數(shù)字DC-DC變換器動態(tài)性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性提高方法研究.pdf

1、航天器中載荷設(shè)備的性能在不斷提高，對供電電源品質(zhì)的要求也越來越高。目前使用的模擬電源技術(shù)已不能很好地滿足其要求，主要表現(xiàn)在兩個方面：首先是傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無法滿足新型用電設(shè)備的需求。目前航天用DC-DC模塊多采用正激、反激或者推挽拓?fù)?，這些拓?fù)洳痪邆涠嗦肪_穩(wěn)壓輸出能力，也不適合低壓大電流應(yīng)用。它們的反饋方式為光耦反饋或磁反饋，光耦器件可靠性差，容易受環(huán)境干擾。磁反饋電路復(fù)雜，帶寬較低；其次，模擬電源控制芯片功能單一，不具備通訊、監(jiān)測和電

2、源管理功能，容易受環(huán)境影響產(chǎn)生參數(shù)漂移，造成不穩(wěn)定工作甚至損壞?？梢姡娫匆呀?jīng)成為制約航天器平臺發(fā)展的瓶頸。
　　本文研究目標(biāo)首先就是從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制器兩方面對現(xiàn)有的航天器 DC-DC電源技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使其滿足未來航天器系統(tǒng)發(fā)展的需求。本文采用具有中間母線的兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，前級采用開環(huán)工作的推挽拓?fù)洌蠹壊捎枚鄠€同步Buck拓?fù)鋵崿F(xiàn)多路精確穩(wěn)壓輸出。每路同步Buck在后級獨立閉環(huán)調(diào)節(jié)，避免了由隔離反饋器件帶來的問題，因此這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3、適合多路精確輸出，并且還具備低壓大電流輸出的能力。此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化、效率高，適用于大部分航天器中小功率電源。本文采用一款自主研發(fā)的數(shù)字電源控制芯片完成對此拓?fù)涞目刂?，以三路輸出電源為例研制了一款滿足航天器指標(biāo)要求的數(shù)字控制電源模塊，為后續(xù)研究提供了驗證平臺。
　　數(shù)字電源芯片通常都不具備大電流驅(qū)動能力，無法直接驅(qū)動功率開關(guān)。本文對傳統(tǒng)的變壓器隔離驅(qū)動電路進(jìn)行改進(jìn)，提高了驅(qū)動電路的響應(yīng)速度。此驅(qū)動電路解決了傳統(tǒng)變壓器驅(qū)動電路存在的缺陷

4、，在輸入PWM信號占空比快速變化時仍能進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤，為實現(xiàn)數(shù)字電源控制的準(zhǔn)確性和快速性提供保障。
　　研究了多相Buck拓?fù)鋮?shù)和相位數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法，建立了相位數(shù)和輸入輸出電流紋波的對應(yīng)關(guān)系?；诖朔椒?，采用數(shù)字電源芯片完成對多相Buck拓?fù)涞目刂?，并在穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能兩方面與傳統(tǒng)的單相Buck拓?fù)溥M(jìn)行對比。
　　為了提高數(shù)字DC-DC電源的動態(tài)響應(yīng)能力，在數(shù)字控制器的基礎(chǔ)上加入模擬補(bǔ)償電路構(gòu)成數(shù)模混合補(bǔ)償器，顯著提升了

5、電源系統(tǒng)控制環(huán)路的相角裕量，達(dá)到高階補(bǔ)償器的補(bǔ)償效果，滿足高速負(fù)載點電源的需求。
　　對阻抗負(fù)載下電源環(huán)路特性進(jìn)行預(yù)估，分析了大容量電容組的電容量和等效串聯(lián)電阻(ESR)對電源環(huán)路特性的影響，給出了量化的計算方法。在變換器輸出端并聯(lián)大容量電容組的情況下重新設(shè)計補(bǔ)償器使電源達(dá)到較好的性能。
　　采用理論分析和實驗結(jié)合的方法對 Buck型 DC-DC變換器輸出阻抗的小信號模型、影響因素及優(yōu)化設(shè)計方法進(jìn)行研究，為制定分布式電源系統(tǒng)