机载功率自适应多电平功率放大系统及控制方法与流程

本发明涉及电力电子，更具体地，涉及一种机载功率自适应多电平功率放大系统及控制方法。

背景技术：

1、机载多电平功率放大系统一般由功率放大控制器，功率模块和功率合成装置组成。直流电源给功率模块提供直流电，功率放大控制器控制功率模块生成相应的电压方波，电压方波再通过功率合成装置合成为多电平电压波，输出至负载。

2、民航飞机电源系统会有多个270v直流电源，由于它们的能量来源于不同的航空发动机传动的发电机gen或是飞机辅助供电系统apu，加之各自承担的用电负荷各不相同，这就导致多个270v直流电源在同一时间给多电平功率放大系统输送的功率不能完全相同。对于传统的机载多电平功率放大系统，只能在最低输出功率的那台直流电源的限制下，降低功率输出。此时就造成了其余一台或几台直流电源未满功率运行的状况，大大降低了机载多电平功率放大系统对机上直流电源的利用率，也限制了多电平功率放大系统设备自身的输出功率，因此针对上述问题的改进与解决措施是尤为必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种机载功率自适应多电平功率放大系统及控制方法，自适应调节各功率模块的输出功率，可以很好地改善机载平台直流电源利用率低、功放输出功率受限的问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法，应用于一种机载功率自适应多电平功率放大系统，所述机载功率自适应多电平功率放大系统包括n个功率模块、功率合成装置和功率放大控制器；

3、所述控制方法包括：

4、功率放大控制器通过电流传感器实时测量m个直流电源的输入电流大小，用所述输入电流大小除以各自直流电源的额定电流，得到m个直流电源的载荷，；

5、当均不大于限流阈值时，功率放大控制器计算n个功率模块经功率合成装置后的输出波形的开通角和关断角，获得n个开通角和关断角；

6、按照时间轴从左往右的顺序记多电平电压波形的开通角为，记多电平电压波形的关断角为，向功率模块#i发送控制信号{ai，bi}，所述控制信号{ai，bi}使得所述功率模块#i输出方波，所述方波以2π为周期，在[ai，bi]区间内具有正电平udc，在[ai+π，bi+π]区间内具有负电平-udc；

7、若直流电源#j的载荷大于限流阈值时，功率放大控制器会同步找出此时载荷最轻的直流电源#k，令挂载在直流电源#j下的功率模块#p和挂载在直流电源#k下的功率模块#q交换开通角或关断角。

8、进一步地，上述机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法还包括：

9、当p<q时，交换开通角，使得功率模块#p的控制信号变为{aq，bp},功率模块#q的控制信号变为{ap，bq}。

10、进一步地，上述机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法还包括：

11、当p>q时，交换关断角，使得功率模块#p的控制信号变为{ap，bq},功率模块#q的控制信号变为{aq，bp}。

12、进一步地，上述机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法还包括：

13、在交换开通角或关断角后，再次计算各直流电源的载荷，若所有载荷均不大于限流阈值，则多电平功率放大系统完成输入功率自适应调节，进入新的稳态工况输出额定功率；若仍然存在某台直流电源的载荷超过限流阈值，则重复交换开通角或关断角的步骤进行调整。

14、进一步地，上述机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法还包括：

15、若多次执行交换开通角或关断角的步骤后仍然无法实现所有载荷均不大于限流阈值，或某台功率模块发生故障，功率放大控制器直接控制将对应超载直流电源下的功率模块或损坏的功率模块旁路，使其退出运行。

16、按照本发明的第二个方面，还提供了一种机载功率自适应多电平功率放大系统，包括：

17、n个功率模块、功率合成装置和功率放大控制器；

18、所述功率放大控制器通过外部接口与电流传感器相连，检测m个直流电源输入电流的大小；所述功率放大控制器通过光纤与n个功率模块进行双向通信；n个功率模块通过n个外部接口与m个直流电源相连；n个功率模块通过所述功率合成装置进行级联输出；所述功率合成装置的输出通过外部接口与负载相连；

19、所述功率放大控制器按照如上述任一项所述的控制方法，控制所述功率放大系统的输出。

20、进一步地，上述机载功率自适应多电平功率放大系统还包括：

21、所述功率模块包括直流侧开关、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关；

22、所述功率模块包括直流侧开关、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关；

23、所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关构成h桥结构，所述直流电源经直流侧开关连接所述h桥的输入两端，所述h桥的输出端是所述功率模块的输出端；所述h桥用于在所述功率放大控制器的控制下，输出方波；

24、所述第五开关和所述第六开关头对头串联后，连接在所述h桥两个输出端之间。

25、进一步地，上述机载功率自适应多电平功率放大系统还包括：

26、所述直流侧开关、所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关和所述第六开关的结构是mos管并联二极管的开关电路。

27、进一步地，上述机载功率自适应多电平功率放大系统还包括：

28、m个直流电源中，每个直流电源分配的功率模块的数量，与m个直流电源之间的额定功率比值相同。

29、进一步地，上述机载功率自适应多电平功率放大系统还包括：

30、所述功率合成装置由n个一次侧开路，二次侧串联连接的变压器组成，用于将n个功率模块输出的正负对称的电压方波级联成电压阶梯波输出。

31、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

32、本发明提供的一种机载功率自适应多电平功率放大系统及控制方法，自适应调节各功率模块的输出功率，可以很好地改善机载平台直流电源利用率低、功放输出功率受限的问题。

技术特征：

1.一种机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法，应用于一种机载功率自适应多电平功率放大系统，所述机载功率自适应多电平功率放大系统包括n个功率模块、功率合成装置和功率放大控制器；

2.如权利要求1所述的机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法，其特征在于：

3.如权利要求1所述的机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法，其特征在于：

4.如权利要求1所述的机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法，其特征在于：

5.如权利要求4所述的机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法，其特征在于：

6.一种机载功率自适应多电平功率放大系统，包括：

7.如权利要求6所述的机载功率自适应多电平功率放大系统，其特征在于：

8.如权利要求7所述的机载功率自适应多电平功率放大系统，其特征在于：

9.如权利要求6所述的机载功率自适应多电平功率放大系统，其特征在于：

10.如权利要求6所述的机载功率自适应多电平功率放大系统，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种机载功率自适应多电平功率放大系统的控制方法，包括：功率放大控制器通过电流传感器实时测量m个直流电源的输入电流大小，用输入电流大小除以各自直流电源的额定电流，得到m个直流电源的载荷，；当均不大于限流阈值时，功率放大控制器近似平均地分配n个功率模块的功率；若直流电源#j的载荷大于限流阈值时，功率放大控制器会同步找出此时载荷最轻的直流电源#k，令挂载在直流电源#j下的功率模块#p和挂载在直流电源#k下的功率模块#q交换开通角或关断角。本发明自适应调节各功率模块的输出功率，可以很好地改善机载平台直流电源利用率低、功放输出功率受限的问题。技术研发人员：梁红,胡江玉,熊桥坡,魏米兰,涂钧耀,刘勇,查明,刘庆受保护的技术使用者：中国人民解放军92728部队技术研发日：技术公布日：2024/9/9