[发明专利]直流起动发电一体化功率变换器及其控制方法

说明书

本发明公开一种直流起动发电一体化功率变换器及其控制方法，该功率变换器用一套三相桥电路实现起动模式下的逆变和发电模式下的整流双功能。逆变工作方式下，三相变换器MosFET根据控制逻辑正常开关控制；在整流工作方式下，根据检测的电机电枢电压和电流，判定体二极管导通状态，控制三相变换器MosFET的开关逻辑，开通MosFET替代体二极管实现整流功能，利用MosFET导通阻抗小的特点，替代传统整流方式下的二极管，提高直流起动发电系统的一体化变换器的效率。

技术领域

本发明涉及一种直流起动发电一体化功率变换器及其开关控制策略，属于直流起动发电机控制领域。

背景技术

飞机、汽车发动机在投入运行前，需用起动机起动。实现起动的方案有多种，如液压起动、冷气起动和电起动等。其中液压和冷气起动都存在着设备复杂、受环境影响大等缺点，电起动发展迅速。

由于有刷直流电机具有发展早、技术成熟的优点，大量使用在飞机和汽车上。但是有刷电机存在机械寿命短，需要定期清洗电刷和换向器、定期维护等缺点，电机的无刷化成为主流。

大部分起动发动机用的电机和发电用的电机是分开的，需要两台电机分别实现起动和发电功能。随着技术的进步和发展，越来越多的做法是将起动用的电机和发电用的电机合二为一，构成起动发电双功能电机。

由此发展了直流无刷起动发电机。直流无刷起动发电机的电机本体是交流电机，当电机作为起动机工作时，需要逆变器将电网中的直流电逆变为三相交流电控制电机工作，当电机作为发电机工作时，需要整流器将三相交流电整流为直流电输入电网。因此既需要整流器又需要逆变器。两套功率变换设备同时存在增加了系统的体积重量，增加了成本，降低了系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提出一种直流起动发电一体化功率变换器及其开关控制策略，把起动用的逆变器和发电用的整流器合二为一，构成一体化的双功能功率变换器。变换器使用MosFET模块的体内反并联二极管构成整流桥，由于该体二极管导通压降大，会带来较大的热损耗。因此提出一种开关控制策略，利用MosFET双向可控导通的特点以及MosFET导通压降小于体二极管导通压降的特点，将MosFET在起动和发电过程中复用，降低发热损耗，减小散热需求。

本发明采用如下技术方案：

一种直流起动发电一体化功率变换器，其特征在于包括起动发电机、三相变换器、外部直流电源、电压和电流检测与信号调理电路、AD转换电路、FPGA电路和栅极驱动电路；所述起动发电机与三相变换器连接，所述三相变换器与外部直流电源连接，所述电压和电流检测与信号调理电路的检测输入端连接在起动发电机与三相变换器之间，输出端连接AD转换电路，所述AD转换电路连接FPGA电路，所述FPGA电路连接栅极驱动电路，所述栅极驱动电路连接三相变换器；

所述三相变换器主要由6个MosFET及其反并联体二极管组成，MosFET双向可控导通，体二极管单向导通，6个MosFET在起动逆变模式下构成逆变电路，在发电整流模式下构成整流电路。

优选地，所述FPGA电路包括AD读逻辑单元、整流开关控制逻辑单元、起动逆变控制逻辑单元和三态门；所述AD读逻辑单元的输入端连接AD转换电路的输出端，AD读逻辑单元的一个输出端连接整流开关控制逻辑单元的输入端，另一个输出端连接起动逆变控制逻辑单元的输入端，所述整流开关控制逻辑单元和起动逆变控制逻辑单元的输出端分别连接至所述三态门的两个输入端，所述三态门的输出端连接至所述栅极驱动电路。