星载电源控制器电池放电调节模块研制

发布时间：2020-11-07 08:56

　　 电池放电调节模块(BDR:Battery Discharge Regulator)作为电源控制器(PCU:Power Conditioning Unit)的重要组成部分,起着调节太阳电池、蓄电池和卫星载荷间功率平衡的作用,是卫星供配电系统的核心设备。本文针对卫星在轨运行环境特点、产品高功率密度、高可靠度和高寿命的使用要求,提出了BDR模块主要功率拓扑和多模块并联均流方案。通过对国内外PCU研究情况的调研,结合国内技术现状和实际在轨使用要求,首先选择合适的功率变换拓扑作为模块的功率拓扑。其次,对外围控制电路、驱动电路、电流采样电路的原理进行介绍。再次,从元器件降额、功率器件的热设计、电磁兼容和供电安全等方面阐述了模块的可靠性设计。最后从电路形式、复杂度和可靠性等多个方面进行比较,选择跨导控制作为多个BDR模块并联均流的控制方式。综合上述设计内容,设计和研制了一款功率大、效率高、稳定性好的非隔离升压型的电池放电模块。模块研制完成后,首先开展了热平衡试验,验证模块的热设计合理可行、所有功率器件温度均满足I级降额;然后开展了可靠性强化试验,发现模块内的工艺设计的薄弱环节,提出了改进方法。最后进行EMC试验,验证模块的电磁兼容性符合卫星使用要求。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V442;TM91;TM571
【部分图文】：

图 1-2 法宇航公司（ETCA）SB4000 系列 PCU 产品表 1-2 SB4000 系列 PCU 产品主要技术指标目 母线电压 输出功率 母线纹波 BDR标 100V6-12kW不同模块配置500mV（BDR 工况）96BDR国内研究现状十一五以来，国家加大多个卫星平台的研制投入，电源控制器，母线电压也由传统的 28V 增加到 42V 和 100V。目前研制 P内生产单位主要有中电集团 18 所、航天科技集团 811 所和航所。其中中电 18 所主要生产半调节母线 PCU，811 所生产 42U，513 所生产 42V 和 100V 全调节母线 PCU 产品。述几家生产单位研制的 PCU 在功能方面能够满足卫星使用要 研制发展时间短、起步晚，产品具体技术指标（如效率和遥测工艺实现水平等方面与进口产品还存在一定差距。

图 1-3Weinberg 拓扑结构原理图的优点：连续的输出电流；管为低边驱动方式，控制和驱动无需复杂的电的缺点如下：感进行储能，流过原边变压器线圈的电流为副；管电压尖峰较大，需加额外的吸收电路，影响st 拓扑结构扑是从传统boost拓扑衍生而来。传统boost拓通时，输出电容提供负载需求的功率，故电容需合应用在负载变化较快的电源中[11]。HE-boos功率电感中而不在变压器线圈中，变压器线圈连续，最大限度地减小开关尖峰[12]。图1-4为

图 1-3Weinberg 拓扑结构原理图拓扑结构的优点：1）保证连续的输出电流；2）开关管为低边驱动方式，控制和驱动无需复杂的电路即可实拓扑结构的缺点如下：1）靠电感进行储能，流过原边变压器线圈的电流为副边输出电体积较大；2）开关管电压尖峰较大，需加额外的吸收电路，影响拓扑效率 HE-boost 拓扑结构E-boost拓扑是从传统boost拓扑衍生而来。传统boost拓扑由输出OSFET开通时，输出电容提供负载需求的功率，故电容需要的容扑不适合应用在负载变化较快的电源中[11]。HE-boost 在开关量存储在功率电感中而不在变压器线圈中，变压器线圈通过耦合出电流的连续，最大限度地减小开关尖峰[12]。图1-4为HE-boos理框图。
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本文编号：2873722