宇航激光器用二次供电电源升压研究

作     者：李哲 

作者单位：北方工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张晓强;张文学

授予年度：2024年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：宇航二次电源 谐振变换器 二次侧谐振 软开关 

摘      要：随着宇航空间电源系统技术的不断发展,与之对应的宇航用激光器的功率也在不断地提高,科幻题材电影中所出现的激光武器也逐步开始现实化,越来越多的国家都已经在经过不断测试之后得到应用。本课题根据项目给定的技术需求,对宇航激光器用二次供电电源进行升压研究,具体的研究内容如下所示: 宇航激光电源供电系统主要包括一次电源系统和二次电源系统,由于一次电源系统受到了空间环境、温度等各种不利因素的影响,故因此宇航激光电源供电系统在向用电设备供电时必须要进行升压变换(二次转换),考虑到其可靠性、体积、重量、性能等方面,采用传统的硬开关变换方式已经满足不了需求,通过分析多种电路结构,最终采用二次侧谐振LLC变换器作为主拓扑结构,分析该变换器的工作原理和工作特性等优势,设计系统软硬件和各个电源模块能够达到指标要求,并且可以长期稳定正常工作。 为了减小谐振电感和激磁电感的电流应力,减小功率器件引起的损耗,提出了二次侧谐振LLC变换器拓扑结构,将谐振电感、谐振电容、激磁电感置于高频变压器的二次侧,将原来一次侧的低压大电流变为二次侧的高压小电流,对该电路结构进行模态分析。 最后搭建了谐振变换器的硬件实验平台,设计了额定功率为3KW、一级输入直流母线100V、输出稳定电压600V以及效率接近97%的二次侧谐振LLC变换器实验样机。根据宇航激光电源的设计需求,对谐振变换器的参数进行分析,对二次侧谐振LLC变换器进行理论建模分析,采用PI调节控制方式分析出最佳工作模态。对主功率电路、驱动电路、控制电路、反馈电路、辅助电源电路进行设计,通过PSIM仿真软件搭建变换器的仿真模型,根据仿真出的实验波形与实验波形对比,验证所设计的宇航激光电源系统具有合理性和可行性。