一种基于闭环压控电流源的磁力矩器驱动电路的制作方法

本发明涉及的为卫星姿态控制和星务电子，具体是一种基于闭环压控电流源的卫星磁力矩器驱动的电路及方法，可实现卫星磁力矩器线圈电流的高精度闭环调节，从而产生精确可控的磁力矩以配合地磁场完成卫星姿态控制。

背景技术：

1、1.磁力矩器是小卫星姿态控制系统的重要执行机构，通过线圈通电产生磁矩与地球磁场相互作用，从而产生控制力矩，实现卫星姿态调整和角动量卸载。磁力矩器的输出磁矩和线圈电流成正比，因此驱动电路的电流控制精度直接决定姿态控制性能。

2、2.现有磁力矩器驱动电路多采用开环恒流驱动、pwm 调制驱动或简单电流反馈控制方式实现线圈电流调节。上述方案在地面应用中能够满足一般驱动需求，但在卫星空间环境下，受母线电压波动、负载参数漂移、温度变化以及辐射环境等因素影响，驱动电流容易出现偏差，进而导致磁矩输出不稳定，降低姿态控制精度 。

3、3.此外，传统驱动方案中，若仅依赖单一电压环或简单限流方式控制线圈电流，通常难以同时兼顾输出精度、动态响应和功耗控制；若采用较复杂的控制结构，又可能存在系统实现复杂、稳定性不足或抗干扰能力较弱等问题。

4、因此亟需一种基于闭环压控电流源的磁力矩器驱动电路及方法，以实现磁力矩器驱动电流的闭环精确调节，提高输出稳定性和姿态控制精度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于闭环压控电流源的磁力矩器驱动电路，其特征在于，包括：

2、输入信号调理模块，其被配置为对姿态控制指令进行幅值调理和偏置处理，生成和目标驱动电流对应的第一控制电压；

3、驱动放大模块，其被配置为将第一控制电压和采样反馈信号进行差分放大，并输出驱动控制信号；

4、功率输出和开关选择模块，其被配置为根据所述驱动控制信号调整流经磁力矩器负载电流的大小，并根据需要切换流过磁力矩器线圈的电流方向；

5、反馈监测和输出模块，其被配置为实时采集磁力矩器支路电流以形成采样反馈信号，并将所述采样反馈信号反馈至驱动放大模块以动态修正驱动控制信号。

6、所述输入信号调理模块包括：

7、第一电阻、第四电阻、第一运算放大器、第三电阻、第七电阻、第一电源、第五电容、第六电容；所述第一电阻一端连接输入节点，另一端和第四电阻构成的分压网络耦合至第一运算放大器的同相输入端；所述第一运算放大器的反相输入端通过第三电阻反馈连接至其输出端，以构建比例负反馈回路，并通过第七电阻连接至模拟地，以构成同相比例放大器结构；所述第一运算放大器由第一电源供电，所述第一电源的输出端并联配置有第五电容和第六电容，所述第五电容和第六电容为旁路去耦电容，其被配置滤除高频电源噪声。

8、所述驱动放大模块包括：

9、第五电阻、第二电阻、第二运算放大器、第八电阻、第六电阻、第十电阻、第二二极管；所述输入信号调理模块的第一运算放大器的输出信号通过第五电阻和第二电阻构成的分压网络，耦合至第二运算放大器的同相输入端；所述第二运算放大器的反相输入端通过第六电阻连接至模拟地，并通过反馈电阻 连接至反馈监测和输出模块的电流采样节点，从而构成闭环负反馈电流控制环路；所述第二运算放大器的输出端依次经第十电阻以及第二二极管，连接至功率输出和开关选择模块。

10、所述功率输出和开关选择模块包括：

11、上拉控制通道，包括：第一mosfet、第四mosfet、熔断器/磁珠、第十七电阻、第二十电阻、第四十二极管、第一电源、第十六电阻、第十九电阻、第三十九二极管；所述熔断器/磁珠一端连接第一电源，另一端连接背靠背串联的第一mosfet和第四mosfet；所述第一mosfet和第四mosfet的栅极分别经由第十七电阻和第二十电阻连接至其源极以提供栅源偏置电压；所述第十七电阻还并联有第三十九二极管，其被配置为对栅极电压的钳位保护；第一控制信号端依次经第四十二极管和第十九电阻耦合至第四mosfet的栅极，并经第十六电阻耦合至第一mosfet的栅极；所述第四mosfet的漏极连接正向电源轨；

12、下拉控制通道，包括：第二mosfet、第三二极管、第十三电阻、第十四电阻、第十八电阻、第十五电阻；所述第二mosfet漏极连接至负向电源轨，所述第二mosfet的漏极配置有第十四电阻，所述第二mosfet的栅极连接至所述驱动放大模块；所述第二mosfet的栅极配置有第十三电阻并连接至模拟地，以确保在无驱动信号时功率管的可靠截止；所述第二mosfet的源极依次经由并联设置的第十八电阻和第十五电阻连接至模拟地，第二mosfet的源极和第十八电阻以及第十五电阻的中点为电流采样节点；在所述负向电源轨和正向电源轨之间跨接有第三二极管；

13、极性切换控制部分，包括：双刀双掷磁保持继电器、第五十八电阻、第五十九电阻、第六十电阻、第六十一电阻、第三十六二极管、第三十七二极管、第二电源、第四十二二极管、第四十三二极管；所述双刀双掷磁保持继电器被配置为控制极性切换，其第一触点输入端和第二触点输入端分别连接至所述正向电源轨和负向电源轨，第一触点输出端和第二触点输出端分别连接至第一外接磁棒引脚和第二外接磁棒引脚；所述双刀双掷磁保持继电器的第一辅助触点与第二触点输出端、第二辅助触点与第一触点输出端使用交叉互连拓扑；所述双刀双掷磁保持继电器的双驱动线圈分别由第二控制信号、第三控制信号和第二电源经限流电阻驱动，所述限流电阻包括第五十八电阻和第五十九电阻以及第六十电阻和第六十一电阻，且各驱动线圈两端分别并联配置有第三十六二极管和第三十七二极管以及第四十二二极管和第四十三二极管。

14、所述反馈监测模块包括：

15、第十一电阻、第三运算放大器、第一电源、第七电容、第八电容、第十二电阻、第二十一电阻、第十七电容；所述第二mosfet的栅极经由电流检测节点连接至第十一电阻，所述第十一电阻另一端耦合至第三运算放大器的同相输入端；所述第三运算放大器的反相输入端经由第十二电阻反馈连接至所述第三运算放大器的输出端，以构成输入阻抗电压跟随器，进而隔离监测电路并避免对主采样电流回路产生负载效应；所述第三运算放大器由第一电源供电，所述第一电源的输出端并联配置有第七电容和第八电容；所述第三运算放大器的输出端经由第二十一电阻和第十七电容构成的rc低通滤波器进行平滑滤波后，连接至输出节点。

16、所述输出节点作为系统的监测信号输出端，被配置为耦接后级显示单元、模数转换采集模块、以及保护电路。

17、所述第三十六二极管、第三十七二极管、第四十二二极管、第四十三二极管、以及第三二极管为续流二极管，其被配置为在磁力矩器线圈断流时释放感性反向电势，避免对mos管和运算放大器造成损伤。

18、所述第一mosfet和第四mosfet为p沟道 mosfet，所述第二mosfet为n沟道mosfet。

19、一种基于闭环压控电流源的磁力矩器驱动方法，其特征在于，包括下列步骤：

20、由输入信号调理模块接收姿态控制指令，对输入电压信号进行幅值调理和偏置处理，生成和目标驱动电流对应的第一控制电压；

21、由驱动放大模块对所述第一控制电压和采样反馈信号进行差分比较和放大，并输出驱动控制信号；

22、由功率输出和开关选择模块根据所述驱动控制信号调整流经磁力矩器负载电流的大小；同时根据需要通过双刀双掷磁保持继电器执行线圈极性切换，以改变流过磁力矩器线圈的电流方向；

23、由反馈监测和输出模块采集磁力矩器支路电流形成采样反馈信号，并将所述采样反馈信号反馈至驱动放大模块以动态修正驱动控制信号。

24、本发明具有如下有益效果：

25、1.本发明通过闭环压控电流源不断比较第一控制电压与采样反馈信号的差值，并动态调整功率管的等效导通电阻，使输出电流强制跟踪参考电压设定的比例关系；同时，闭环反馈机制能够补偿母线电压波动、线圈参数变化及外部环境扰动对输出电流造成的影响，降低磁矩输出误差。

26、2.本发明通过极性切换电路可实现磁力矩器电流方向切换，可以满足不同姿态控制需求。

27、3.本发明通过保护和滤波电路可以抑制感性负载反向电势和瞬态冲击，提高驱动电路的可靠性和抗干扰能力，从而提升卫星姿态控制系统的整体性能。