一种电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路的制作方法

本发明涉及电动航空器动力系统上下电控制，特别是涉及一种电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路。

背景技术：

1、垂直起降电动航空器的动力系统通常由高压电池包、功率分配单元、电机驱动器、电动机和升力桨构成。正确的上下电逻辑控制和实现方式对电动航空器的安全稳定运行至关重要。其中一个关键的技术点是电机驱动器配合高压电池包的开闭而进行上下电控制。

2、电机驱动器的高压直流输入端内部一般并联有几百～几千微法的滤波电容，提供驱动器工作所需的高频纹波电流。其上电过程是典型的容性负载充电过程，分为预充电和主继电器闭合两个阶段。

3、预充电电路可以由预充继电器和限流电阻串联组成，串联在高压电池包输出和电机驱动器输入之间，主继电器与预充电路并联。预充过程由驱动器输入控制信号k+/k-闭合而启动，预充继电器吸合，高压电池包输出经预充继电器和限流电阻给驱动器的输入电容充电，避免了电容充电过程出现冲击电流。当电容电压与电池包输出高压之间的差值小于某一限值后主继电器吸合，为驱动器正常工作提供必需的低阻大电流通路。

4、预充电电路的启动完全由电机驱动器输入信号k+/k-的状态控制，与实际的电池包是否有高压输出无关。主继电器只检测两端电压差值，当电压差值小于门限值就自动闭合。一旦主继电器闭合，电池包输出端到电机驱动器输入端的低阻通路就形成了。如果此时电池包内接触器闭合，则巨大的浪涌电流(几百安培)通过电池包内的接触器给电机驱动器内的电容快速充电，极易导致电池包内接触器和其他串联电路元件的损坏。

5、因此，电机驱动器输入信号闭合(a事件)和电池包内接触器的闭合(b事件)有严格的时序要求，a事件必须在b事件之后，并有适当延时。当电池包高压下电后(电池包内接触器打开)，电机驱动器输入信号(k+/k-)也需要在一定延时后自动打开，为下一次高压上电设定正确的初始条件。现有电动航空器动力系统在进行上下电控制时，多依赖微控制器和软件的运行，待机功耗大，而且容易产生高频干扰信号，需要进行改进。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是提供一种电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，通过硬件电路实现动力系统的上下电控制，降低待机功耗。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，包括：输入高压检测电路、信号隔离和驱动电路、低压接收延时电路、低压检测和驱动电路以及输出隔离驱动电路，所述输入高压检测电路包括比较器u1、电阻r1、电阻r2和电阻r5，所述电阻r1连接在高压电池包负极与比较器u1的同相端之间，所述电阻r2连接在高压电池包正极与比较器u1的同相端之间，所述比较器u1的反相端接一个原边基准电压vref_p，所述比较器u1的负电源端口与高压电池包的负极相连，所述信号隔离和驱动电路包括电阻r3、电阻r4、晶体管q1、光耦u2和电阻r6，所述比较器u1的正电源端口接一个原边辅助电源电压vaux_p，所述电阻r5连接在原边辅助电源电压vaux_p与比较器u1的输出端之间，所述电阻r6连接在原边辅助电源电压vaux_p与光耦u2的输入二极管阳极之间，所述电阻r3连接在比较器u1的输出端与晶体管q1的基极之间，所述电阻r4连接在晶体管q1的基极与高压电池包的负极之间，所述晶体管q1的发射极与高压电池包的负极相连，所述晶体管q1的集电极与光耦u2的输入二极管阴极相连，所述低压接收延时电路包括电阻r7、二极管d1、电阻r8和电容c1，所述低压检测和驱动电路包括比较器u3、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、晶体管q2和晶体管q3，所述输出隔离驱动电路包括继电器relay，所述比较器u3的正电源端口连接一个副边辅助电源电压vaux_s，所述电阻r7连接在光耦u2输出端三极管集电极与副边辅助电源电压vaux_s之间，所述比较器u3的反相端接一个副边基准电压vref_s，所述二极管d1连接在光耦u2的输出端三极管发射极与比较器u3的同相端之间，所述电阻r8和电容c1并联在比较器u3的同相端与接地线之间，所述电阻r11连接在比较器u3的输出端与副边辅助电源电压vaux_s之间，电阻r12连接在晶体管q3的基极与副边辅助电源电压vaux_s之间，所述晶体管q3的发射极与副边辅助电源电压vaux_s相连，所述继电器relay连接在晶体管q3的集电极与接地线之间，所述电阻r10连接在比较器u3的输出端与晶体管q2的基极之间，所述电阻r13连接在晶体管q2的集电极与晶体管q3的基极之间，所述电阻r9连接在晶体管q2的基极与接地线之间。

3、在本发明一个较佳实施例中，所述晶体管q1和晶体管q2采用npn晶体管。

4、在本发明一个较佳实施例中，所述晶体管q3采用pnp晶体管。

5、在本发明一个较佳实施例中，所述输出隔离驱动电路还包括二极管d2，所述二极管d2连接在晶体管q3的集电极与接地线之间。

6、在本发明一个较佳实施例中，所述高压电池包输入电路的输入高压为hv+/hv-,hv+/hv-经电阻r1与电阻r2分压后送入比较器u1同相端的电压为hvin，当hvin＜原边基准电压vref_p时，比较器u1的输出hv_en为低，晶体管q1关闭，光耦u2原边无电流流过；

7、当hvin＞原边基准电压vref_p时，比较器u1的输出hv_en为高，经电阻r3和电阻r4分压后打开晶体管q1，光耦u2原边有电流流过。

8、在本发明一个较佳实施例中，所述电容c1两端电压终值为vs，当vs＞副边辅助电源电压vaux_s，比较器u3输出为高，经电阻r9与电阻r10分压后驱动晶体管q2打开，下拉晶体管q3基极，使得晶体管q3打开，副边辅助电源电压vaux_s经晶体管q3发射极和集电极给继电器relay供电，继电器relay触点闭合，为电机驱动器提供启动信号；

9、当输入高压下电，hv+/hv-＜原边基准电压vref_p，比较器u1翻转，晶体管q1关断，光耦u2原边无电流流过,副边电流也降为0，电容c1上的电压经电阻r8放电；

10、当vs<副边基准电压vref_s，比较器u3翻转，输出为低，晶体管q2关断，晶体管q3基极上拉并关断，继电器relay的线圈供电切断，二极管d2提供供电切断瞬间的线圈电流续流，防止由于无续流回路导致的瞬时高压而损坏晶体管q3。

11、本发明的有益效果是：本发明指出的一种电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，通过纯硬件电路的方式进行上下电控制，可靠性和稳定性高，实现了电动航空器动力系统的自动上下电逻辑和时序控制，有利于高压系统和低压控制回路的安全可靠驱动，还可以通过硬件参数设定上电延时和下电延时，匹配不同容量的滤波电容，适合不同种类的电机驱动器，不依赖软件的运行，无需微控制器，不产生高频干扰信号，而且待机功耗极低，可以忽略。

技术特征：

1.一种电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，连接在高压电池包与电机驱动器之间，其特征在于，包括：输入高压检测电路、信号隔离和驱动电路、低压接收延时电路、低压检测和驱动电路以及输出隔离驱动电路，所述输入高压检测电路包括比较器u1、电阻r1、电阻r2和电阻r5，所述电阻r1连接在高压电池包负极与比较器u1的同相端之间，所述电阻r2连接在高压电池包正极与比较器u1的同相端之间，所述比较器u1的反相端接一个原边基准电压vref_p，所述比较器u1的负电源端口与高压电池包的负极相连，所述信号隔离和驱动电路包括电阻r3、电阻r4、晶体管q1、光耦u2和电阻r6，所述比较器u1的正电源端口接一个原边辅助电源电压vaux_p，所述电阻r5连接在原边辅助电源电压vaux_p与比较器u1的输出端之间，所述电阻r6连接在原边辅助电源电压vaux_p与光耦u2的输入二极管阳极之间，所述电阻r3连接在比较器u1的输出端与晶体管q1的基极之间，所述电阻r4连接在晶体管q1的基极与高压电池包的负极之间，所述晶体管q1的发射极与高压电池包的负极相连，所述晶体管q1的集电极与光耦u2的输入二极管阴极相连，所述低压接收延时电路包括电阻r7、二极管d1、电阻r8和电容c1，所述低压检测和驱动电路包括比较器u3、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、晶体管q2和晶体管q3，所述输出隔离驱动电路包括继电器relay，所述比较器u3的正电源端口连接一个副边辅助电源电压vaux_s，所述电阻r7连接在光耦u2输出端三极管集电极与副边辅助电源电压vaux_s之间，所述比较器u3的反相端接一个副边基准电压vref_s，所述二极管d1连接在光耦u2的输出端三极管发射极与比较器u3的同相端之间，所述电阻r8和电容c1并联在比较器u3的同相端与接地线之间，所述电阻r11连接在比较器u3的输出端与副边辅助电源电压vaux_s之间，电阻r12连接在晶体管q3的基极与副边辅助电源电压vaux_s之间，所述晶体管q3的发射极与副边辅助电源电压vaux_s相连，所述继电器relay连接在晶体管q3的集电极与接地线之间，所述电阻r10连接在比较器u3的输出端与晶体管q2的基极之间，所述电阻r13连接在晶体管q2的集电极与晶体管q3的基极之间，所述电阻r9连接在晶体管q2的基极与接地线之间。

2.根据权利要求1所述的电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，其特征在于，所述晶体管q1和晶体管q2采用npn晶体管。

3.根据权利要求1所述的电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，其特征在于，所述晶体管q3采用pnp晶体管。

4.根据权利要求1所述的电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，其特征在于，所述输出隔离驱动电路还包括二极管d2，所述二极管d2连接在晶体管q3的集电极与接地线之间。

5.根据权利要求1所述的电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，其特征在于，所述高压电池包输入电路的输入高压为hv+/hv-,hv+/hv-经电阻r1与电阻r2分压后送入比较器u1同相端的电压为hvin，当hvin＜原边基准电压vref_p时，比较器u1的输出hv_en为低，晶体管q1关闭，光耦u2原边无电流流过；

6.根据权利要求4所述的电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，其特征在于，所述电容c1两端电压终值为vs，当vs＞副边辅助电源电压vaux_s，比较器u3输出为高，经电阻r9与电阻r10分压后驱动晶体管q2打开，下拉晶体管q3基极，使得晶体管q3打开，副边辅助电源电压vaux_s经晶体管q3发射极和集电极给继电器relay供电，继电器relay触点闭合，为电机驱动器提供启动信号；

技术总结本发明公开了一种电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，包括：输入高压检测电路、信号隔离和驱动电路、低压接收延时电路、低压检测和驱动电路以及输出隔离驱动电路，所述输入高压检测电路包括比较器U1、电阻R1、电阻R2和电阻R5，所述信号隔离和驱动电路包括电阻R3、电阻R4、晶体管Q1、光耦U2和电阻R6，所述输出隔离驱动电路包括继电器Relay。通过上述方式，本发明电池供电的电动航空器动力系统上下电控制电路，通过纯硬件电路的方式进行上下电控制，可靠性和稳定性高，实现了电动航空器动力系统的自动上下电逻辑和时序控制，不依赖软件的运行。技术研发人员：李满坤,潘晓俊受保护的技术使用者：齐飞航空科技（苏州）有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17