应用于航天器电源系统的多路输出变换器研究

作     者：杨利亚 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张东来

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：多路输出 交叉调节 精确稳压 副边控制 

摘      要：多路输出变换器因其体积小、成本低等优点,广泛应用于航天器电源等需要多个电压等级的多电系统中。当负载设备对电源供电质量要求较高时,传统的基于半控法的多路输出调节方法难以保证各路输出都具有良好的稳态和动态性能,而基于全控法的多路输出调节方法存在着应用场合有限和控制复杂的缺点。基于此,本文对应用于航天器电源系统的多路输出变换器进行了研究。通过考虑副边寄生参数,建立了基于变压器交叉调节的半桥多路输出变换器的精确模型,从时域的角度得出了各路输出的电压精确表达式,总结出系统各路输出电压的影响因素和交叉调整率的变化规律,从频域的角度分析了闭环交叉调节方法对多路输出系统交叉阻抗和抗输入电源扰动的影响。在总结和分析交叉调节多路输出半桥变换器各路输出电压耦合原因的基础上,提出了一种基于变压器副边控制的新型多路输出变换器拓扑,该变换器原边开关管以固定占空比方式运行,而副边各路输出独立控制,大大减小了各路输出之间相互耦合的程度,同时利用变压器原边漏感的能量实现原边开关管的软开关,在保证各路输出精确稳压的前提下,提高了变换器的效率。通过分析新型多路输出变换器不同阶段的工作状态,推导出输出电压增益表达式,理论证明了各路输出实现精确稳压的可行性。利用状态空间平均法完成了系统的小信号分析,采用III型补偿网络完成了系统闭环网络的设计,从而提高了系统的稳态和动态性能。同时通过SIMPLIS软件完成了系统的频域仿真分析,仿真结果证明了补偿网络设计的正确性。基于理论分析和参数计算的结果,搭建了一台两路输出变换器的SIMPLIS仿真模型和实验样机,稳态结果表明了各路输出电压能够独立控制,输出电压和电感电流均能满足设计指标,原边开关管能够实现零电压开通。动态结果验证了系统能够快速响应输入电源和负载的变化,具有良好的抗干扰性能。