[发明专利]一种高速发电机供电的脉冲电源变换器及其变换方法

说明书

本发明提供的高速发电机供电的脉冲电源变换器及其变换方法变换器包括三相MOSFET整流器，高速发电机的三相交流端经三相MOSFET整流器分别与稳压DC‑DC变换器和辅助电源连接，稳压DC‑DC变换器经输出缓冲电容Csubgt;o/subgt;与脉冲负载连接，辅助电源输出分别与同步整流控制电路和电流型控制电路连接，同步整流控制电路与三相MOSFET整流器连接，电流型控制电路与稳压DC‑DC变换器连接构成。通过在稳压DC‑DC变换器输出端添加大容量缓冲电容Csubgt;o/subgt;来减小脉冲负载端的纹波电压，并将电流型控制应用于DC‑DC变换器来抑制回馈到发电机端的脉动功率。通过采用同步整流控制MOSFET替换二极管，使三相整流器效率提升。

技术领域

本发明涉及一种高速发电机供电的脉冲电源变换器及其变换方 法。

背景技术

脉冲负载电源变换器是用于为脉冲负载供电的电源变换器，脉冲 负载是指峰值功率远高于平均功率的一类特殊负载。对于由高速发电 机供电的脉冲负载电源变换器其主要包括AC-DC变换器和DC-DC变换 器两部分，AC-DC变换器用于将高速发电机产生的变压变频交流电转 化为变压直流电，DC-DC变换器用于将AC-DC变换器输出的变压直流 转化为稳压直流。

航空航天领域对搭载设备的体积和重量要求较为严格，为了满足 高功率密度，发电机通常工作转速较高，在发电时，发电机的电频率 可达1～2kHz以上。与常规发电机相比，发电机电频率高1个数量级 以上，因此，脉冲负载电源变换器中AC-DC变换器的输入交流频率远 高于常规应用。AC-DC变换器输出端的直流电压会随发电机的转速增 加或减小而增加和减小，随输出端负载的加重而降低。

脉冲负载电源变换器中DC-DC变换器除了实现输出稳压功能外， 还需要具有抑制脉冲负载功率回馈的功能，减小AC-DC变换器输出端 的功率脉动，进而减小发电机输出交流端的功率脉动，提高高速发电 机的有限带载能力。

脉冲负载电源变换器还需要具有能量缓冲装置，在脉冲负载所需 功率低于平均功率时，将过剩能量存储在缓冲装置中；在脉冲负载所 需功率高于平均功率时，将缓冲装置中能量快速释放给脉冲负载。

对于将发电机输出的交流转化为直流电的AC-DC变换器，常规技 术通常采用以下三种方式实现AC-DC变换器：

1)采用由二极管构成的三相不控整流器来将交流电转化为直流；

2)采用MOSFET构成的三相全桥作为硬件，通过PWM整流控制来 将交流电转化为直流，并实现AC-DC变换器输出端升压稳压；

3)采用SCR构成的晶闸管作为硬件，通过相控整流的方式实现来 将交流电转化为直流，并实现AC-DC变换器输出端降压稳压。

方案1)和方案3)的主要缺点是二极管和SCR的导通压降较大， 在发电机输出电压较低时，二极管和SCR压降造成的效率损失较为明 显；同时，SCR相控整流控制需要的发电机位置角度信号精度要求较 高，在发电机输出频率较高时，高精度发电机位置角度信号获取困难。 方案2)的主要缺点是PWM整流控制的开关管频率通常需要高于输入 端交流电压1个数量级以上，由于高速发电机输出的频率达到1～2kHz 以上，甚至可达4kHz以上，故PWM整流控制的工作频率需要达30～50 kHz以上，PWM整流控制实现难度较高，且功率管的开关频率较高， 开关损耗也较大。

对于脉冲负载电源变换器的能量缓冲装置，现有技术通常采用以 下四种方式实现缓冲：

1)采用飞轮来实现能量缓冲，其具体实现方式为将负载波谷能量 存储在飞轮上，然后波峰时，将飞轮上存储的能量快速释放在脉冲负 载设备上；

2)采用快速响应电源变换器来为脉冲负载供电，其具体通过加速 电源响应负载电流的速率来使脉冲负载设备的输入端电压保持稳定；