【摘要】：面向未來(lái)的低軌移動(dòng)通信衛(wèi)星等空間應(yīng)用,傳統(tǒng)方案難以滿足衛(wèi)星對(duì)于電源供電系統(tǒng)的需求,高頻諧振功率變換技術(shù)以及高帶寬線性功率單元技術(shù)等非開(kāi)關(guān)型的功率變換技術(shù)將極大改善現(xiàn)有供電方式中多種不足。如采用無(wú)線電能傳輸技術(shù)替代傳統(tǒng)機(jī)械滑環(huán),可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能帆板一次側(cè)電能供給,然后通過(guò)高頻交流母線技術(shù)構(gòu)建衛(wèi)星供電體系,再而基于高精度高動(dòng)態(tài)響應(yīng)電流源和高效率快速跟蹤電源技術(shù),可滿足未來(lái)空間衛(wèi)星載荷對(duì)于電源的高精度和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的需求。本文基于空間衛(wèi)星電能供給,圍繞一次電源轉(zhuǎn)換和二次電源需求,將研究單開(kāi)關(guān)諧振變換器實(shí)現(xiàn)高頻交流供電及其與磁耦合諧振無(wú)線電能傳輸技術(shù)的結(jié)合,同時(shí)將研究高帶寬線性功率單元的三端口模型及其與多電平輔助供電技術(shù)的結(jié)合,以此滿足低軌移動(dòng)衛(wèi)星電源供電系統(tǒng)中的復(fù)雜需求。針對(duì)交流供電系統(tǒng)的高頻化和可靠性需求,可采用單開(kāi)關(guān)諧振功率變換技術(shù)。進(jìn)一步針對(duì)傳統(tǒng)單開(kāi)關(guān)諧振變換器設(shè)計(jì)缺陷,改進(jìn)了參數(shù)配制方法,旨在使拓?fù)涮幱跍?zhǔn)最優(yōu)工作狀態(tài);并用串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全輕載范圍內(nèi)的開(kāi)關(guān)管零電壓通斷(ZVS)和低負(fù)載調(diào)整率;同時(shí)采用E/F_2類(lèi)諧振變換器替代E類(lèi)諧振變換器,通過(guò)消除二次諧波的方式降低開(kāi)關(guān)管應(yīng)力并解決變壓器磁偏置問(wèn)題。上述改進(jìn)可實(shí)現(xiàn)高頻交流供電,滿足低交叉調(diào)整率的多路輸出高頻交流母線和高電壓低紋波屏柵電源等需求。針對(duì)于太陽(yáng)能帆板的無(wú)線電能傳輸中,不同結(jié)構(gòu)和相對(duì)位置條件所帶來(lái)的耦合系數(shù)差異,選取不同磁耦合諧振網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)高效率并兼顧負(fù)載調(diào)整率,進(jìn)一步結(jié)合高頻單開(kāi)關(guān)諧振功率變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線功率傳輸。發(fā)射端采用串聯(lián)諧振前提下,接收端非諧振的SN諧振網(wǎng)絡(luò)可構(gòu)建E/F_2類(lèi)LLC變換器,適合于高耦合系數(shù)系統(tǒng)且有低負(fù)載調(diào)整率;接收端并聯(lián)諧振的SP諧振網(wǎng)絡(luò)可構(gòu)建E/F_2類(lèi)LC-LC諧振變換器,適合于中低耦合系數(shù)系統(tǒng)且有低負(fù)載調(diào)整率;接收端串聯(lián)諧振的SS諧振網(wǎng)絡(luò),可構(gòu)建E-E結(jié)構(gòu)諧振變換器同時(shí)采用接收端同步整流技術(shù),實(shí)現(xiàn)低耦合系數(shù)下盡量高的傳輸效率。針對(duì)衛(wèi)星供電系統(tǒng)中的高帶寬線性功率單元應(yīng)用,如高動(dòng)態(tài)響應(yīng)電流源和快速跟蹤電源,提出了高頻三端口網(wǎng)絡(luò)模型,其包括寄生參數(shù)、有限增益帶寬積、源及負(fù)載效應(yīng)等因素的影響,并據(jù)此分析了端口間的多種交叉影響。針對(duì)衛(wèi)星電推進(jìn)系統(tǒng)的大功率高精度高速勵(lì)磁電流源需求,以高頻三端口模型為基礎(chǔ),提出全差分雙運(yùn)放結(jié)構(gòu)的電流源解決了動(dòng)態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性和精度之間的矛盾并減少了大功率多路并聯(lián)情況下參考電位波動(dòng)帶來(lái)的干擾。針對(duì)通信衛(wèi)星中射頻功放效率提升對(duì)快速跟蹤電源產(chǎn)生的需求,采用高頻多電平開(kāi)關(guān)線性混合型快速跟蹤電源拓?fù)�。進(jìn)一步提升了快速跟蹤電源拓?fù)涞母櫺阅?具體實(shí)現(xiàn)包括:分離功能模塊實(shí)現(xiàn)電壓擴(kuò)展;并采用二階阻尼濾波電路,抑制多電平開(kāi)關(guān)的高次諧波在快速跟蹤電源輸出部分引起的高頻尖峰;同時(shí)改進(jìn)了延遲時(shí)間的量化測(cè)試方法,采用同步濾波器匹配多電平和線性功率單元之間的延遲差異。對(duì)快速跟蹤電源在多種波形情況下進(jìn)行了時(shí)域和頻域測(cè)試,證實(shí)其對(duì)峰值平均值之比較高的信號(hào)效率提升效果顯著。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM724

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2692874