[发明专利]一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统

说明书

技术领域

本发明涉及航天电源控制领域，具体涉及一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统。

背景技术

近年来，随着卫星对快速机动需求越来越迫切，对大力矩执行机构的需求也越来越强烈。对于大型卫星而言，可以采用控制力矩陀螺来实现敏捷机动，但在中小卫星姿控系统中，首选使用飞轮作为执行机构。目前国内外飞轮的输出力矩通常不超过0.5Nm，这一情况主要受限于星上供电电压大小有限和功率分配重点不同。针对卫星敏捷机动时间短、电量要求高的特点，利用飞轮电机瞬间大过载能力下的转矩输出特性，通过大幅度提高电机驱动电流可以满足飞轮峰值大力矩输出需求，从而实现飞轮的大力矩化。因此，大功率供电成为大力矩飞轮解决方案之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，应用于中小型卫星供电系统中，设置于星上电源与飞轮之间，为飞轮提供瞬时大功率，满足卫星快速机动的需求，同时当飞轮制动时，能回收能量，提高星上能量的利用率。

一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，设置于星上电源与飞轮之间，为飞轮提供瞬时大功率，飞轮反馈当前工作模式，包含：

超级电容模块；

单向DC/DC模块，输入端与所述星上电源连接，输出端与所述超级电容模块连接，向超级电容模块充电；

双向DC/DC模块，一端与所述超级电容模块双向连接，从超级电容模块获取能量或向超级电容模块充电；另一端与所述飞轮双向连接，向飞轮提供电源或从飞轮回收能量；

MCU控制模块，输入端分别与所述超级电容模块、单向DC/DC模块、双向DC/DC模块和飞轮连接，采集超级电容模块的电量信息、双向DC/DC模块的电压电流信息以及飞轮的工况信息；输出端连接所述单向DC/DC模块和双向DC/DC模块，控制单向DC/DC模块和双向DC/DC模块的工作状态。

上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述MCU控制模块检测超级电容模块中电量存储情况，当超级电容模块中电量高于70%时关闭单向DC/DC模块，当超级电容模块中电量低于50%时打开单向DC/DC模块。

上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述双向DC/DC模块与飞轮之间存在三种不同状态：

双向DC/DC模块从所述超级电容模块获取能量，向飞轮提供28V/5A的常规电源；

双向DC/DC模块从所述超级电容模块获取能量，向飞轮提供70V/40A的瞬时大功率电源；

双向DC/DC模块从飞轮回收能量，并存储到超级电容模块中。

上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述MCU控制模块根据飞轮反馈的工作模式信息，控制所述双向DC/DC模块分别工作于：

反作用飞轮模式，向飞轮提供28V/5A的常规电源；

大力矩模式，向飞轮提供70V/40A的瞬时大功率电源；

发电机模式，从飞轮回收能量，并存储到超级电容模块中。

上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述MCU控制模块包含：

CPLD控制单元；

第一PWM驱动单元，输入端与CPLD控制单元相连，输出端与所述单向DC/DC模块相连，根据所述CPLD控制单元的控制调整单向DC/DC模块的工作状态；

第二PWM驱动单元，输入端与所述CPLD控制单元相连，输出端与所述双向DC/DC模块相连，根据CPLD控制单元的控制调整双向DC/DC模块的工作状态；

第一采样单元，输入端与所述超级电容模块相连；

第二采样单元，输入端与所述双向DC/DC模块相连；

DSP处理单元，输入端分别与所述第一采样单元、第二采样单元和飞轮相连，分别获取单向DC/DC模块、双向DC/DC模块和飞轮的工作信息；输出端与所述CPLD控制单元相连，控制CPLD控制单元工作。

上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述超级电容模块包含：

超级电容组，由多个超级电容串联而成，快速存储大量电量；

电压均衡单元，控制所述超级电容组中每个单体电容上的电压保持均衡。

上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述DSP处理单元根据飞轮给出的工作模式信息决定双向DC/DC模块工作状态。

上述的一种基于超级电容的双向逆变大力矩飞轮电源系统，其中，所述DSP处理单元根据第一采样单元给出的电量信息决定第一PWM驱动单元工作状态。