[发明专利]一种航空高压直流用升降压起动发电机控制器及控制方法

说明书

一种航空高压直流用升降压起动发电机控制器及控制方法，控制器主要包括功率管Q₁～Q₆、Q_1A～Q_6A；三相桥臂电路结构相同，对于A相桥臂，是由A相输入端与Q₁的发射极、Q₂的集电极连接，Q₁的集电极与Q_1A的集电极连接，Q_1A的发射极与高压直流母线的正极连接，Q₂的发射极与Q_2A的发射极E连接，Q_2A的集电极与高压直流母线的负极连接构成。发电时，功率管的工作频率较低，使得高频段纹波较小，高频电磁干扰较小，发电时功率管的工作频率较低，故功率管可以采用耐大电流但损耗偏大的功率管，使起动发电机控制器具有良好的抗过载能力。同时，发电时的升压稳压和降压稳压间切换平滑，输出电压连续，可用于多机并联运行，适合于航空高压直流电源系统。

技术领域

本发明涉及一种航空高压直流用升降压起动发电机控制器及控制方法。

背景技术

对于军用航空电源系统，当功率达到12kW以上，采用高压直流270V为机载设备供电是较优的解决方案。对于航空电源系统，通常在正常发电稳压输出时具有1.5倍额定电流、5min，2倍额定电流、5s的过载能力；需要具备可输出3倍短路电流的能力；需要高频段的纹波控制在较小范围内以减出电磁干扰。

永磁起动发电机电源系统包括永磁起动发电机和起动发电机控制器两部分，永磁起动发电机用于实现机械能与变压变频交流电能的转化。在起动状态，起动发电机控制器将起动电源提供的直流电能转化为变压变频交流电能，给永磁起动发电机供电，驱动电机由静止状态到达发动机点火转速；在发电状态，起动发电机控制器将永磁起动发电机输出的变压交流电压转化为270V稳压直流来给航空机载设备供电。

对于用于低压直流电源系统的起动发电机控制器，目前，普遍采用三相全控全桥作为硬件，起动和发电均采用SVPWM控制，发电采用PWM整流技术。但是，PWM整流技术存在以下方面的不足：

1)PWM整流属于升压控制，电机线电压峰值在任何情况下均不允许超过期望的输出电压，使得低速发电和起动时相电流过大，导致起动发电机控制器效率过低；

2)发电时，功率管开关频率为起动发电机电频率的一个量级以上，开关损耗较大；

3)对于转速较高的航空用永磁起动发电机，由于起动发电机的电频率高和电感量较小，使得PWM整流技术进行稳压控制时难度很大；

4)发电时，在由不控整流切换到PWM整流瞬间，很容易形成直流母线过压；

5)使用PWM整流技术时，过高的开关频率使得输出电压高频纹波偏高，很难达到相关标准要求；

6)为了满足高开关频率的需求，功率管通常采用的快速低损耗功率管，其承受过载电流的能力较弱；

7)当输出短路时，PWM整流控制的三相全桥电路不具有限制短路电流的能力。

专利CN108712093 A一种高速永磁起动发电机的电源变换器及其控制方法给出一种发电状态下具有升降压功能的起动发电机控制及控制方法，硬件上通过三相全控全桥与SCR相控全桥并联，低速时采用三相全桥升压稳压，高速时采用SCR相控全桥降压稳压。该技术方面存在以下方面的不足：

1)三相全控全桥与SCR相控全桥为并联结构，为了保证升压稳压与降压稳压相互兼容，升压稳压值需要低于降压稳压值10V左右，导致输出电压不连续，不能应用于多台起动发电机控制器输出并联运行的应用领域；

2)SCR的最高工作温度低于IGBT，降低了起动发电机控制器可承受的最高工作环境温度；