双向高效率DC-DC变换器的研究

航天器电源系统的性能是决定航天器任务成败的重要因素之一。在广泛使用的太阳能阵列―蓄电池组电源系统中,采用双向DC-DC变换器以取代传统独立的蓄电池充、放电模块可以有效的提高电源系统的功率密度。本课题拟设计一种双向DC-DC变换器及其合适的控制方案,在实际应用过程中,可满足大功率全调节母线电源系统的工作要求。 本文详细研究了双向DC-DC变换器的工作特点,最终选择带有耦合电感和阻尼网络的双向Boost拓扑结构以及电流内环、电压外环的PWM电导控制,在保证母线低电压纹波指标的前提下提高了变换器的功率等级,降低了变换器的体积、重量和成本。在分析双向耦合电感Boost变换器的工作状态后,确定了主功率拓扑的参数值;针对控制需要设计了前馈三角波发生器以及双向电流采样电路;为保证变换器在双向工作下具有较高的稳定性和动态响应特性,计算并验证了变换器补偿网络参数。经过仿真分析,验证了变换器在所选参数下的工作状态及参数指标,并估算了变换器的损耗。针对负载突变等状态对双向DC-DC变换器分别作为蓄电池充、放电调节器时的动态响应及稳态性能进行测试。进行了不同功率下的变换器并联实验,并测试了变换器运行在各种状态下电源系统的工作效率。 本课题所做仿真分析和实际电路实验均验证了在太阳能阵列―蓄电池组电源系统中使用双向DC-DC变换器的可行性,在变换器双向能量流动和负载突变条件下,整个电源系统的工作状态稳定,性能良好。