航天器一体化电源的三端口DC/DC变换器研究

摘要

电源系统作为航天器的核心部分，一直追求高集成度和高可靠性，这便对电源控制器的架构和采用的控制方式提出了要求，一体化电源控制器应运而生。研究基于航天器一体化电源的三端口DC/DC变换器，有利于进一步减小航天电源的体积和重量，达到更高的功率密度。
　　本文综合考虑变换器效率和易扩展性，讨论了五种两端口升、降压变换器，在两端口变换器基础上叠加双向Buck电路，得到了本文研究的三端口DC/DC变换器。为了对三端口DC/DC变换器进行稳定性分析，利用平均元件模型法对变换器的升压模式和降压模式进行了小信号建模。
　　同时，为了实现最大功率点的可靠跟踪，本文讨论了不同控制电路状态下的跟踪方案，通过对比分析，确定了最优的控制方案。为了使系统有良好的动态特性和充足的相角裕度，以及实现MPPT（Maximum Power PointTracker）模式和非MPPT模式的平滑切换，采用了双闭环控制策略，并在合适的位置加入间接型MPPT控制方案。通过仿真实验证明，采用该方案可以使系统具有好的动态响应和满意的相角裕度。
　　本文针对该拓扑提出了利用磁耦合技术提高集成度的改进设计，对变换器模块内部进行了电感耦合设计，对模块间的电感提出了移相控制的设计方案。不仅减轻了电源控制器的重量，提高了功率密度，并且能实现母线电压、电池电流的零纹波输出，使电池寿命得到提高。另外，本文提出了基于FPGA的数字控制系统设计方案。
　　通过实验，三端口DC/DC变换器作为航天器一体化电源，能够完成在阳光区和地影区输出稳定母线电压的任务，并且能够平滑、稳定的完成MPPT模式和非MPPT模式的切换，验证了控制策略的合理性和可行性，整体系统稳定性好，响应速度较快。

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第1章绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究与应用现状

1.3本文的主要研究内容

第2章三端口DC/DC变换器拓扑结构的研究

2.1引言

2.2 三端口变换器拓扑工作原理的分析

2.3 三端口DC/DC变换器主拓扑小信号建模

2.4 本章小结

第3章三端口DC/DC变换器控制策略的研究

3.1引言

3.2 三端口DC/DC变换器控制方式研究

3.3三端口变换器双闭环控制的小信号分析

3.4 本章小结

第4章三端口变换器的改进设计

4.1 引言

4.2 利用磁耦合技术的实现高集成

4.3 基于FPGA的数字控制

4.4 本章小结

第5章仿真分析与实验结果

5.1 引言

5.2开环仿真分析

5.3 双闭环小信号建模Matlab仿真

5.4 硬件实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢