[发明专利]一种磁流体飞轮驱动控制电路

说明书

本发明涉及一种磁流体飞轮驱动控制电路，属于电路设计领域；包括驱动电路、控制电路和磁流体飞轮；其中，控制电路包括切换缓冲电路、极性判别电路、隔离缓冲电路、电流控制及PWM产生电路和换向逻辑及换向驱动电路；驱动电路包括换向开关和电流采样模块；本发明实现产品的电流控制及正反转、加减速控制，电路结构简单、使用方便，功耗低、体积小、重量轻、寿命长。

技术领域

本发明属于电路设计领域，涉及一种磁流体飞轮驱动控制电路。

背景技术

飞轮是航天器姿态控制系统中的重要执行部件。传统的机械式飞轮是由驱动电机带动一个具有一定质量大小和质量分布的高速转动的转子。传统机械式飞轮结构相对复杂，小型化难度大；因存在机械磨损，长寿命实现困难；同时存在振动噪声方面的问题。磁流体飞轮原理是通过主动调节导电液体两端电场强度，流体内部产生高密度电流，在磁场作用下导电液体产生旋转运动。飞轮的转动惯量由导电液体实现。与传统机械飞轮相比，结构简单，易于实现产品的微小型化，因无机械磨损可以实现产品长寿命工作，同时利用流体的自平衡来抑制振动噪声。

磁流体飞轮由磁流体飞轮本体和磁流体飞轮驱动控制电路组成。传统飞轮的驱动控制电路对直流电机进行驱动控制，被控对象工作电流最大值一般1A～3A，阻抗一般1Ω～2Ω；磁流体飞轮电路的驱动控制对象—磁流体飞轮本体具有大工作电流(最高可达30A)、低阻抗(低于5mΩ)的特点，传统的直流电机驱动电路如果直接应用于磁流体飞轮，存在电路功耗过大，电路结构复杂，小型化难度大等问题，不能在磁流体飞轮中应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种磁流体飞轮驱动控制电路，实现产品的电流控制及正反转、加减速控制，电路结构简单、使用方便，功耗低、体积小、重量轻、寿命长。

本发明解决技术的方案是：

一种磁流体飞轮驱动控制电路，包括驱动电路、控制电路和磁流体飞轮；其中，驱动电路包括切换缓冲电路、极性判别电路、隔离缓冲电路、电流控制及PWM产生电路和换向逻辑及换向驱动电路；驱动电路包括换向开关和电流采样模块；

切换缓冲电路：接收外部传来的信号电源VCC的供电，开始工作；接收外部功率电源VB；接收极性判别电路传来的极性DC信号；生成切换缓冲信号DS；将切换缓冲信号DS发送至电流控制及PWM产生电路；

换向开关：接收外部传来的功率电源VB的供电，开始工作；并将功率电源VB导通至磁流体飞轮；磁流体飞轮旋转；

电流采样模块：采集磁流体飞轮的输出电流信号VI；

隔离缓冲电路：接收外部传来的控制信号VC和控制信号地VCG，生成隔离缓冲信号VCR；将隔离缓冲信号VCR发送至极性判别电路；

将隔离缓冲信号VCR与输出电流信号VI求差，获得差值信号VCZ，并将差值信号VCZ发送至电流控制及PWM产生电路；

极性判别电路：接收隔离缓冲电路传来的隔离缓冲信号VCR，生成极性DC信号，将极性DC信号发送至切换缓冲电路；将极性DC信号发送至换向逻辑及换向驱动电路；

电流控制及PWM产生电路：接收差值信号VCZ；接收切换缓冲电路传来的切换缓冲信号DS；生成PWM信号，将PWM信号发送至换向逻辑及换向驱动电路；

换向逻辑及换向驱动电路：接收电流控制及PWM产生电路传来的PWM信号；接收极性判别电路传来的极性DC信号；生成换向驱动信号，发送至换向开关，驱动相应的开关导通，使功率电压加在磁流体飞轮内环、外环的电极上，驱动磁流体飞轮正转或反转，加速、稳速或制动。

在上述的一种磁流体飞轮驱动控制电路，所述换向逻辑及换向驱动电路包括反相器N4、第二与门N2、第三与门N3、第一隔离式栅极驱动器U1、第二隔离式栅极驱动器U2、第三隔离式栅极驱动器U3、第四隔离式栅极驱动器U4；