一种小卫星电源系统的前级变换器设计

发布时间：2017-08-12 04:07

  本文关键词：一种小卫星电源系统的前级变换器设计

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【摘要】：随着新能源独立供电系统的发展,针对新能源不稳定的特点,利用蓄电池储能的新能源供电系统不断被提出和改进,并形成了具有输入端、输出端和双向储能端的三端口结构。航天器电源系统作为新能源供电系统的先驱,已经具有较为成熟的研究应用。但是随着人类对太空探索的逐步加深,航天器电源系统稳定性、功率密度、续航能力的要求也越来越高。在我国小卫星电源系统中,依旧采用基于S3R分流技术的电源系统设计。该系统结构简单,易于扩展,却有着功率密度低的主要缺陷。并且在传统卫星系统的电池组充放电模块中,功率开关器件工作在硬开关状态,电能转换效率较低,加剧了整个电源系统的功率密度问题。并且随着航天器电源系统的功率不断增加,损耗问题带来的影响也将越来越大。因此,本文主要针对小卫星电源系统中,功率密度以及效率提升,这两个关键问题进行研究与设计。本文详细分析了变换器的能量管理策略以及工作原理,对比了主要的Boost电路拓扑,构建了损耗的数学模型。并基于损耗模型,对变换器关键器件的选型进行了优化设计。并对变换器驱动电路、DSP采样电路、部分模拟电路等外围电路的参数进行了比较设计;编写了该前级变换器的DSP控制程序,实现了数-模结合的控制方式。交错并联Boost变换器具有控制简单、适合大功率传输、输入电流纹波低、易于扩展等特点,十分适合应用在蓄电池输出电路中。因此本文针对此基本拓扑,加入简单的辅助电路,实现全部功率器件的软开关,进一步降低纹波和EMI,满足小卫星蓄电池组放电要求。并将此改进拓扑与S4R分流技术结合,设计了小卫星电源系统的前级变换器。最后,依据原理分析和参数设计,利用matlab和saber仿真平台搭建了仿真模型,给出了仿真结果;在仿真的基础上搭建了一台额定输出功率300W的原理样机,完成实验,验证了理论分析的正确性。
【关键词】：小卫星电源系统 交错并联 Boost 效率优化
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V442;TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 航天器电源系统14-16
• 1.1.1 概述14-15
• 1.1.2 航天器电源系统PCU控制策略15-16
• 1.2 前级变换器研究现状16-20
• 1.2.1 母线电压不调节式17-18
• 1.2.2 母线电压半调节式18-19
• 1.2.3 母线电压全调节式19-20
• 1.3 本文的研究意义和主要研究内容20-21
• 1.3.1 研究内容20
• 1.3.2 研究意义20-21
• 第二章 前级变换器的拓扑选择和效率分析21-50
• 2.1 前级变换器分流模块的对比研究21-26
• 2.1.1 顺序开关分流调节器的工作原理与特性21-23
• 2.1.2 顺序开关串并联分流调节器的工作原理与特性23-25
• 2.1.3 S4R电源系统控制策略设计25-26
• 2.2 BDR模块变换器方案的对比研究26-34
• 2.2.1 三电平Boost变换器分析26-30
• 2.2.2 开关电容Boost变换器分析30-31
• 2.2.3 交错并联Boost变换器分析31-34
• 2.3 BDR模块的损耗分析模型34-40
• 2.3.1 开关管损耗分析34-38
• 2.3.2 二极管损耗分析38-39
• 2.3.3 电感损耗分析39
• 2.3.4 其他损耗39-40
• 2.4 采用不同DC/DC变换器方案损耗分析对比40-44
• 2.4.1 三种DC/DC变换器器件选型40-41
• 2.4.2 三种变换器满载损耗分布模型41-44
• 2.5 交错并联软开关Boost变换器工作原理44-49
• 2.5.1 占空比小于 0.5 的变换器模态分析44-47
• 2.5.2 占空比大于 0.5 的变换器模态分析47-49
• 2.6 本章小结49-50
• 第三章 前级变换器的参数设计50-68
• 3.1 设计指标50
• 3.2 前级变换器关键器件电流波形模型建立50-53
• 3.2.1 滤波电感电流波形的模型50-52
• 3.2.2 主开关管和续流二极管的电流波形模型52
• 3.2.3 输出电容的电流波形模型52-53
• 3.3 前级变换器的基本选型以及优化设计53-59
• 3.3.1 滤波电感的选型以及优化设计53-56
• 3.3.2 功率器件的选型以及优化设计56-58
• 3.3.3 输出电容的选型以及优化设计58-59
• 3.4 辅助电感电容的影响以及优化设计59-61
• 3.4.1 辅助电感的设计59-61
• 3.4.2 辅助电容支路的设计61
• 3.5 数字控制软件逻辑设计61-64
• 3.5.1 主程序61-62
• 3.5.2 响应中断子程序62-64
• 3.6 外围电路设计64-67
• 3.6.1 驱动电路64-65
• 3.6.2 采样以及调理电路65-66
• 3.6.3 保护电路66
• 3.6.4 电压基准电路66-67
• 3.7 本章小结67-68
• 第四章 前级变换器仿真实验以及效率优化68-76
• 4.1 仿真验证68-71
• 4.1.1 BDR变换器稳态仿真结果68-70
• 4.1.2 BDR变换器动态仿真结果70
• 4.1.3 分流模块动态仿真结果70-71
• 4.2 实验验证71-75
• 4.2.1 BDR变换器稳态实验结果72-74
• 4.2.2 BDR变换器动态实验结果74-75
• 4.2.3 BDR变换器效率测试75
• 4.3 本章小结75-76
• 第五章 总结与展望76-77
• 5.1 本文主要工作总结76
• 5.2 下一步工作展望76-77
• 参考文献77-80
• 致谢80-81
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 李建平;徐伟;钱成喜;;空间S4R电源系统的设计与实现[J];电源技术;2015年10期

2 张晓峰;张文佳;郭伟峰;林文立;刘治钢;;国外SAR卫星电源系统分析与启示[J];航天器工程;2015年03期

3 乔明;朱立颖;李小飞;杜青;;SAR卫星电源系统设计与仿真研究[J];航天器工程;2015年02期

4 杨琰;;北斗卫星导航系统与GPS全球定位系统简要对比分析[J];无线互联科技;2013年04期

5 崔波;曾毅;张晓峰;;Galileo导航卫星电源技术概述[J];航天器工程;2010年06期

6 周祖渊;;全球卫星导航系统的构成及其比较[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2008年S1期

7 李国欣;张利群;张忠卫;张平;;创新一号微小卫星电源分系统[J];上海航天;2006年01期

8 钱照明,张军明,吕征宇,彭方正,汪i裆，

本文编号：659667