[发明专利]一种基于宽电压范围的双向多端口变换器的PCU控制系统

说明书

本发明提供了一种基于宽电压范围的双向多端口变换器的航天器电源控制器控制系统，包括主功率部分、FPGA部分、数模转换部分、表决电路和被控量采样电路；其中，主功率部分由N个主功率变换模块组成，每一个主功率变换模块采用双向三端口变换器，实现太阳能阵SA、母线BUS和电池BAT间能量的调节和调度，N个主功率变换模块间通过并联进行功率扩展；FPGA部分包括N个FPGA模块，与N个主功率变换模块对应；被控量采样电路采样所述功率部分的被控量，通过A/D转换电路提供给FPGA部分，FPGA给出的驱动信号通过D/A转换电路后分别控制N个主功率变换模块；FPGA部分作为所述系统的控制核心，通过控制算法和控制逻辑使主功率变换模块的变换器实现PCU的控制功能。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及航天器电源控制器的控制系统。

背景技术

多端口变换器，特别是三端口变换器，在航天领域、汽车电子领域、光伏系统领域等众多领域有着重要的应用。通常，多个端口只能向其中一个端口单方向传输能力，而除该端口以外的其他端口之间不能传递能量。

专利文献1(中国专利公开号：CN104868551 A)提出了一种基于FPGA的小卫星MPPT控制系统，开关电源电路与太阳能电池阵相连，为锂电池充电；电流取样电路、电压取样电路分别采集太阳能电池阵的输出电流、电压信号，调理滤波后经由A/D采样电路进行模数转换，并送进FPGA中，由FPGA实现功率跟踪控制，并输出PWM波信号，通过功率管驱动电路驱动开关电源电路正常工作。但是，该方案应用于太阳阵输入和电池输出，是两端口变换器，且只适用于小功率(小卫星)。

发明人在先的专利申请(中国专利公开号CN104993699 A)提出了一种新型非隔离宽电压范围双向三端口变换器和双向多端口变换器，如附图1和附图2所示，该变换器具有可扩展、宽电压调节范围、高效率、高功率密度的优点。在此基础上，如何进行基于双向三端口变换器的PCU的控制，是亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种宽电压范围的双向多端口变换器的控制系统。

本发明具体通过如下技术方案实现：

一种基于宽电压范围的双向多端口变换器的PCU控制系统，所述系统包括主功率部分、FPGA部分、数模转换部分、表决电路和被控量采样电路；其中，所述数模转换部分包括A/D转换电路和D/A转换电路；所述主功率部分由N个主功率变换模块组成，每一个主功率变换模块采用双向三端口变换器，实现太阳能阵SA、母线BUS和电池BAT间能量的调节和调度，所述N个主功率变换模块间通过并联进行功率扩展；所述FPGA部分包括N个FPGA模块，与所述N个主功率变换模块对应；所述被控量采样电路采样所述功率部分的被控量，通过A/D转换电路提供给所述FPGA部分，所述FPGA给出的驱动信号通过D/A转换电路后分别控制所述N个主功率变换模块；所述FPGA部分作为所述系统的控制核心，通过控制算法和控制逻辑使所述主功率变换模块的变换器实现以下功能：

输出功率大于输入功率时，输入SA端进行MPPT，提高能量利用率，对于同等输出功率的电源控制，带有MPPT功能的电源控制器所需配备的SA的体积和重量减少，降低了发射成本；

母线按照设定电压恒压输出，通过均流算法实现N个功率模块间母线电流的均流，且通过算法使FPGA输出的各模块间驱动有相同相位差，降低母线电压纹波；

电池侧实现恒流充电和涓流充电，通过算法使FPGA输出的各模块间驱动有相同相位差，降低电池电流纹波，延长电池寿命。