本文關(guān)鍵詞：一種小衛(wèi)星電源系統(tǒng)的前級(jí)變換器設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 小衛(wèi)星電源系統(tǒng) 交錯(cuò)并聯(lián) Boost 效率優(yōu)化

【摘要】：隨著新能源獨(dú)立供電系統(tǒng)的發(fā)展,針對(duì)新能源不穩(wěn)定的特點(diǎn),利用蓄電池儲(chǔ)能的新能源供電系統(tǒng)不斷被提出和改進(jìn),并形成了具有輸入端、輸出端和雙向儲(chǔ)能端的三端口結(jié)構(gòu)。航天器電源系統(tǒng)作為新能源供電系統(tǒng)的先驅(qū),已經(jīng)具有較為成熟的研究應(yīng)用。但是隨著人類對(duì)太空探索的逐步加深,航天器電源系統(tǒng)穩(wěn)定性、功率密度、續(xù)航能力的要求也越來(lái)越高。在我國(guó)小衛(wèi)星電源系統(tǒng)中,依舊采用基于S3R分流技術(shù)的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于擴(kuò)展,卻有著功率密度低的主要缺陷。并且在傳統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)的電池組充放電模塊中,功率開(kāi)關(guān)器件工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài),電能轉(zhuǎn)換效率較低,加劇了整個(gè)電源系統(tǒng)的功率密度問(wèn)題。并且隨著航天器電源系統(tǒng)的功率不斷增加,損耗問(wèn)題帶來(lái)的影響也將越來(lái)越大。因此,本文主要針對(duì)小衛(wèi)星電源系統(tǒng)中,功率密度以及效率提升,這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。本文詳細(xì)分析了變換器的能量管理策略以及工作原理,對(duì)比了主要的Boost電路拓?fù)?構(gòu)建了損耗的數(shù)學(xué)模型。并基于損耗模型,對(duì)變換器關(guān)鍵器件的選型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。并對(duì)變換器驅(qū)動(dòng)電路、DSP采樣電路、部分模擬電路等外圍電路的參數(shù)進(jìn)行了比較設(shè)計(jì);編寫(xiě)了該前級(jí)變換器的DSP控制程序,實(shí)現(xiàn)了數(shù)-模結(jié)合的控制方式。交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器具有控制簡(jiǎn)單、適合大功率傳輸、輸入電流紋波低、易于擴(kuò)展等特點(diǎn),十分適合應(yīng)用在蓄電池輸出電路中。因此本文針對(duì)此基本拓?fù)?加入簡(jiǎn)單的輔助電路,實(shí)現(xiàn)全部功率器件的軟開(kāi)關(guān),進(jìn)一步降低紋波和EMI,滿足小衛(wèi)星蓄電池組放電要求。并將此改進(jìn)拓?fù)渑cS4R分流技術(shù)結(jié)合,設(shè)計(jì)了小衛(wèi)星電源系統(tǒng)的前級(jí)變換器。最后,依據(jù)原理分析和參數(shù)設(shè)計(jì),利用matlab和saber仿真平臺(tái)搭建了仿真模型,給出了仿真結(jié)果;在仿真的基礎(chǔ)上搭建了一臺(tái)額定輸出功率300W的原理樣機(jī),完成實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了理論分析的正確性。
【關(guān)鍵詞】：小衛(wèi)星電源系統(tǒng) 交錯(cuò)并聯(lián) Boost 效率優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V442;TM46
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-21
• 1.1 航天器電源系統(tǒng)14-16
• 1.1.1 概述14-15
• 1.1.2 航天器電源系統(tǒng)PCU控制策略15-16
• 1.2 前級(jí)變換器研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 母線電壓不調(diào)節(jié)式17-18
• 1.2.2 母線電壓半調(diào)節(jié)式18-19
• 1.2.3 母線電壓全調(diào)節(jié)式19-20
• 1.3 本文的研究意義和主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容20
• 1.3.2 研究意義20-21
• 第二章 前級(jí)變換器的拓?fù)溥x擇和效率分析21-50
• 2.1 前級(jí)變換器分流模塊的對(duì)比研究21-26
• 2.1.1 順序開(kāi)關(guān)分流調(diào)節(jié)器的工作原理與特性21-23
• 2.1.2 順序開(kāi)關(guān)串并聯(lián)分流調(diào)節(jié)器的工作原理與特性23-25
• 2.1.3 S4R電源系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)25-26
• 2.2 BDR模塊變換器方案的對(duì)比研究26-34
• 2.2.1 三電平Boost變換器分析26-30
• 2.2.2 開(kāi)關(guān)電容Boost變換器分析30-31
• 2.2.3 交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器分析31-34
• 2.3 BDR模塊的損耗分析模型34-40
• 2.3.1 開(kāi)關(guān)管損耗分析34-38
• 2.3.2 二極管損耗分析38-39
• 2.3.3 電感損耗分析39
• 2.3.4 其他損耗39-40
• 2.4 采用不同DC/DC變換器方案損耗分析對(duì)比40-44
• 2.4.1 三種DC/DC變換器器件選型40-41
• 2.4.2 三種變換器滿載損耗分布模型41-44
• 2.5 交錯(cuò)并聯(lián)軟開(kāi)關(guān)Boost變換器工作原理44-49
• 2.5.1 占空比小于 0.5 的變換器模態(tài)分析44-47
• 2.5.2 占空比大于 0.5 的變換器模態(tài)分析47-49
• 2.6 本章小結(jié)49-50
• 第三章 前級(jí)變換器的參數(shù)設(shè)計(jì)50-68
• 3.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)50
• 3.2 前級(jí)變換器關(guān)鍵器件電流波形模型建立50-53
• 3.2.1 濾波電感電流波形的模型50-52
• 3.2.2 主開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管的電流波形模型52
• 3.2.3 輸出電容的電流波形模型52-53
• 3.3 前級(jí)變換器的基本選型以及優(yōu)化設(shè)計(jì)53-59
• 3.3.1 濾波電感的選型以及優(yōu)化設(shè)計(jì)53-56
• 3.3.2 功率器件的選型以及優(yōu)化設(shè)計(jì)56-58
• 3.3.3 輸出電容的選型以及優(yōu)化設(shè)計(jì)58-59
• 3.4 輔助電感電容的影響以及優(yōu)化設(shè)計(jì)59-61
• 3.4.1 輔助電感的設(shè)計(jì)59-61
• 3.4.2 輔助電容支路的設(shè)計(jì)61
• 3.5 數(shù)字控制軟件邏輯設(shè)計(jì)61-64
• 3.5.1 主程序61-62
• 3.5.2 響應(yīng)中斷子程序62-64
• 3.6 外圍電路設(shè)計(jì)64-67
• 3.6.1 驅(qū)動(dòng)電路64-65
• 3.6.2 采樣以及調(diào)理電路65-66
• 3.6.3 保護(hù)電路66
• 3.6.4 電壓基準(zhǔn)電路66-67
• 3.7 本章小結(jié)67-68
• 第四章 前級(jí)變換器仿真實(shí)驗(yàn)以及效率優(yōu)化68-76
• 4.1 仿真驗(yàn)證68-71
• 4.1.1 BDR變換器穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果68-70
• 4.1.2 BDR變換器動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果70
• 4.1.3 分流模塊動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果70-71
• 4.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證71-75
• 4.2.1 BDR變換器穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果72-74
• 4.2.2 BDR變換器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果74-75
• 4.2.3 BDR變換器效率測(cè)試75
• 4.3 本章小結(jié)75-76
• 第五章 總結(jié)與展望76-77
• 5.1 本文主要工作總結(jié)76
• 5.2 下一步工作展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 致謝80-81
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：659667