基于空间飞行器放电调节电路的建模与仿真

电源分系统是空间飞行器能够稳定运行的保障系统,航天器电源包括分流、充电和放电电路。当航天器进入地影期或者弱光区时需要蓄电池放电供母线负载,放电采用的是恒压放电模式,也是典型的DC/DC功率变换电路。针对用于放电调节电路的隔离推挽变换器进行状态空间平均法建模,并对防止磁偏的峰值电流控制方式进行小信号分析,有助于设计师缩短电路的调试周期。通过仿真结果分析,运用状态空间平均法建立的模型与实际模型的稳定性、快速性以及高频抗干扰性基本相符,对于控制器参数设计有着重大的指导意义。     

基于MPPT技术的电源控制器工程化研究

最大功率点跟踪(MPPT)技术是空间电源技术的一个重要分支,尤其适用于深空探测和低轨道大功率卫星的电推进平台。基于MPPT技术的电源控制器的工程化研究为MPPT技术的工程应用提供了重要的技术支撑。采用顺序开关分流最大功率调节器(S3RMPR)拓扑结构,通过设计合适的电路参数,实现了MPPT母线调压控制。MPPT控制算法采用扰动观察法,以嵌入式软件的形式内置于单片机中。采用Weinberg升压器实现了高稳定度的负载母线调节。对基于MPPT技术的电源控制器的方案选择、方案设计及实验和测试情况进行了阐述。研制的工程样机可满足深空探测、电推进平台等项目的应用需求。     

适用于分布式宇航电源系统的电源控制器研究

针对传统电源控制器(PCU)空间能量利用率低、工作域切换复杂,不利于分布式电源系统构建的问题,提出一种适用于分布式宇航电源系统的电源控制器及其功率调节技术,该技术可根据光照强度、载荷变化情况以及蓄电池放电深度等对系统工作模式进行判读和处理,保证电源控制器分时处于母线恒压控制、蓄电池恒流充电控制、蓄电池恒压充电控制和最大功率跟踪控制(MPPT)四种工作模式,实现宇航电源系统的功率调节和母线控制,并研制了两台500W实验样机,结合实验结果表明电源控制器在不同情况下输出母线稳定,为分布式宇航电源系统构建提供坚实的技术基础。     

峰值电流模式的蓄电池放电调节器稳定性分析

通过分析卫星上蓄电池放电调节器工作特点,选用Weinberg变换器作为其主功率级拓扑,给出了Weinberg变换器各工作模态的基本原理,从理论上分析了引入峰值电流控制模式的优点。为了分析蓄电池放电调节器稳定性,采用状态空间平均法建立了基于连续电感电流条件下的峰值电流模式的功率级和控制级的小信号模型,推导出电流内环和电压外环的环路增益,并给出补偿器设计方法。最终以一个600 W的蓄电池放电调节器为例,得到系统补偿前后的稳定性分析结果,通过负载突变实验验证了理论分析的正确性。     

高压宽输入Weinberg变换器控制及均流研究

针对100 V母线电压的电池-母线电源系统中电池放电稳压电路进行了设计,在对电池放电稳压电路工作原理分析的基础上,选用Weinberg电路作为基本拓扑。为了满足电池放电稳压电路宽输入、高稳定性、良好的动态响应和大功率应用的需求,此处提出了带单零点单极点补偿网络的三角波控制和最大电流自动均流控制的双环控制策略,仿真结果通过波特图证明了控制回路及均流环的稳定性;最后给出了3 kW样机的实验结果,实验结果验证了理论分析的正确性。     

串联负载谐振式DBD型臭氧发生器电源

为解决DBD型臭氧发生器工频升压供电方案的效率低、设备体积庞大和对电网注入大量谐波的问题,采用串联负载谐振式供电电源的方案,通过结合电源开关器件的通断和DBD负载放电与不放电状态,详细分析了工作在完全谐振状态下的串联负载谐振式DBD电路,得出了整个电路在完全谐振状态下的各个工作模态;基于模态分析推导了一系列等式。由推导和分析得出了电路谐振时臭氧发生器承受的最高电压、每个周期的放电功率、与串接的补偿电感无关的特性、DBD负载放电功率、DBD负载参数的调节特性;最后给出了较为实用的工程设计公式。这些研究可供合理设计串联负载谐振式DBD型臭氧发生器的供电电源及分析不同控制方式下DBD电路的工作模态参考。     

移相控制下DBD型臭氧发生器供电电源的设计

针对开环控制下的介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,简称DBD)型臭氧发生器的供电电源易出现不稳定状况,设计了一套采用电压闭环和移相控制的全桥串联负载谐振式逆变器供电的臭氧发生器供电电源系统。详细介绍了臭氧发生电源系统的结构、逆变电路控制方式、功率调节控制策略以及驱动电路的设计过程。实验结果表明,所设计的供电电源能解决臭氧发生器过压、电源系统易受外界干扰波动等问题,同时还具有功率调节便利和逆变电路电流接近正弦波等优点,具有良好的工程应用价值。     

介质阻挡放电负载调功原理分析

利用电路谐振产生高频高幅值的正弦波电压的介质阻挡放电电源,通过调整电源的逆变电路的直流输入电压,同时逆变电路开关频率跟踪电路谐振频率,可以实现介质阻挡放电负载功率的近似线性调整。研究表明,随着逆变器直流输入电压的增加,负载放电电流逐渐增大,负载功率逐渐接近于给定直流电压下的电源输出的最大功率,负载功率因数逐渐增大,逆变器输出因数逐渐接近于1,电源效率逐渐增加。     

小卫星用高可靠太阳电池阵功率调节技术

目前,卫星太阳电池阵功率调节技术主要使用由上世纪70年代美国学者提出的S³R型顺序开关分流调节技术,该电路成熟、适用范围广。这里介绍一种新型功率调节技术,通过充分利用蓄电池等效电容模型的特点,以一种大滞回的控制方式,使阳照区卫星电源系统工作在蓄电池浅充、放电循环的状态,不使用高频开关控制方式,极大地改善了电路的电磁干扰(EMI)特性。在保证能源需求及母线品质的前提下,相对于原S³R电路,减少了硬件资源,完全舍去母线滤波电容阵,实现太阳电池阵功率调节技术的深度优化,对于小型卫星或电磁兼容性(EMC)敏感载荷卫星有极佳的适用性。     

移相控制串联谐振式臭氧发生器电源分析

对工作在一种移相控制下的串联负载谐振式全桥逆变器供电的介质阻挡放电(DBD)型臭氧发生器的供电电源进行详细的分析，通过结合逆变桥中开关器件的通断状况和DBD电路的放电、未放电状态，得出了DBD电路的供电电源在移相控制下的2种不同点火状况及其在不同点火状况下的电路工作模态。在模态分析的基础上，推导供电电源的工作频率、DBD电路承受的峰值电压、逆变电路输出电流峰值和电路放电功率的显性表达式，并通过这些公式对这4个主要参数的调节特性进行分析。最后给出理论计算和实验结果的对比分析，验证利用模态分析方法分析DBD电路的可行性以及理论推导的正确性。     

一种新型的单端正-反激式高压电源设计

提出了一种新型单端正-反激式高压电源的拓扑形式,它兼具了正激式电源和反激式电源的优点,电路简单,元件较少,无需添加铁心复磁电路,具有高电压增益和高效率.介绍了该电源的3种工作模式,分析了电源的工作原理,得出了电压增益公式和电源变压器的设计方法.最后进行了电路仿真和实验,设计的实验电源功率为30W,输出电压为1.5kV,效率高达92%;实验结果符合仿真结果,证明该电路是一种很好的高压电源拓扑形式.     

100 V母线10 kW级电源控制装置发展初探

为了满足通信卫星的负载功率不断加大的需求,在电源系统设计上采用了高效太阳电池、高比能量蓄电池和高性能电源控制装置(PCU),同时为了降低电流传输损耗,引入了100 V高压母线体制.其中高压大功率电源控制装置是一次电源系统的核心设备,主要功能是完成太阳电池的功率调节和蓄电池的充放电控制.简述了"十五"期间国内100 V母线10 kW级电源控制装置发展概况,论述研制高压大功率电源控制装置的重点和难点.     

基于ZVS双管自激电路的等离子体电源设计

目前,等离子体激励电源通常以工频交流电作为供电输入,并且体积较大,与便携式等离子体发生装置不匹配,限制了等离子体技术的应用与推广。以此为研究背景,开展了便携式介质阻挡放电电源的设计与研究。该电源重量为200 g,体积为102 mm×57 mm×30 mm。电源主电路采用ZVS双管自激电路。通过电路仿真软件辅助设计主电路,并进行了实验测试。结果表明,当电源输入电压为3 ~12 V时,输出电压可达2 ~ 5 kV、输出频率可在20 ~ 30 kHz范围内变化,最大输出功率为60 W,功率重量比为300 W/kg,高于目前商品化高频高压等离子体电源。采用设计的电源能够成功激发沿面型介质阻挡放电（SDBD）等离子体发生器和悬浮电极介质阻挡放电（FE-DBD）柔性等离子体发生器产生冷等离子体,并对相关特性进行了实验研究,满足了大气压开放条件下空气介质阻挡放电工作电压2 ~ 20 kV、工作频率50 Hz ~ 1 MHz的要求,为介质阻挡放电电源的便携性提供了良好的技术支撑。     

一种双输入高增益DC-DC变换器

针对光伏发电系统输出电压低、供电稳定性差等问题,提出一种非隔离双输入高增益直流升压变换器,该变换器在2个BOOST变换器的基础上引入了开关电容电路,实现了高电压增益,且两输入源可以单独或同时向负载供电。分析该变换器的电路结构和工作原理,推导出了3种供电模式下变换器的电压增益表达式以及主要开关器件电压应力,给出了两路同时供电时输入电流之间的关系。最后,搭建了一台100W的实验样机,实验验证了该变换器具有电压增益高、开关器件电压应力低、控制简单、可以灵活供电等优点。     

一种用于恒流充电电源的保护系统的研制

在大功率恒流充电电源给高压脉冲电容器充电时,由于高压电容的放电回路电流是一个几十kA的振荡电流,该电流反馈到充电电源会导致充电系统损坏。为解决此问题,研制了一个保护系统,该系统由大、小电感和高压硅堆等组成,结构简单,能够有效隔离大电流反馈到充电电源。介绍了该保护系统的保护原理后设计了其结构、材料和尺寸,并推导了空芯螺线管电感值的计算公式;用ANSYS软件对空芯螺线管和实际制作的电感的磁力线分布进行了模拟,算出其磁阻,从而得到了实际电感的理论计算值,该计算值与RLC精密仪器测得的电感值很接近,从而验证了该计算公式的正确性。用Pspice软件对系统的保护效果进行模拟计算的结果表明,该保护电路的存在对主放电回路几乎没有影响;当反向脉冲电流过大时,首先损坏的是反向保护硅堆,从而保护了恒流充电电源。     

高压静电设备中倍压整流电路的工作状态分析

从电压、电荷、能量等各个角度详细分析了理想倍压整流电路中倍压电容上的电压关系。结果表明静电电源设备倍压整流电路正常工作下输出电压波动很小,但当除尘电场击穿放电时,其输出电流出现一浪涌,其幅值可超过正常电流的几十倍,引起高压除尘装置供电设备发生故障。     

电力系统中直流接地电阻检测的新原理

提出检测电力系统直流接地电阻的新原理-直流检测法。该方法利用一光控电子开关,分别将直流母线的正、负两极通过一限流电阻接地,从而分别将直流系统的总电压施加于直流系统的负、正极地地绝缘电阻（和限流电阻）上,产生一直流电流,检测该直流电流的数值,根据母线电压值和限流电阻值,可计算出直流系统正、负极对地绝缘电阻值。同时,在每一个供电支路上,分别设置一个霍耳电流传感器,让所有支路的正、负两根供电线缆都同时穿过位于该支路的霍耳传感器的原边检测孔,和光控开关配合,通过这些霍耳传感器的输出可检测出接地故障所在支路,再用一个钳型霍耳传感器,可进一步查找到接地故障点的具体位置,和现在普遍采用的交流检测法相比,该方法对直流系统无任何不良影响,不受系统分布电容影响,检测的精度和灵敏度高;无需交流信号发生装置, 显著降低了产品成本。     

介质阻挡放电型臭氧发生器等效电路研究

对正弦波电流供电的介质阻挡放电(BDB)型臭氧发生器的工作特性进行了详细地分析，对发生器放电气隙电压进行了傅里叶级数分解，给出了气隙电压的基波分量描述，提出一种新的DBD型臭氧发生器基波等效电路，并定义了BDB型臭氧发生器的几个特性参数。对正弦波电流供电DBD型臭氧发生器的电气特性进行了深入研究。给出了利用DBD型臭氧发生器的基波等效电路和电气特性设计电源的过程和实验结果。理论分析和实验结果证明了提出的DBD臭氧发生器基波等效电路的正确性和用基波等效电路电气特性设计供电电源的可行性。     

宽输入范围高动态响应放电调节器的研究

针对100V母线电压的电源控制器的放电调节器进行了设计,为了满足放电调节电路宽输入范围、高动态响应的要求,进行了基于精确小信号模型的电压电流双闭环控制环路的设计。通过波特图验证控制回路的稳定性,用仿真验证设计的合理性,最后给出了1.8kW样机的实验结果,验证了理论分析的正确性。     

变电站用蓄电池在线有源逆变核容放电研究

利用在线方式控制阀控式密封铅酸蓄电池进行核容放电,蓄电池始终不脱离直流母线,无需后备电池。当母线电压正常,蓄电池直流电经有源逆变放电单元回馈至电网,实现节能环保;当母线电压过低或交流电停电,在线控制器控制蓄电池立即向母线供电,实现母线供电的无缝投切。能通过变电站计算机管理系统,在远方控制核容放电,实现蓄电池管理无人值守。