空間一次電源動態(tài)性能及功率密度提升和集成化拓撲研究.pdf

1、航天器一次電源向模塊化、通用性、大功率及高動態(tài)響應(yīng)等方向發(fā)展。目前在軌服務(wù)的航天器一次電源的各種性能指標大都不能滿足下一代航天器載荷的需求,主要體現(xiàn)在:1)不具有積木式模塊化安裝能力;2)無通用性、普適性的能力;3)母線多采用半控調(diào)節(jié)方式,不能滿足其脈沖載荷與母線穩(wěn)定性的需要;4)多為混合陣調(diào)節(jié)模式,已不符合模塊化及大功率調(diào)節(jié)的要求;5)按功能分為三種拓撲,無通用性集成化拓撲。下一代航天器一次電源的要求:高功率密度、高動態(tài)響應(yīng)能力、高壓

2、母線、大功率、具有集成化拓撲的模塊化設(shè)計及擴展能力強。本文將對這些問題開展研究:
　　針對三節(jié)砷化鎵材料太陽電池陣列輸出寄生電容帶來的開通電流過沖問題,采用延遲開通技術(shù)有效地減少了開通電流過沖。本文實現(xiàn)了全開關(guān)有序分流技術(shù)對輸出母線進行調(diào)整,有序串聯(lián)開關(guān)技術(shù)對蓄電池進行充電調(diào)節(jié),Boost電路進行蓄電池的放電調(diào)節(jié)。采用動態(tài)滯回區(qū)間設(shè)計的驅(qū)動有效地提高了分流模塊極限占空比無法實現(xiàn)的問題,解決了多模塊并機工作的雙邊調(diào)節(jié)現(xiàn)象。反饋相角提

3、升環(huán)節(jié)的設(shè)計能夠解決由延遲驅(qū)動帶來的母線動態(tài)性能變差問題。該航天器一次平臺的建立,為后續(xù)高動態(tài)響應(yīng)及高功率密度的研究提供了對比驗收平臺,也給出了提高各種指標的解決辦法。
　　為了實現(xiàn)航天器一次電源的通用性與普適性能力,本文對傳統(tǒng)的有序串聯(lián)開關(guān)充電電路的兩域控制進行了改進,使之具有太陽電池陣列最大功率充電的能力。此方案解決了有序串聯(lián)開關(guān)充電單元無法最大功率充電問題。具有最大功率充電能力的有序串聯(lián)開關(guān)也為低軌道衛(wèi)星的設(shè)計提供了解決辦法

4、。擾動觀察法的采樣步長優(yōu)化設(shè)計為實現(xiàn)最大功率跟蹤滿足高穩(wěn)態(tài)要求及快速動態(tài)能力的問題提供了解決手段。
　　為了滿足脈沖負載對母線動態(tài)性能要求,研究了針對脈沖負載動態(tài)性能提高的穩(wěn)態(tài) PI控制及動態(tài) PD控制的分離式主誤差運放設(shè)計方法,并分析了PD帶寬不影響穩(wěn)態(tài)PI調(diào)節(jié)的設(shè)計方法。基于此方法,采用前面建立的功率調(diào)節(jié)仿真平臺進行了傳統(tǒng)的PI與PID控制的對比分析。
　　在不改變現(xiàn)有一次電源電流型跨導控制模式的情況下,采用Sigma-

5、Delta調(diào)制驅(qū)動的方法減少了相同功率等級下的母線輸出濾波電容陣容量大小,從而相應(yīng)地提高了PCU的功率密度,同時提高了動態(tài)響應(yīng)能力。該設(shè)計的主要思想是針對相同開關(guān)損耗的情況下,提出采用Sigma-Delta調(diào)制驅(qū)動的相比于傳統(tǒng)的滯回方法具有一定的超頻能力,即相同損耗下采用Sigma-Delta技術(shù)的具有更高的開關(guān)頻率。理論分析了超頻常數(shù)的確定辦法,同時分析了采用該驅(qū)動技術(shù)對控制環(huán)路帶來的影響,并給出了相應(yīng)的解決辦法。
　　為了滿足