高动态响应3BR变换器的设计和研究

发布时间：2020-03-18 09:35

【摘要】：随着航天技术的发展及其应用的拓展,航天器的负载特性呈现多样化的趋势。多载荷综合化卫星,其有效载荷负载工作模式不仅包括了以往的稳定的直流母线负载还要适应于脉冲负载的工作情况,其瞬时功率可达到数十千瓦,大功率高频脉冲负载还对直流输入端及直流母线产生冲击影响、严重缩短供电系统的寿命。为了满足新型的多重载荷工况,对直流母线的动态响应提出了新的要求。卫星的电源系统的质量为整个卫星质量的33%,电源控制器重量的增大,会导致整个卫星质量的增大。本文基于一体化电源系统引入了一个独立可控的超级电容进行拓扑的衍变,提出了一种新的拓扑,命名为高动态响应3BR(Boost Bidirectional-Buck Regulator)。为了提高一体化拓扑的动态响应。讨论了将超级电容引入拓扑工作的三种方式。本文细致分析了超级电容直接与蓄电池混用,与母线隔离使用和通过双向DC/DC与蓄电池连接使用的不同方式对于整个变换器动态响应和功率密度的影响,并采取第三种方式为本文的研究重点。基于能量的角度确定了拓扑的工作状态和基本框架,再理论分析的角度进行了拓扑的衍变,分析了其直流增益关系。对于这种新型的拓扑需要一种有效的控制方式,本文提出了一种基于超级电容端电压作为控制信号的三域控制方式。实现了太阳能电池,超级电容和蓄电中的能量与母线端的自由流动的控制。基于拓扑的控制策略进行了小信号建模。在Simplis软件中搭建了高动态响应3BR的仿真模型,并进行了仿真验证,根据扫频的Bode图,进行环路校正并设计合理的校正网络参数。并搭建了1.3k W的实验样机,实验验证了高动态响应3BR和它的控制策略的可行性与高效性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

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本文编号：2588567