制电路，包括电源输入电路，所述电源输入电路包括缓启动电路、输入电抗器、功率变换器以及直流电容；缓启动电路、输入电抗器、功率变换器以及直流电容依次连接；还包括采样电路、驱动电路以及dsp控制器；
6.所述采样电路包括输入电压采样电路、输入电流采样电路以及直流电压采样电路；
7.输入电压采样电路实现输入电压采样功能，并将采集的输入电压信号发送至dsp控制器；
8.输入电流采样电路实现输入电流采样功能，并将采集的输入电流信号发送至dsp控制器；
9.直流电压采样电路实现输出电压采样功能，并将采集的输出电压信号发送至dsp控制器；
10.驱动电路为功率变换器提供实时驱动信号，驱动电路一端连接dsp控制器，另一端与功率变换器连接；
11.dsp控制器对获取的输入电流信号进行dq坐标变换，分别对输入电流信号的有功分量和无功分量进行pi控制，再进行dq坐标逆变换，完成对输入三相电流的单位功率因数正弦波电流控制；并输出pwm脉冲驱动信号至驱动电路，其中pwm脉冲驱动信号给定时注入
三次谐波。
12.优选的，还包括辅助电源，所述辅助电源为采样电路、驱动电路以及dsp控制器提供不同规格的电压。
13.优选的，dsp控制器上设置有dsp采样端口；
14.采样电路将输入电压信号、输入电流信号或输出电压信号发送至dsp控制器前，还包括将输入电压信号、输入电流信号或输出电压信号经过电阻分压或者传感器采样滤波，并发送至隔离运放输入端，经隔离运放隔离后送至dsp采样端口。
15.优选的，dsp控制器控制过程包括电压环控制、电流环控制以及锁相环控制。
16.优选的，输入电压信号为锁相环和三次谐波计算提供输入参数，同时为驱动电路切换工作模式的判断依据。
17.优选的，驱动电路的工作模式包括稳态工作模式和瞬态工作模式。
18.优选的，dsp控制器设定有瞬变电压参考值；当输入电压信号小于瞬变电压参考值时，为稳态工作模式，dsp控制器完成控制外环输出电压的闭环控制及电流内化输入电流的闭环控制；
19.当输入电压信号大于等于瞬变电压参考值时，为瞬态工作模式，dsp控制器判断输入瞬变电压参考值处于何种区间，设置功率变换器中开关管的开通顺序及开通时间，实现pwm脉冲驱动信号恒定占空比控制。
20.根据本发明的第二方面的实施例提出一种机载三相整流电源输入电压瞬变控制方法，包括以下步骤：
21.采样电路获取输入电压信号、输入电流信号或输出电压信号，并将输入电压信号、输入电流信号或输出电压信号经过电阻分压或者传感器采样滤波，并发送至隔离运放输入端，经隔离运放隔离后送至dsp采样端口；
22.dsp控制器设定有瞬变电压参考值；当输入电压信号小于瞬变电压参考值时，为稳态工作模式，dsp控制器完成控制外环输出电压的闭环控制及电流内化输入电流的闭环控制；
23.当输入电压信号大于等于瞬变电压参考值时，为瞬态工作模式，dsp控制器对获取的输入电流信号进行dq坐标变换，分别对输入电流信号的有功分量和无功分量进行pi控制，再进行dq坐标逆变换，完成对输入三相电流的单位功率因数正弦波电流控制；并输出pwm脉冲驱动信号至驱动电路，设置功率变换器中开关管的开通顺序及开通时间，实现pwm脉冲驱动信号恒定占空比控制；并在pwm脉冲驱动信号给定时注入三次谐波。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明整流电源采集三相输入电压、输入电流和直流输出电压，然后将采集数据送至控制器，控制器对输入电压、输入电流和输出电压进行判断，调节整流电源的工作模式。整流电源采用spwm解耦控制，稳态运行时通过双闭环pid控制(外环电压环、内环电流环)，控制器将驱动信号经驱动电路送至功率变换器，使得输出直流电压保持稳定；输入电压瞬变时，控制器通过计算处理切换pwm工作模式，进入恒定占空比模式，维持输出电压带负载稳定运行。本发明实现了机载三相整流电源在后端电气负载变化或者发动机转速变化等原因引起的输入电压瞬变时，使得整流电源带负载稳定运行。
26.实现了机载三相整流电源输入电压瞬变时输出电压的稳定控制，使得后端负载在
飞机的不同飞行模式以及负载突变时，整流电源均能稳定可靠运行，达到输入电压瞬变控制的效果。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明的功能框图；
29.图2为本发明的控制算法原理图；
30.图3为本发明控制的实施流程图。
具体实施方式
31.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
32.如图1至图3所示，一种机载三相整流电源输入电压瞬变控制电路，包括电源输入电路、辅助电源、采样电路、驱动电路以及dsp控制器；所述电源输入电路包括缓启动电路、输入电抗器、功率变换器以及直流电容；所述采样电路包括输入电压采样电路、输入电流采样电路以及直流电压采样电路；
33.缓启动电路在输入给定瞬间实现输出缓启，避免出现启动冲击电流，缓启动电路后接输入电抗器；输入电抗器为pfc储能电感，所述输入电抗器后接功率变换器；功率变换器实现三相交流输入转直流输出功能，所述功率变换器后接直流电容；直流电容实现输出滤波与改善电路稳定的功能；辅助电源为整个系统提供不同规格的电压；
34.输入电压采样电路实现输入电压采样功能，并将采集的输入电压信号发送至dsp控制器；输入电流采样电路实现输入电流采样功能，并将采集的输入电流信号发送至dsp控制器；直流电压采样电路实现输出电压采样功能，并将采集的输出电压信号发送至dsp控制器；驱动电路为功率变换器提供实时驱动信号，驱动电路一端连接dsp控制器，另一端与功率变换器连接；dsp控制器用于实现信号处理、保护功能实现、算法控制等功能。
35.如图1所示，以机载三相整流电源的采样电路作为实施例进行说明。
36.机载三相整流电源的采样电路主要有输入电压采样电路、输入电流采样电路和输出电压采样电路组成。采样信号经过电阻分压或者传感器采样滤波后，送至隔离运放输入端，经隔离运放隔离后送至dsp采样端口。由于dsp采样端口电压不能超过限定值，因此需要合理计算采样值区间，通常会在信号送至dsp端口处设置瞬态电压抑制二极管。
37.如图2所示，dsp控制器控制过程包括电压环控制、电流环控制以及锁相环控制；
38.电压环为控制外环，主要实现对输出电压的闭环控制；电流环作为控制内环，主要实现输入电流的闭环控制，电压环的输出作为电流环的输入实现双闭环控制。输入电流采样后经过dq坐标变换，电流环中分别对电流的有功分量和无功分量进行pi控制，然后再进
行dq坐标逆变换，完成对输入三相电流的单位功率因数正弦波电流控制；在pwm脉冲驱动信号给定时注入三次谐波，当在三相目标参考波形中注入一定分量三次谐波时，在线性区工作时，能够实现最大调制比大于1且不会出现过调制，从而提高了直流电压利用率；三次谐波在三相中等幅值、同相位，在线电压中相互抵消，不会影响交流侧电流谐波特性，实现输入电压瞬变时输出电压的鲁棒控制。
39.控制算法中输入电压采样数据为锁相环和三次谐波计算提供输入参数，同时作为pwm脉冲驱动信号切换工作模式的判断依据；输入电流采样作为控制算法核心参数来源；直流电压采样为电压环控制的目标参数；pwm脉冲驱动信号生产后，送给功率变换器开关管，实现功率变换器开关管的pwm脉冲控制，保持直流侧电压的稳定输出。
40.若判断输入电压稳态运行，即未发生电压瞬变或者电压变化未超过瞬变电压参考值，则dsp控制器按照既定的控制流程，分别完成控制外环输出电压的闭环控制及电流内化输入电流的闭环控制，直流侧电压稳定输出，系统能够正常运行。
41.若判断输入电压发生瞬变即电压变化值超过瞬变电压参考值进入瞬态模式，则dsp控制器进一步判断输入瞬变电压参考值处于何种区间，进而设置功率变换器中开关管的开通顺序及开通时间，实现pwm脉冲驱动信号恒定占空比控制，即实现了输入电压瞬变时，直流侧电压稳定输出，系统能够正常运行。
42.以上两种工作模式，dsp控制器以输入电压采样值的大小作为输入电压稳态和瞬态工作模式判断的依据。根据输入电压不同工作模式，设定pwm脉冲的工作模式，实现输入电压发生瞬变时，能够维持直流侧电压稳定输出，系统能够正常运行。
43.本具体的实施例中，直流电容后接输出直流母线，输出直流母线电压为360v的90％-110％范围内的任意值。如输出直流母线的初始输出电压为360v，初始输入电压为115vac，当输入电压正常瞬变到过压140vac、160vac、180vac，经过dsp控制器运算处理后，切换pwm工作模式至恒定占空比模式，可以控制输出电压的稳定输出，从而保持系统的稳定运行。
44.本发明实现了机载三相整流电源输入电压瞬变时输出电压的稳定控制，使得后端负载在飞机的不同飞行模式以及负载突变时，整流电源均能稳定可靠运行，达到输入电压瞬变控制的效果。
45.以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。