【摘要】：隨著科學技術的進步與發(fā)展,人類對太空的探索越來越深入,當前國家航空航天事業(yè)不斷前進和發(fā)展,航天器在其中扮演著越來越舉足輕重的角色,應用于航天衛(wèi)星上的電子產品種類和數量越來越繁雜,不少用于通信和科研的星載設備都擁有不同的工作電壓范圍。為高效快速而又穩(wěn)定地解決星載平臺多種設備的供電要求,多路輸出變換器成為主要的設計和研究對象。目前國內外常見的衛(wèi)星平臺供電的直流母線電壓等級主要為28V,主要用于負載功率小于2KW的情況,未來隨著星載設備的升級進步,負載功率要求將進一步提升。因此未來衛(wèi)星平臺的直流母線電壓將提升至100V。本文提出基于氮化鎵器件的同步整流方案,考慮到氮化鎵器件的柵源極電壓要求比較高,一旦電壓幅值高于6V,氮化鎵器件極易損壞,因此和傳統的MOSFET同步整流電路相比,氮化鎵同步整流電路需增加額外的驅動芯片來實現穩(wěn)定可靠驅動。同時本文還對多繞組平面變壓器進行分析和優(yōu)化,考慮到多繞組平面變壓器的匝數和層數較多,需要找到最優(yōu)的繞組排布結構,使其不僅能滿足電路工作的需求,還能方便工藝制作,因此本文提出一種基于漏磁場能量篩選和有限元分析相結合的多繞組平面變壓器的優(yōu)化設計方法,先對磁芯窗口中漏磁場能量進行理論計算,篩選出漏磁場能量較小的繞組排布結構,然后在有限元分析軟件Maxwell中對篩選出的結果進行建模仿真,找到漏感合適的繞組結構,并將其中能滿足工藝制作要求的排布結構選出,從而得到合適的繞組排布結構。本文搭建開關頻率為1MHz的對地有源箝位三路輸出正激變換器,額定輸入電壓為100V,三路輸出參數分別為5V/6A,±12V/0.83A,總輸出功率為50W。多繞組平面變壓器繞組的總層數為16層,樣機歷經兩輪制作和優(yōu)化,經過對樣機測試,所提自驅氮化鎵同步整流方案能夠可靠穩(wěn)定運行,變壓器原邊漏感占激磁電感的比值低至0.6%,對主變壓器的分析和設計也被證明可行。在滿載條件下,全輸入電壓范圍內,第二輪多路輸出樣機的閉環(huán)效率均大于87.2%,比第一輪樣機提升1.0%。另外,第二輪樣機的功率密度為28.5 W/inch~3,第一輪樣機的功率密度為22.7 W/inch~3,相比第一輪樣機,第二輪樣機的功率密度提升接近25%。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V443
【圖文】：

灰色部分為 5 V 輸出回路繞組，綠色和藍色部分為 ±12V 輸出磁渦流場求解器中在變壓器各繞組上增加電流激勵來進行仿真。圖 4.5 給出器拆分圖，詳細的結構已經在圖中標示出。圖 4.6 給出多路輸出平面變壓器。原邊繞組輔助繞組5V繞組12v 繞組-12v 繞組圖 4.4 多繞組平面變壓器仿真模型圖

色部分為輔助繞組，灰色部分為 5 V 輸出回路繞組，綠色和藍色部分為 ±12V 輸出回路繞組。通過在電磁渦流場求解器中在變壓器各繞組上增加電流激勵來進行仿真。圖 4.5 給出多路輸出平面變壓器拆分圖，詳細的結構已經在圖中標示出。圖 4.6 給出多路輸出平面變壓器的電流激勵示意圖。原邊繞組輔助繞組5V繞組12v 繞組-12v 繞組圖 4.4 多繞組平面變壓器仿真模型圖圖 4.5 多繞組平面變壓器拆分圖

圖 4.8 有限元仿真得到的自互感矩陣出多繞組平面變壓器等效的電路原理圖，N1, N2, N3和 N4是各繞組各繞組上的漏感值，M 是激磁電感值。變壓器各繞組兩端的電壓電流示出，在圖中的各回路中的漏感值難以通過計算或仿真得到，對于感矩陣，要想驗證其正確性需要對其進行處理，考慮到實際情況中路的漏感來進行測試難以實現，常見的對多繞組變壓器的漏感測試短路，測得被測路的漏感值，而通過這一方法得到的漏感值并不是路中各路漏感值折合到被測路的值的總和，因此即使求出單路上的重重，但是通過對自互感矩陣處理之后可以算得與前文所述方法類驗中對計算得到的值進行驗證。v1i1Ll1Mv2i2LI2v3i3Ll3N1N2N3

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 楊剛;杜建華;彭政;張之梁;;星載多路輸出正激變換器的新型優(yōu)化方法[J];電力電子技術;2014年10期

2 吳冬梅;蔡麗娟;;開關電源的多路輸出技術發(fā)展綜述[J];電氣傳動;2006年04期

3 胡宗波,張波;同步整流器中MOSFET的雙向導電特性和整流損耗研究[J];中國電機工程學報;2002年03期

4 陳乾宏,阮新波,嚴仰光;多路輸出電源中耦合電感的模型及分析[J];電工技術學報;2001年05期

相關博士學位論文 前1條

1 謝小高;小功率DC/DC變流器模塊標準化若干關鍵問題研究[D];浙江大學;2005年

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1 周Z

本文編號：2750665