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适应宽范围输入 电压的 飞轮 电机 母线控制电路及控制方法

阅读：538发布：2020-07-08

专利汇可以提供适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法，包含由Buck‑Boost电压调整模块，能耗制动模块与电机驱动控制模块构成的升压电路，所述升压电路串接在电机一次电源与电机之间，Buck‑Boost电压调整模块用于对一次电源输入电压进行调整，将调整后的电压输送至电机中线，使得电机克服反电势进行加速运行；能耗制动模块用于对高转速阶段的飞轮进行能耗控制，将电机动能转换为热能；电机驱动控制模块用于接收Buck‑Boost电压调整模块或能耗制动模块所述输出的电流进而控制电机工作。本发明具有电路构型简单、器件易实现、可靠度高，适用范围广的优点。，下面是适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路，其特征在于，包含：
Buck-Boost电压调整模块（1），其串接在电机母线的一次电源输入正端与电机中线V_MOTOR之间；所述Buck-Boost电压调整模块（1）用于对一次电源输入电压进行调整，将调整后的电压输送至所述电机中线，使得电机克服反电势进行加速运行；
能耗制动模块（2），其一端与所述Buck-Boost电压调整模块（1）的输出端连接，另一端与一次电源输出回线连接；所述能耗制动模块（2）用于对高转速阶段的飞轮进行能耗控制，将电机动能转换为热能；
电机驱动控制模块（3），其一端与所述Buck-Boost电压调整模块（1）的输出端连接，另一端与电机母线负载端连接；所述电机驱动控制模块（3）用于接收所述Buck-Boost电压调整模块（1）或能耗制动模块（2）所述输出的电流进而控制电机工作。
2.如权利要求1所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路，其特征在于，所述Buck-Boost电压调整模块（1）进一步包含：
依次串接到一次电源输入正端和电机中线V_MOTOR之间的PMOS管Q1、电感线圈L1与单向二极管D2；所述单向二极管D2的正端与电感线圈L1连接，负端与电机中线V_MOTOR连接；
续流二极管D1，其负端与所述PMOS管Q1和电感线圈L1的连接处连接，正端与所述一次电源输出回线连接；
NMOS管Q2，其D极连接到所述电感线圈L1与单向二极管D2的连接处， S极与一次电源输出回线连接；
滤波电容C1，其一端与所述单向二极管D2的负端相连，另一端与一次电源输出回线连接。
3.如权利要求1所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路，其特征在于，所述能耗制动模块（2）进一步包含：
能耗电阻AR1和能耗电阻AR2、NMOS管Q3、单向二极管D3与电容C2；
所述能耗电阻AR1和能耗电阻AR2并联为能耗电阻组；所述能耗电阻组的一端与所述单向二极管D3的正端相连，其另一端与所述NMOS管Q3的D极连接；
所述单向二极管D3的负端与电机中线V_MOTOR连接；
所述NMOS管Q3的S极与一次电源输出回线连接；
所述NMOS管Q3的G极由PWM3 信号控制；
所述电容C2的一端与所述单向二极管D3的负端相连，所述电容C2的另一端与连接。
4.如权利要求1所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路，其特征在于，所述电机驱动控制模块（3）进一步包含：三个单向二极管MDa MDc，三个驱动NMOS管Qa Qc以~ ~
及采样电阻Rs；
所述采样电阻Rs的一端与地线GND连接，另一端与所述三个驱动NMOS管Qa Qc的S极连~
接；
所述驱动NMOS管Qa的D极与所述单向二极管MDa的负端连接，
所述单向二极管MDa的正端与电机三相绕组的A相引出端连接；
所述驱动NMOS管Qa的G极接收逻辑信号PWMa；
所述驱动NMOS管Qb的D极与所述单向二极管MDb的负端连接，
所述单向二极管MDb的正端与电机三相绕组的B相引出端连接；
所述驱动NMOS管Qb的G极接收逻辑信号PWMb；
所述驱动NMOS管Qc的D极与所述单向二极管MDc的负端连接，
所述单向二极管MDc的正端与电机三相绕组的C相引出端连接；
所述驱动NMOS管Qc的G极接收逻辑信号PWMc；
所述电机三相绕组的A相绕组包含串联的等效电阻Ra与电感La；
所述电机三相绕组的B相绕组包含串联的等效电阻Rb与电感Lb；
所述电机三相绕组的C相绕组包含串联的等效电阻Rc与电感Lc；
所述等效电阻Ra Rb与所述电机中线V_MOTOR连接；
~
所述三相绕组端的NMOS管Qa Qc分别在逻辑信号PWMa PWMc的控制下轮流导通，每相的~ ~
相位差为120°。
5.如权利要求2或3所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路，其特征在于，
所述PMOS管Q1 与NMOS管Q2的G极分别由PWM1， PWM2信号控制，所述PWM1信号为脉冲低电平阶段， PWM2信号为脉冲高电平阶段，所述PMOS管Q1 与NMOS管Q2同时导通，所述电感线圈L1储能；或所述PWM1信号为脉冲高电平阶段， PWM2信号为脉冲低电平阶段，所述PMOS管Q1 与NMOS管Q2同时关断，所述电感线圈L1通过所述续流二极管D1、单向二极管D2，滤波电容C1以及能耗制动模块（2）的电容C2向负载端释放，进而对电机母线电压进行调整；
通过调整PWM1和PWM2信号的占空比D，使电机母线电压高于一次电源输入电压，所述Buck-Boost电压调整模块（1）以Buck调整模式工作；或使电机母线电压低于一次电源输入电压，所述Buck-Boost电压调整模块（1）以 Boost调整模式工作；
所述电感线圈L1及后端滤波电容C1构成LC滤波电路，用于滤除Buck-Boost电压调整模块（1）调整后的输出电压上的噪声及高频干扰信号。
6.如权利要求3所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路，其特征在于，所述PWM3=0，所述能耗制动模块（2）关断；
所述PWM3=1，所述能耗制动模块（2）开启，对所述PWM信号进行线性调整。
7.一种基于权利要求1 6所述适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路的控制方~
法，其特征在于，包含以下过程：
当飞轮处于加速状态下，且电机反电势低于一次电源输入电压时，所述PWM1和PWM2信号的占空比D<0.5，所述Buck-Boost电压调整模块（1）工作在Buck模式；PWM3=0控制能耗制动模块（2）处于关断状态；所述电机驱动控制模块（3）通过控制三相绕组驱动信号PWMa、PWMb与PWMc依次使电机A、B、C三相绕组轮流导通；
当飞轮处于加速状态下，且电机反电势不低于一次电源输入电压时，PWM1和PWM2信号的占空比D≥0.5，所述Buck-Boost电压调整模块（1）工作在Boost模式；PWM3=0控制能耗制动模块（2）处于关断状态；所述电机驱动控制模块（3）通过控制三相绕组驱动信号PWMa、PWMb与PWMc依次使电机A、B、C三相绕组轮流导通。
8.如权利要求7所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路的控制方法，其特征在于，其进一步包含以下过程：
当飞轮处于减速状态时，设定飞轮能耗制动和反接制动切换点的切换值，当转速低于所述切换值时，为飞轮反接制动状态，此时PWM1和PWM2信号的占空比D<0.5，所述Buck-Boost电压调整模块（1）工作在Buck模式；PWM3=0控制能耗制动模块（2）处于关断状态；所述电机驱动控制模块（3）通过控制三相绕组驱动信号PWMc、PWMb、PWMa依次使电机C、B、A三相绕组轮流导通；
当转速不低于所述切换值时，为飞轮能耗制动状态， PWM1和PWM2信号的占空比D=0，所述Buck-Boost调整模块（1）关闭；
PWM3=1控制所述能耗制动模块（2）处于开启状态，对PWM信号进行线性调整；所述电机驱动控制模块（3）通过控制三相绕组驱动信号PWMc、PWMb、PWMa依次使电机C、B、A三相绕组轮流导通。
9.如权利要求8所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路的控制方法，其特征在于，
所述设定飞轮能耗制动和反接制动切换点的切换值为1800rpm。
10.如权利要求8所述一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路的控制方法，其特征在于，所述电机三相绕组驱动信号PWMa与PWMb ，PWMb与PWMc以及PWMa与PWMc之间的相位差均为120°。

说明书全文

适应宽范围输入电压的 飞轮 电机 母线控制电路及控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及飞轮电机母线控制电路领域，特别涉及一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法。

背景技术

[0002] 目前，卫星提供给星上各单机的一次电源输入电压普遍在20V 50V之间，单机内部~电路使用的各类二次电源需采用专门的电源转换电路或DC-DC模块实现。飞轮作为卫星姿态控制系统的关键执行部件，用于对卫星姿态机动和姿态稳定的调整。飞轮内部装配有无刷直流电机，当电机高转速运转时，其反电势会高于一次电源输入电压，因此，随着飞轮转速的升高，在现有的一次电源输入电压情况下，飞轮输出力矩会逐渐减小，极限情况下，一次电源输入电压过低，造成电机无法克服反电势做功，使得飞轮无法达到预定转速。

[0003] 在现有技术中，为了解决上述问题，可选择增加电机绕组匝数，增大电机力矩系数，此情况下，则需要电路内部对一次电源进行升压，满足飞轮高转速下，高反电势的功率需求；还可选择采用增大飞轮惯量，但采用此方法使飞轮体积及重量大幅增加。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路及控制方法，利用Buck-Boost电压调整模块对一次电源输入电压进行调整，将调整后的电压送至电机中线，使得飞轮电机克服反电势进行加速运行；利用能耗制动模块对高转速阶段的飞轮进行能耗控制，将动能转化为热能消耗；在飞轮低转速减速阶段，进行反接制动；能耗制动时，不消耗一次电源供电，仅加速阶段及反接制动阶段消耗一次电源供电。本发明完全适用于卫星星上20V 50V的一次电源输入，经过内部Buck-Boost电路模块1调整后，电机中线~上的给电机三相绕组加载的电压可随着转速的升高由0V逐渐增大，可以超过50V，满足飞轮高转速下力矩输出的要求。

[0005] 为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路，包含：Buck-Boost电压调整模块，其串接在电机母线的一次电源输入正端与电机中线V_MOTOR之间；所述Buck-Boost电压调整模块用于对一次电源输入电压进行调整，将调整后的电压输送至所述电机中线，使得电机克服反电势进行加速运行。能耗制动模块，其一端与所述Buck-Boost电压调整模块的输出端连接，另一端与一次电源输出回线连接；所述能耗制动模块用于对高转速阶段的飞轮进行能耗控制，将电机动能转换为热能。电机驱动控制模块，其一端与所述Buck-Boost电压调整模块的输出端连接，另一端与电机母线负载端连接；所述电机驱动控制模块用于接收所述Buck-Boost电压调整模块或能耗制动模块所述输出的电流进而控制电机工作。

[0006] 优选地，所述Buck-Boost电压调整模块进一步包含：依次串接到一次电源输入正端和电机中线V_MOTOR之间的PMOS管Q1、电感线圈L1与单向二极管D2；所述单向二极管D2的正端与电感线圈L1连接，负端与电机中线V_MOTOR连接；
续流二极管D1，其负端与所述PMOS管Q1和电感线圈L1的连接处连接，正端与所述一次电源输出回线连接；
NMOS管Q2，其D极连接到所述电感线圈L1与单向二极管D2的连接处， S极与一次电源输出回线连接；滤波电容C1，其一端与所述单向二极管D2的负端相连，另一端与一次电源输出回线连接。

[0007] 优选地，所述能耗制动模块进一步包含：能耗电阻AR1和能耗电阻AR2、NMOS管Q3、单向二极管D3与电容C2；
所述能耗电阻AR1和能耗电阻AR2并联为能耗电阻组；所述能耗电阻组的一端与所述单向二极管D3的正端相连，其另一端与所述NMOS管Q3的D极连接；所述单向二极管D3的负端与电机中线V_MOTOR连接；所述NMOS管Q3的S极与一次电源输出回线连接；所述NMOS管Q3的G极由PWM3 信号控制；所述电容C2的一端与所述单向二极管D3的负端相连，所述电容C2的另一端与连接。

[0008] 优选地，所述电机驱动控制模块进一步包含：三个单向二极管MDa MDc，三个驱动~NMOS管Qa Qc以及采样电阻Rs；所述采样电阻Rs的一端与地线GND连接，另一端与所述三个~
驱动NMOS管Qa Qc的S极连接；所述驱动NMOS管Qa的D极与所述单向二极管MDa的负端连接，~
所述单向二极管MDa的正端与电机三相绕组的A相引出端连接；所述驱动NMOS管Qa的G极接收逻辑信号PWMa；所述驱动NMOS管Qb的D极与所述单向二极管MDb的负端连接，所述单向二极管MDb的正端与电机三相绕组的B相引出端连接；所述驱动NMOS管Qb的G极接收逻辑信号PWMb；所述驱动NMOS管Qc的D极与所述单向二极管MDc的负端连接，所述单向二极管MDc的正端与电机三相绕组的C相引出端连接；所述驱动NMOS管Qc的G极接收逻辑信号PWMc；所述电机三相绕组的A相绕组包含串联的等效电阻Ra与电感La；所述电机三相绕组的B相绕组包含串联的等效电阻Rb与电感Lb；所述电机三相绕组的C相绕组包含串联的等效电阻Rc与电感Lc；所述等效电阻Ra Rb与所述电机中线V_MOTOR连接；所述三相绕组端的NMOS管Qa Qc分别~ ~
在逻辑信号PWMa PWMc的控制下轮流导通，每相的相位差为120°。
~

[0009] 优选地，所述PMOS管Q1 与NMOS管Q2的G极分别由PWM1， PWM2信号控制，所述PWM1信号为脉冲低电平阶段， PWM2信号为脉冲高电平阶段，所述PMOS管Q1 与NMOS管Q2同时导通，所述电感线圈L1储能；或所述PWM1信号为脉冲高电平阶段， PWM2信号为脉冲低电平阶段，所述PMOS管Q1 与NMOS管Q2同时关断，所述电感线圈L1通过所述续流二极管D1、单向二极管D2，滤波电容C1以及能耗制动模块的电容C2向负载端释放，进而对电机母线电压进行调整；通过调整PWM1和PWM2信号的占空比D，使电机母线电压高于一次电源输入电压，所述Buck-Boost电压调整模块以Buck调整模式工作；或使电机母线电压低于一次电源输入电压，所述Buck-Boost电压调整模块以 Boost调整模式工作；所述电感线圈L1及后端滤波电容C1构成LC滤波电路，用于滤除Buck-Boost电压调整模块调整后的输出电压上的噪声及高频干扰信号。

[0010] 优选地，所述PWM3=0，所述能耗制动模块关断；所述PWM3=1，所述能耗制动模块开启，对所述PWM信号进行线性调整。

[0011] 优选地，保证飞轮在星上一次电源20 50V宽范围电压输入情况的最大力矩输出。~

[0012] 本发明的另一个技术方案为一种基于上述适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路的控制方法，包含以下过程：当飞轮处于加速状态下，且电机反电势低于一次电源输入电压时，所述PWM1和PWM2信号的占空比D<0.5，所述Buck-Boost电压调整模块工作在Buck模式；PWM3=0控制能耗制动模块处于关断状态；所述电机驱动控制模块通过控制三相绕组驱动信号PWMa、PWMb与PWMc依次使电机A、B、C三相绕组轮流导通；
当飞轮处于加速状态下，且电机反电势不低于一次电源输入电压时，PWM1和PWM2信号的占空比D≥0.5，所述Buck-Boost电压调整模块工作在Boost模式；PWM3=0控制能耗制动模块处于关断状态；所述电机驱动控制模块通过控制三相绕组驱动信号PWMa、PWMb与PWMc依次使电机A、B、C三相绕组轮流导通。

[0013] 优选地所述控制方法其进一步包含以下过程：当飞轮处于减速状态时，设定飞轮能耗制动和反接制动切换点的切换值，当转速低于所述切换值时，为飞轮反接制动状态，此时PWM1和PWM2信号的占空比D<0.5，所述Buck-Boost电压调整模块工作在Buck模式；PWM3=0控制能耗制动模块处于关断状态所述电机驱动控制模块（3）通过控制三相绕组驱动信号PWMc、PWMb、PWMa依次使电机C、B、A三相绕组轮流导通。

[0014] 当转速不低于所述切换值时，为飞轮能耗制动状态， PWM1和PWM2信号的占空比D=0，所述Buck-Boost调整模块关闭。

[0015] PWM3=1控制所述能耗制动模块处于开启状态，对PWM信号进行线性调整；所述电机驱动控制模块（3）通过控制三相绕组驱动信号PWMc、PWMb、PWMa依次使电机C、B、A三相绕组轮流导通。

[0016] 优选地，所述设定飞轮能耗制动和反接制动切换点的切换值为1800rpm。

[0017] 优选地，所述电机三相绕组驱动信号PWMa与PWMb，PWMb与PWMc以及PWMa与PWMc之间的相位差均为120°。

[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过Buck-Boost电压调整模块实现对一次电源输入电压的调整，使其可根据飞轮运行状态实时调整飞轮电机母线电压，保证飞轮在各转速段的最大力矩输出。

[0019] 对星上一次电源供电适应性强，可适应20V 50V的一次电源输入电压范围，无需额~外的升压电路。具有电路简单、集成度高、输出电压可高于输入电压，适用范围广的特点，适用于航天高、中、低轨道应用场合。

[0020] 本发明采用MOS管串联能耗电阻的电路形式，实现飞轮在高转速段的能耗制动，对MOS管进行PWM调制，实现电机电流对力矩指令的线性响应。

[0021] 本发明采用单向二极管串接在电路中的各个控制回路，控制电路中的电流进行单向流动，抑制飞轮电机各绕组间的内环流，减小电机力矩波动。本发明采用的电路构型简单、器件易实现、可靠度高，符合航天单机小型化的设计要求。附图说明

[0022] 图1为本发明适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路的电路结构示意图；图2为本发明适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路中的电感储能工作状态示意图；
图3为本发明适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路中电感能量释放及电机加速及反接制动工作状态示意图；
图4为本发明适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路中电机能耗制动工作状态示意图；
图5为本发明适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路的控制方法的逻辑流程图。

具体实施方式

[0023] 以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

[0024] 如图1所示，本发明一种适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路，包含：设置在一次电源输入正母线与输出负母线以及电机之间的升压控制电路，所述升压控制电路进一步包含Buck-Boost电压调整模块1、能耗制动模块2与电机驱动控制模块3。

[0025] 所述Buck-Boost电压调整模块1串接在电机母线的一次电源输入正端V+与电机中线之间；其用于对一次电源输入电压进行调整，将调整后的电压输送至所述电机中线，使得电机克服反电势进行加速运行。

[0026] 所述能耗制动模块2一端与所述Buck-Boost电压调整模块1的输出端相连，其另一端与一次电源输出回线V-连接；其用于在能耗制动阶段将电机动能转换为热能消耗。

[0027] 所述电机驱动控制模块3一端与电机母线负载端连接，另一端与一次电源输出回线V-连接。所述电机驱动控制模块3用于接收所述Buck-Boost电压调整模块1或能耗制动模块2所述输出的电流进而控制电机工作。

[0028] 将所述Buck-Boost电压调整模块1输出的电流送至电机，在所述电机驱动控制模块3的控制下，电机进行加速或者反接制动，而在电机加速或反接制动的整个过程中，所述的能耗制动模块2不工作；当电机处于高转速下的能耗制动模式时，所述电机驱动控制模块3与所述能耗制动模块2共同工作，将所述能耗制动模块2输出的电流送至电机，在所述电机驱动控制模块3的控制下，电机进行能耗制动，而在电机能耗制动的整个过程中，所述Buck-Boost电压调整模块1不工作。

[0029] 所述一次电源输出回线V-作为地线GND。

[0030] 所述Buck-Boost电压调整模块进一步包含：PMOS管Q1、NMOS管Q2、续流二极管D1、单向二极管D2、电感线圈L1及滤波电容C1。

[0031] 其中所述PMOS管Q1、电感线圈L1、单向二极管D2依次串联后，再串接到一次电源输入正端V+和电机中线V_MOTOR之间；所述续流二极管D1的负端连接到所述PMOS管Q1和电感线圈L1的连接点处，其正端连接到一次电源输出回线V-上。

[0032] 所述NMOS管Q2的D极连接到电感线圈L1与单向二极管D2的连接点处，NMOS管Q2的S极连接到一次电源输出回线V-上。

[0033] 所述单向二极管D2的正端与电感线圈L1相连，负端连接到电机中线V_MOTOR。所述滤波电容C1一端与所述单向二极管D2的负端相连，另一端连接到一次电源输出回线V-上。

[0034] 在电路工作时，PMOS管Q1的G极由PWM1信号控制，NMOS管Q2的G极由PWM2信号控制，两个MOS管在PWM信号的控制下，同时导通，并且同时关断，实现对电机母线电压的调整。

[0035] 所述电机母线电压可高于一次电源输入电压，也可低于一次电源输入电压，电机母线电压的高低由PWM1和PWM2信号的占空比大小决定。当所述电机母线电压高于一次电源输入电压时为Boost调整模式；当所述电机母线电压低于一次电源输入电压时为Buck调整模式。

[0036] 所述电感线圈L1及滤波电容C1构成LC滤波电路，用于滤除Buck-Boost调整后的输出电压上的噪声及高频干扰信号。

[0037] 所述能耗制动模块2进一步包含：能耗电阻AR1和能耗电阻AR2、NMOS管Q3、单向二极管D3与电容C2；其中，所述能耗电阻AR1和能耗电阻AR2并联后，一端与单向二极管D3的正端相连，其另一端与所述NMOS管Q3的D极连接；所述单向二极管D3的负端与电机中线V_MOTOR连接；所述NMOS管Q3的S极与一次电源输出回线V-连接，G极由PWM3控制。所述电容C2所述滤波电容C1一端与所述单向二极管D3的负端相连，另一端连接到一次电源输出回线V-上。所述电容C2用于滤除电机在能耗制动过程中，由能耗电阻AR1和能耗电阻AR2向电机母线流出的电流中的高频干扰。

[0038] 当飞轮处于能耗制动状态时，NMOS管Q3开始在PWM3信号的控制下工作，根据星上指令调整电机母线上流过的电流大小，当飞轮处于加速及反接制动时，NMOS管Q3关断，能耗制动通道关闭。所述功率电阻AR1和功率电阻AR2用于在能耗制动阶段将飞轮电机动能转换为热能消耗。

[0039] 所述电机驱动控制模块3进一步包含：单向二极管MDa、单向二极管MDb、单向二极管MDc、驱动NMOS管Qa、驱动NMOS管Qb、驱动NMOS管Qc及电机电流采样电阻Rs；Ra、Rb、Rc为飞轮内部无刷直流电机三相绕组每相的等效电阻，La、Lb、Lc为飞轮内部无刷直流电机三相绕组每相的电感，飞轮内部无刷直流电机绕组为Y型连接，电机中线V-MOTOR连接到前端Buck-Boost电压调整单元的输出端。

[0040] 三相绕组端的驱动NMOS管Qa、Qb、Qc分别在逻辑信号PWMa、PWMb、PWMc的控制下轮流导通，每相导通时，相位差为120°。

[0041] 所述单向二极管MDa的正端与电机三相绕组的a引出端相连，其负端与NMOS管Qa的D极连接；所述NMOS管Qa的S极与电机电流采样电阻Rs的一端相连。

[0042] 所述单向二极管MDb的正端与电机三相绕组的b引出端相连，其负端与NMOS管Qb的D极相连；所述NMOS管Qb的S极与电机电流采样电阻Rs的一端相连。

[0043] 所述单向二极管MDc的正端与电机三相绕组的c引出端相连，其负端与NMOS管Qc的D极相连；所述NMOS管Qc的S极与电机电流采样电阻Rs的一端相连。所述电机电流采样电阻Rs的另一端与地线GND相连。

[0044] 本发明适应宽范围输入电压的飞轮电机母线控制电路的工作原理为，飞轮在正常工作时，根据接收到的星上指令进行加速或减速运行，对外输出正力矩或负力矩。

[0045] 由于电机反电势的存在，当飞轮处于低转速运行时，星上一次电源供电一般足够飞轮内部电机使用，此时可通过调整PWM1和PWM2的占空比实现调整电路工作在Buck模式。

[0046] 当飞轮处于高转速运行时，星上一次电源供电电压过低，无法满足飞轮内部电机使用，此时可通过调整PWM1和PWM2信号的占空比实现调整电路工作在Boost模式。

[0047] 当飞轮处于加速运行状态时，通过PWM1、PWM2信号控制Buck-Boost模块1工作在Boost模式，PWM3信号控制能耗制动模块2，使其处于关断状态，所述电机驱动控制模块3的PWMa、PWMb、PWMc三相PWM信号相位依次相差120°，使得电机三相绕组轮流导通，电机电流由于单向二极管D2、单向二极管D3、单向二极管MDa、单向二极管MDb以及单向二极管MDc的存在而单向流动，避免了飞轮电机绕组内环流的影响。

[0048] 当飞轮处于反接制动时，通过PWM1、PWM2信号控制Buck-Boost模块1工作，此时由于转速较低，所述Buck-Boost模块1以Buck模式工作，PWM3信号控制所述能耗制动模块2，使其处于关断状态；所述电机驱动控制模块3的PWMa、PWMb、PWMc三相PWM信号处于反接逻辑状态，相位依次相差120°，所述电机三相绕组轮流导通。

[0049] 当飞轮处于能耗制动时，通过PWM1、PWM2信号控制Buck-Boost模块1，使其处于关断状态，PWM3信号控制能耗制动模块，使其处于PWM线性调整状态，所述电机驱动控制模块3的PWMa、PWMb、PWMc三相PWM信号处于反接逻辑状态，相位依次相差120°，三相绕组轮流导通。

[0050] 为避免飞轮能耗制动到飞轮反接制动的切换时产生较大的力矩波动，可根据对转速及母线电流的监测结果控制实现，当监测到能耗制动阶段的电机母线电流不足以达到理论指令控制下的电流值时，调整PWM1、PWM2、PWM3信号逻辑状态，使飞轮能够由能耗制动切换到反接制动状态。

[0051] 如图2所示，当Buck-Boost电压调整模块1工作时，存在两种工作状态，一种是PMOS管Q1、NMOS管Q2同时导通，即在PMOS管Q1的PWM1信号脉冲的低电平和NMOS管Q2的PWM2信号脉冲高电平阶段状态下，电感线圈L1储能，将一次电源输入能量储存在电感L1中，电流流向为：电流iL1从一次电源输入正端V+经过电感线圈L1从所述一次电源输出回线V-输出，即一次电源输入正端V+→电感线圈L1→一次电源输出回线V-，且由于NMOS管Q2的导通作用，单向二极管D2后端无电流流过。

[0052] 如图3所示，所述Buck-Boost电压调整模块1的另一种工作状态为PMOS管Q1、NMOS管Q2同时关断，即在PMOS管Q1的PWM1高电平和NMOS管Q2的PWM2脉冲低电平阶段状态下，电感线圈L1进行能量释放，电感线圈L1中的能量通过续流二极管D1、单向二极管D2及滤波电容C1、电容C2向负载端释放，由于电机三相绕组轮流导通，以A相绕组通道的电流流向为例，电流流向为：电感线圈L1中的电流iD2经单向二极管D2及滤波电容C1、电容C2以及电机三相绕组中A相绕组及换相开关管向所述续流二极管D1输出。

[0053] 如图5所示，电感线圈L1进行能量释放时，由于飞轮需消耗一次电源端的能量，其工作在加速或减速状态。

[0054] 当飞轮处于加速状态下，且电机反电势低于一次电源输入电压时，PWM1和PWM2信号的占空比D（PWM1、PWM2）<0.5，所述Buck-Boost电压调整模块1工作在Buck模式；PWM3=0控制能耗制动模块2处于关断状态；电机三相绕组驱动信号相位关系PWMa→PWMb→PWMc，相位依次相差120°。

[0055] 当飞轮处于加速状态下，且电机反电势不低于一次电源输入电压时，PWM1和PWM2信号的占空比D（PWM1、PWM2）≥0.5，所述Buck-Boost电压调整模块1工作在Boost模式；PWM3=0控制能耗制动模块2处于关断状态；电机三相绕组驱动信号相位关系为PWMa→PWMb→PWMc，相位依次相差120°。

[0056] 当飞轮处于减速状态时，设定飞轮能耗制动和反接制动切换点为1800rpm，当转速低于1800rpm时，为飞轮反接制动状态，此时PWM1和PWM2信号的占空比D（PWM1、PWM2）<0.5，所述Buck-Boost电压调整模块1工作在Buck模式；PWM3=0，能耗制动模块2通道关闭；三相绕组驱动信号相位关系为PWMa←PWMb←PWMc，相位依次相差120°。

[0057] 当转速不低于1800rpm时，为飞轮能耗制动状态，电流流向如图4所示， iD3依次经所述能耗制动模块2的NMOS管Q3，能耗电阻AR1，能耗电阻AR2，单向二极管D3与电机三相绕组及驱动NMOS管Qa，从电流采样电阻Rs流入所述地线GND；即-Q3→能耗电阻AR1、AR2→D3→电机绕组及换相开关管Qa→GND。

[0058] PWM1和PWM2信号的占空比D=0，所述Buck-Boost调整模块1关闭；PWM3=1，能耗制动模块2通道开启做PWM信号调整；三相绕组驱动信号相位关系为PWMa←PWMb←PWMc，相位依次相差120°。

[0059] 综上所述，本发明适用于卫星上高精度姿态控制执行机构——反作用飞轮用三相永磁无刷直流电机的母线电压控制。

[0060] 本发明Buck-Boost电压调整模块1可根据飞轮运行状态调整母线电压值，其可完全适用于卫星星上20V 50V的一次电源输入，经过内部Buck-Boost电路模块1调整后，电机~中线上的给电机三相绕组加载的电压可随着转速的升高由0逐渐增大，可以超过50V，满足飞轮高转速下力矩输出的要求，保证飞轮在该电压范围内的最大力矩输出。

[0061] 在对卫星姿态进行调整控制过程中，通过对飞轮电机转子的加速和制动控制，产生施加在载体上的反作用力矩，从而实现对卫星运动的控制，当飞轮在制动阶段转速较高时，利用飞轮电机转子贮存的动能，进行能耗制动，当转速较低时，飞轮进行反接制动。

[0062] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

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