CN103970178A - 一种s4r电路拓扑的混合式控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种S4R电路拓扑的混合式控制方法，对S4R电路拓扑采用混合式控制方法，分流拓扑采用脉冲频率调制PFM控制，保证了全调节母线动态性能，充电拓扑采用脉冲宽度调制PWM控制，保证了蓄电池母线的纹波性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种S4R电路拓扑的混合式控制方法。
背景技术
顺序开关分流串联调节器S4R（The Sequential Switching Shunt Series Regulator）功率调节技术是通过鲁棒控制模式来实现卫星母线电压的调节和蓄电池的充电。这种技术来源于顺序开关分流调节器S3R (the Sequential Switching Shunt Regulator)，它的主要优点是：在分流调节器SR（Shunt Regulator）和充电器调节器BCR（Battery Charger Regulator）上没有了电感，从而提高了效率和可靠性，更易模块化设计，这使得S4R技术在高压大功率母线卫星中的应用变得非常的重要。和传统的脉宽调制电源变换器相比，它设计简单，由于省掉了电感等各种原因，基于S4R功率调节技术的航天器高压母线电源的效率得到了较大的提高。为了简化传统的BCR电路，S4R功率调节***通过串联一个二次开关来使每个太阳电池阵工作在以下几种模式：对母线供电、充电、对地分流。通过这种控制方式，在卫星的寿命期间可以最大限度的减少分流调节器的太阳电池分阵，在正常的工作模式下，可以分别用两个独立的功率控制单元完成对两个子***的优良调节。
S4R电路拓扑本质是SR和BCR简化拓扑，按功能仍可以分为分流拓扑和充电拓扑，对应分流拓扑的为全调节母线，对应充电拓扑的为蓄电池母线。分流、充电拓扑分别对应着相应独立的控制电路。S4R电路拓扑的两个子***分别为SR电路拓扑和BCR电路拓扑，而两个独立的功率控制单元是指两个子***对应的控制电路，再经过S4R供电优先、充电其次和分流最后的逻辑控制实现两个子***的优良控制。
控制电路按驱动脉冲分类可分为脉冲频率调制PFM和脉冲宽度调制PWM。分流拓扑和充电拓扑均采用PFM方式是常用控制方式，称为鲁棒控制，是指SR和BCR均采用滞回比较器产生驱动脉冲的一种控制方式。该方式的特点是简单易实现、易分级、高效率，但蓄电池母线纹波不可控，随着蓄电池不同而存在差异。蓄电池母线纹波不可控的原因在于蓄电池自身特性造成其蓄电池母线误差放大器（BEA）补偿环节仅有积分补偿，而没有比例环节。而分流拓扑和充电拓扑均采用PWM方式，虽然会使得全调节母线和蓄电池母线纹波可控，但是由于PWM为固定频率，频率较高，开关管损耗高，效率也会有所下降，动态响应稍差。
发明内容
本发明提供一种S4R电路拓扑的混合式控制方法，既保证分流拓扑高效率、动态性能好的特点，又保证了充电电路蓄电池纹波可控，从而更好地满足全调节母线、蓄电池母线性能指标。
为了达到上述目的，本发明提供一种S4R电路拓扑的混合式控制方法，该混合式控制方法对分流拓扑采用PFM控制，对充电拓扑采用PWM控制。
所述的对分流拓扑采用PFM控制包含以下步骤：
步骤1.1、分流采样电路对功率电路中的全调节母线进行采样，将采样信号输出给分流MEA电路；
步骤1.2、分流MEA电路的补偿控制信号输出到滞回电路；
步骤1.3、滞回电路产生分流驱动脉冲，输出到逻辑电路；
该分流驱动脉冲为脉冲频率调制PFM。
所述的对充电拓扑采用PWM控制包含以下步骤：
步骤2.1、充电采样电路对功率电路中的蓄电池母线进行采样，将采样信号输出给充电BEA电路；
步骤2.2、充电BEA电路的补偿控制信号输出到比较电路；
步骤2.3、锯齿波电路的信号输出到比较电路；
步骤2.4、步骤2.2输出的BEA信号与步骤2.3输出的锯齿波信号经过比较电路产生充电驱动脉冲，输出到逻辑电路；
该充电驱动脉冲为脉冲宽度调制PWM。
所述的S4R电路拓扑的混合式控制方法，还包含以下步骤：
步骤3、逻辑电路对接收的分流驱动脉冲和充电驱动脉冲进行逻辑控制后，输出给驱动电路；
逻辑控制原则为供电优先、充电其次、分流最后；
步骤4、驱动电路输出控制信号来驱动功率电路。
一种实现所述的S4R电路拓扑的混合式控制方法的控制电路，该控制电路包含电路连接功率电路的分流采样电路、电路连接该分流采样电路的分流MEA电路，电路连接该分流MEA电路的滞回电路，电路连接功率电路的充电采样电路，电路连接该充电采样电路的充电BEA电路，电路连接该充电BEA电路和锯齿波电路的比较电路，电路连接该滞回电路和比较电路的逻辑电路，以及电路连接该逻辑电路和功率电路的驱动电路。
本发明对S4R电路拓扑采用混合式控制方法，分流拓扑采用PFM控制，保证了全调节母线动态性能，充电拓扑采用PWM控制，保证了蓄电池母线的纹波性能。
附图说明
图1是本发明的一种S4R电路拓扑的混合式控制方法的控制框图。
具体实施方式
以下根据图1具体说明本发明的较佳实施例。
本发明提供一种S4R电路拓扑的混合式控制方法，该混合式控制方法对分流拓扑采用PFM控制，对充电拓扑采用PWM控制。
如图1所示，该S4R电路拓扑的混合式控制方法基于控制电路实现，该控制电路包含电路连接功率电路的分流采样电路101、电路连接该分流采样电路101的分流MEA电路102，电路连接该分流MEA电路102的滞回电路103，电路连接功率电路的充电采样电路201，电路连接该充电采样电路201的充电BEA电路202，电路连接该充电BEA电路202和锯齿波电路203的比较电路204，电路连接该滞回电路103和比较电路204的逻辑电路301，以及电路连接该逻辑电路301和功率电路的驱动电路302。
对分流拓扑采用PFM控制包含以下步骤：
步骤1.1、分流采样电路对功率电路中的全调节母线进行采样，将采样信号输出给分流MEA电路；
步骤1.2、分流MEA（主误差放大器）电路的补偿控制信号输出到滞回电路；
步骤1.3、滞回电路产生分流驱动脉冲，输出到逻辑电路；
该分流驱动脉冲为脉冲频率调制PFM。
对充电拓扑采用PWM控制包含以下步骤：
步骤2.1、充电采样电路对功率电路中的蓄电池母线进行采样，将采样信号输出给充电BEA电路；
步骤2.2、充电BEA（蓄电池母线的误差放大器）电路的补偿控制信号输出到比较电路；
步骤2.3、锯齿波电路的信号输出到比较电路；
步骤2.4、步骤2.2输出的BEA信号与步骤2.3输出的锯齿波信号经过比较电路产生充电驱动脉冲，输出到逻辑电路；
该充电驱动脉冲为脉冲宽度调制PWM。
所述的S4R电路拓扑的混合式控制方法，还包含以下步骤：
步骤3、逻辑电路对接收的分流驱动脉冲和充电驱动脉冲进行逻辑控制后，输出给驱动电路；
逻辑控制原则为供电优先、充电其次、分流最后；
步骤4、驱动电路输出控制信号来驱动功率电路。
分流拓扑采取PFM控制，保证了全调节母线动态性能。由于分流拓扑运行频率较PWM控制工作频率低，而分流拓扑的主要损耗就是开关损耗，开关频率低开关损耗小，因此保证了分流拓扑的高效率。
充电拓扑采用PWM控制，保证了蓄电池母线的纹波性能。PFM控制方式的充电拓扑由于其充电BEA电路因为蓄电池自身特性仅有积分补偿环节，因此造成蓄电池纹波的不可控，而PWM控制方式的充电拓扑的充电BEA电路具有比例积分补偿环节，因此保证了蓄电池母线纹波的可控。
本发明依据分流、充电电路自身特点，兼顾两种控制方法优劣，采取优势互补的混合式控制方式可均衡分流、充电电路即S4R电路拓扑的性能和效率，工程易实现，具有极其重要工程应用价值。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (5)
1.一种S4R电路拓扑的混合式控制方法，其特征在于，该混合式控制方法对分流拓扑采用PFM控制，对充电拓扑采用PWM控制。
2.如权利要求1所述的S4R电路拓扑的混合式控制方法，其特征在于，所述的对分流拓扑采用PFM控制包含以下步骤：
步骤1.1、分流采样电路对功率电路中的全调节母线进行采样，将采样信号输出给分流MEA电路；
步骤1.2、分流MEA电路的补偿控制信号输出到滞回电路；
步骤1.3、滞回电路产生分流驱动脉冲，输出到逻辑电路；
该分流驱动脉冲为脉冲频率调制PFM。
3.如权利要求2所述的S4R电路拓扑的混合式控制方法，其特征在于，所述的对充电拓扑采用PWM控制包含以下步骤：
步骤2.1、充电采样电路对功率电路中的蓄电池母线进行采样，将采样信号输出给充电BEA电路；
步骤2.2、充电BEA电路的补偿控制信号输出到比较电路；
步骤2.3、锯齿波电路的信号输出到比较电路；
步骤2.4、步骤2.2输出的BEA信号与步骤2.3输出的锯齿波信号经过比较电路产生充电驱动脉冲，输出到逻辑电路；
该充电驱动脉冲为脉冲宽度调制PWM。
4.如权利要求3所述的S4R电路拓扑的混合式控制方法，其特征在于，所述的S4R电路拓扑的混合式控制方法，还包含以下步骤：
步骤3、逻辑电路对接收的分流驱动脉冲和充电驱动脉冲进行逻辑控制后，输出给驱动电路；
逻辑控制原则为供电优先、充电其次、分流最后；
步骤4、驱动电路输出控制信号来驱动功率电路。
5.一种实现如权利要求1所述的S4R电路拓扑的混合式控制方法的控制电路，其特征在于，该控制电路包含电路连接功率电路的分流采样电路（101）、电路连接该分流采样电路（101）的分流MEA电路（102），电路连接该分流MEA电路（102）的滞回电路（103），电路连接功率电路的充电采样电路（201），电路连接该充电采样电路（201）的充电BEA电路（202），电路连接该充电BEA电路（202）和锯齿波电路（203）的比较电路（204），电路连接该滞回电路（103）和比较电路（204）的逻辑电路（301），以及电路连接该逻辑电路（301）和功率电路的驱动电路（302）。
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