[发明专利]一种系留气球用球载电源变换器

摘要

本发明公开了一种系留气球用球载电源变换器，该球载电源变换器是放置在系留气球系统的空中平台上，用于与目前的系留气球系统中的低压系缆、高压系缆和用电单元连接。所述球载电源变换器包括DSP处理器、球载高压降压电路、整流滤波电路、Buck电路、不间断切换与充电电路、以及与DSP处理器连接的三个驱动电路、一个保护电路。本发明设计的球载电源变换器不仅能够实现高压供电、低压供电和应急锂电池供电自动切换，而且实现高压供电、低压供电和应急锂电池供电切换时不间断供电，同时还能够给用电单元供电和应急锂电池充电。

主权项

1.一种系留气球用球载电源变换器，该球载电源变换器是放置在系留气球系统的空中平台上；其特征在于：球载电源变换器设置在低压系缆、高压系缆和用电单元之间；所述球载电源变换器包括DSP处理器U4、第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、保护电路、高压降压电路、整流滤波电路、Buck电路和不间断切换与充电电路；DSP处理器为TMS320X2812芯片；所述Buck电路由第一电压传感器、第一电流传感器、第一功率开关管M1、续流功率二极管D5、滤波电感L、滤波电容C2组成；所述整流滤波电路由功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3和功率二极管D4，以及滤波电容C1组成；所述不间断切换与充电电路由第二功率开关管M2、第三功率开关管M3、功率二极管D6、滤波电容C3、应急锂电池组B、第二电压传感器和第二电流传感器组成；高压降压电路由降压器T和继电器J组成；高压系缆经光电连接器连接到降压器T的原边，降压器T的副边的同名端连接在整流桥功率二极管D1的正极和功率二极管D3的负极之间，降压器T的副边的非同名端连接在整流桥功率二极管D2的正极和功率二极管D4的负极之间；低压系缆经继电器J连接到降压器T副边的同名端和非同名端，同时控制信号与DSP处理器U4连接；功率二极管D1的负极、功率二极管D2的负极、滤波电容C1的一端与第一功率开关管M1的集电极C端连接，功率二极管D3的正极、功率二极管D4的正极、滤波电容C1的另一端、续流功率二极管D5的正极、滤波电容C2的另一端、应急锂电池组B的负极和滤波电容C3的另一端连接到球载电源变换器的负端；第一功率开关管M1的基极G端经第一驱动电路连接到DSP处理器U4，第一功率开关管M1的发射极E端连接到续流功率二极管D5的负极和滤波电感L的一端；滤波电感L的另一端与滤波电容C2的一端连接，且滤波电感L的另一端与第二功率开关管M2的集电极C端和第三功率开关管M3的集电极C端连接；续流功率二极管D5的正极与滤波电容C2的另一端之间连接有第一电流传感器，第一电流传感器将采集到的电流信号输出至DSP处理器U4上；滤波电容C2的一端与与地之间连接有第一电压传感器，第一电压传感器将采集到的电压信号输出至DSP处理器U4上；第二功率开关管M2的基极G端经第二驱动电路连接到DSP处理器U4，第二功率开关管M2的发射极E端与功率二极管D6的负极连接；第二功率开关管M2的发射极E端与功率二极管D6的负极之间连接有第二电流传感器；第二电流传感器将采集到的电流信号输出至DSP处理器U4上；第二功率开关管M2的发射极E端也与滤波电容C3的一端连接；第三功率开关管M3的基极G端经第三驱动电路连接到DSP处理器U4，第三功率开关管M3的发射极E端与功率二极管D6的正极连接；第三功率开关管M3的发射极E端与地之间连接有第二电压传感器；第二电压传感器将采集到的电压信号输出至DSP处理器U4上；应急锂电池组B的正极连接在第三功率开关管M3的发射极E端上，应急锂电池组B的负极连接在球载电源变换器的负端、且接地；门驱动光电耦合器U1的第1脚连接到DSP处理器U4的第92脚，U1的第2脚、第4脚接地，U1的第3脚与电阻R13、电阻R12的一端及稳压管D11、电容C11、电容C13的一端连接，电容C13的另一端接U1的第8脚，电阻R12的另一端接+15V，电阻R13的另一端与电阻R14的一端、三级管Q11的基极及U1的第6脚连接，电容C11、稳压管D11及电阻R14的另一端连接后接地，三级管Q11的集电极与电阻R11的一端、U4的第106脚连接，电阻R11的另一端接+3.3V，U1的第5脚连接到U4的第93脚；U1的第16脚接电容C12、稳压管D12和电容C14的一端，电容C12的另一端与U1的第14脚、二极管D13的正极连接，稳压管D12的另一端与二极管D13的负极与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与二极管D15的正极连接，二极管D15的负极与第一功率开关管M1的集电极C端连接；电容C14的另一端与U1的第13脚和第12脚、MOS管M11的漏极、+15V连接；MOS管M11的栅极与电阻R16的一端、MOS管M12的栅极连接，电阻R16的另一端与U1的第11脚连接，MOS管M11的源极与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端与电阻R18的一端、稳压管D14的一端、电阻R19的一端及第一功率开关管M1的基极G端连接；电阻R18的另一端与MOS管M12的漏极连接，MOS管M12的源极与U1的第9脚、第10脚、电容C15的一端、电容C16的一端、－10V连接，电容C16的另一端与电阻R19的另一端、稳压管D14的另一端、电容C14的一端及第一功率开关管M1的发射极E端连接；U1的第16脚输出一个零电平，U1的第13脚输出+15V电压，U1的第9脚、第10脚输出－10V电压；门驱动光电耦合器U2的第1脚连接到DSP处理器U4的第95脚，U2的第2脚、第4脚接地，U2的第3脚与电阻R23、电阻R22的一端及稳压管D21、电容C21、电容C23的一端连接，电容C23的另一端接U2的第8脚，电阻R22的另一端接+15V，电阻R23的另一端与电阻R24的一端、三级管Q21的基极及U2的第6脚连接，电容C21、稳压管D21及电阻R24的另一端连接后接地，三级管Q21的集电极与电阻R21的一端、U4的第107脚连接，电阻R21的另一端接+3.3V，U2的第5脚连接到U4的第98脚；U2的第16脚接电容C22、稳压管D22和电容C24的一端，电容C22的另一端与U2的第14脚、二极管D23的正极连接，稳压管D22的另一端与二极管D23的负极与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端与二极管D25的负极连接，二极管D25的负极与第二功率开关管M2的集电极C端连接；电容C24的另一端与U2的第13脚和第12脚、MOS管M21的漏极、+15V连接；MOS管M21的栅极与电阻R26的一端、MOS管M22的栅极连接，电阻R26的另一端与U2的第11脚连接，MOS管M21的源极与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端与电阻R28的一端、稳压管D24的一端、电阻R29的一端及第二功率开关管M2的基极G端连接；电阻R28的另一端与MOS管M22的漏极连接，MOS管M22的源极与U1的第9脚、第10脚、电容C25的一端、电容C26的一端、－10V连接，电容C26的另一端与电阻R29的另一端、稳压管D24的另一端、电容C24的一端及第二功率开关管M2的发射极E端连接；U2的第16脚输出一个零电平，U2的第13脚输出+15V电压，U2的第9脚、第10脚输出－10V电压；门驱动光电耦合器U3的第1脚连接到DSP处理器U4的第45脚，U3的第2脚、第4脚接地，U3的第3脚与电阻R33、电阻R32的一端及稳压管D31、电容C31、电容C33的一端连接，电容C33的另一端接U3的第8脚，电阻R32的另一端接+15V，电阻R33的另一端与电阻R34的一端、三级管Q31的基极及U3的第6脚连接，电容C31、稳压管D31及电阻R34的另一端连接后接地，三级管Q31的集电极与电阻R31的一端、U4的第109脚连接，电阻R31的另一端接+3.3V，U3的第5脚连接到U4的第46脚；U3的第16脚接电容C32、稳压管D32和电容C34的一端，电容C32的另一端与U3的第14脚、二极管D33的正极连接，稳压管D32的另一端与二极管D33的负极与电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端与二极管D35的正极连接，二极管D35的负极与第三功率开关管M3的集电极C端连接；电容C34的另一端与U3的第13脚和第12脚、MOS管M31的漏极、+15V连接；MOS管M31的栅极与电阻R36的一端、MOS管M32的栅极连接，电阻R36的另一端与U3的第11脚连接，MOS管M31的源极与电阻R37的一端连接，电阻R37的另一端与电阻R38的一端、稳压管D34的一端、电阻R39的一端及第三功率开关管M3的基极G端连接；电阻R38的另一端与MOS管M32的漏极连接，MOS管M32的源极与U3的第9脚、第10脚、电容C35的一端、电容C36的一端、－10V连接，电容C36的另一端与电阻R39的另一端、稳压管D34的另一端、电容C34的一端及第三功率开关管M3的发射极E端连接；U3的第16脚输出一个零电平，U3的第13脚输出+15V电压，U3的第9脚、第10脚输出－10V电压；第一电压传感器经电容C51接地，经电阻R51连接到运算放大器U5A的3脚，电阻R51经电容C52接地，运算放大器U5A的第1脚和第2脚连接后与电阻R52的一端连接，R52的另一端经电容C53接地，同时与U4的第174脚连接；第二电压传感器经电容C54接地，经电阻R53连接到运算放大器U5B的5脚，电阻R53经电容C55接地，运算放大器U5B的第7脚和第6脚连接后与电阻R54的一端连接，R54的另一端经电容C56接地，同时与U4的第173脚连接；第一电流传感器经电容C57接地，经电阻R55连接到运算放大器U5C的10脚，电阻R55经电容C58接地，运算放大器U5C的第8脚和第9脚连接后与电阻R56的一端连接，R56的另一端经电容C59接地，同时与U4的第172脚连接；第二电流传感器经电容C60接地，经电阻R57连接到运算放大器U5D的13脚，电阻R57经电容C61接地，运算放大器U5D的第14脚和第12脚连接后与电阻R58的一端连接，R58的另一端经电容C62接地，同时与U4的第171脚连接。