一种机载供电脉冲负载功率抑制系统及方法

本发明属于机载供电，具体涉及一种机载供电脉冲负载功率抑制系统及方法。

背景技术：

1、随着机载供电系统的不断发展，出现了越来越多的脉冲负载，例如相控阵雷达、合成孔径雷达、电磁脉冲武器等。如图1所示，脉冲负载功率由平均功率和脉动功率组成，具有峰均比高、变化迅速的特点，直接接入机载供电系统会造成母线电压波动，降低供电系统电能质量，甚至危害机载供电系统安全、稳定运行。

2、为减小脉冲负载强脉冲特性对机载供电系统的冲击，通常采用脉冲负载电源作为接口变换器，并由脉冲负载电源中的无源器件，如超级电容提供脉动功率，由机载供电系统提供平均功率，以抑制直流母线电压波动，提高系统稳定性。

3、现有的脉冲负载电源主要分为三端口式拓扑架构和两级式拓扑架构，其拓扑结构、功率流向图分别如图2，图3所示，vin为母线电压。三端口式拓扑架构由前级变换器和双向dc/dc变换器组成，允许解耦电容cs两端电压vcs波动以减小无源电容体积，重载时，前级变换器提供平均功率pave，双向dc/dc变换器提供脉动功率ppul，轻载时，前级变换器仍旧提供平均功率，双向dc/dc变换器吸收多余功率实现功率平衡，适用于低频段脉冲负载。两级式拓扑架构由前级变换器和后级变换器级联组成，前级变换器提供脉冲负载平均功率，中间解耦电容cf提供脉冲负载脉动功率，并允许解耦电容cf两端电压vcf脉动以减小无源电容体积，适用于中高频段脉冲负载。

4、现有的适用于低频脉冲负载的三端口式电源通常采用前级提供平均功率，双向dc/dc变换器提供脉动功率的控制方法，该方法能够有效减小传递至机载发电机的脉动功率，避免母线电压波动，可对脉冲负载可靠供电。然而，该控制方法并没有充分利用机载发电机的动态响应能力，且根据gjb181b-2012，允许270v直流母线存在一定范围的电压波动，允许部分脉动功率由机载发电机提供，因此传统方法所需解耦电容容值过大、体积过大、成本过高，不满足机载供电系统电源小型化、轻体积、低成本的需求。

技术实现思路

1、本发明以机载供电低频脉冲负载可靠供电，提高飞机发电系统稳定性为目标，提出了一种新颖的机载供电脉冲负载功率抑制系统及方法。

2、本发明的技术方案是：

3、一种机载供电脉冲负载功率抑制系统，包括机载发电机、整流器、rlc滤波电路、移相全桥dc/dc变换器、双向dc/dc变换器和脉冲负载，所述机载发电机为双三相永磁同步发电机，其输出端接整流器的输入端；整流器的输出端连接直流母线，直流母线经过rlc滤波电路后与移相全桥dc/dc变换器的输入端连接，移相全桥dc/dc变换器的输出端同时连接脉冲负载和双向dc/dc变换器；

4、所述双向dc/dc变换器中包括解耦电容，脉冲负载在轻载和重载的转换过程中，通过控制信号的控制，由解耦电容提供或者吸收功率，从而对机载发电机未能及时响应的功率进行补偿，进而抑制直流母线的电压波动，并且解耦电容的容值是以满足直流母线稳定为基准所取的最小值。

5、进一步的，所述双向dc/dc变换器的控制信号的获取方法是：

6、定义直流母线的端电压为vin，vin与设定的第一基准电压vin-ref作差后，所得到的偏差量经过pi环节得到双向dc/dc变换器电感电流的第一参考量il-ref1；获取解耦电容的峰值电压定义为vcs-pk，vcs-pk与设定的第二基准电压vpk-ref作差，所得到的偏差量经过pi环节得到双向dc/dc变换器电感电流的第二参考量il-ref2，并且设定档vcs-pk低于vpk-ref时，第二参考量il-ref2为0；将双向dc/dc变换器电感电流il与il-ref1+il-ref2作差，所得到的偏差量经pi环节得到开关控制信号，经pwm调节后对双向dc/dc变换器开关管进行驱动。

7、进一步的，所述移相全桥dc/dc变换器的控制信号的获取方法是：

8、获取脉冲负载的负载电压定义为vo，将vo与设定的第三基准电压vo-ref做差，所得到的偏差量经过pi环节后得到移相全桥dc/dc变换器输出电流的第一参考量ib-ref；将移相全桥dc/dc变换器输出电流ib与参考量ib-ref作差，所得到偏差量经过pi环节得到开关控制信号。

9、本发明还提供了与所述系统配套的方法，包括：

10、当脉冲负载由轻载切换至重载时，通过控制信号控制双向dc/dc变换器，使得负载所需全部功率由解耦电容通过双向dc/dc变换器提供；

11、当脉冲负载处于重载时，机载发电机提供功率逐渐提升，负载功率由移相全桥dc/dc变换器和解耦电容一起提供，当机载发电机提供功率提升至负载功率时，解耦电容提供功率降低至0；

12、当脉冲负载由重载切换至轻载时，由机载发电机提供重载时所需功率，通过控制信号控制双向dc/dc变换器，多余的功率由解耦电容通过双向dc/dc变换器吸收；

13、当负载处于轻载时，机载发电机提供功率逐渐降低，部分传递至负载，其余部分控制由解耦电容通过双向dc/dc变换器吸收，机载发电机提供功率降低至轻载功率时，解耦电容吸收功率降低至0。

14、本发明的有益效果为：本发明能够在确保输入母线电压满足国军标要求的同时，极大减小所需解耦电容容值，提高机载供电电源功率密度，降低成本，进而提高系统稳定性。

技术特征：

1.一种机载供电脉冲负载功率抑制系统，其特征在于，包括机载发电机、整流器、rlc滤波电路、移相全桥dc/dc变换器、双向dc/dc变换器和脉冲负载，所述机载发电机为双三相永磁同步发电机，其输出端接整流器的输入端；整流器的输出端连接直流母线，直流母线经过rlc滤波电路后与移相全桥dc/dc变换器的输入端连接，移相全桥dc/dc变换器的输出端同时连接脉冲负载和双向dc/dc变换器；

2.根据权利要求1所述的一种机载供电脉冲负载功率抑制系统，其特征在于，所述双向dc/dc变换器的控制信号的获取方法是：

3.根据权利要求1所述的一种机载供电脉冲负载功率抑制系统，其特征在于，所述移相全桥dc/dc变换器的控制信号的获取方法是：

4.一种机载供电脉冲负载功率抑制方法，用于如权利要求1-3任意一下所述的机载供电脉冲负载功率抑制系统，其特征在于，包括：

技术总结本发明属于机载供电技术领域，具体涉及一种机载供电脉冲负载功率抑制系统及方法。本发明针对适用于低频段脉冲负载的三端口式电源，包括机载发电机、整流器、RLC滤波电路、移相全桥DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和脉冲负载，所述机载发电机为双三相永磁同步发电机，其输出端接整流器的输入端；整流器的输出端连接直流母线，直流母线经过RLC滤波电路后与移相全桥DC/DC变换器的输入端连接，移相全桥DC/DC变换器的输出端同时连接脉冲负载和双向DC/DC变换器。本发明能够在确保输入母线电压满足国军标要求的同时，极大减小所需解耦电容容值，提高机载供电电源功率密度，降低成本，进而提高系统稳定性。技术研发人员：杨平,彭宇圣,陈可,段永科,王高翔,张莉,徐意婷,刘晓庆受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2