【摘要】：面向未來的低軌移動通信衛(wèi)星等空間應用,傳統(tǒng)方案難以滿足衛(wèi)星對于電源供電系統(tǒng)的需求,高頻諧振功率變換技術以及高帶寬線性功率單元技術等非開關型的功率變換技術將極大改善現(xiàn)有供電方式中多種不足。如采用無線電能傳輸技術替代傳統(tǒng)機械滑環(huán),可實現(xiàn)太陽能帆板一次側(cè)電能供給,然后通過高頻交流母線技術構(gòu)建衛(wèi)星供電體系,再而基于高精度高動態(tài)響應電流源和高效率快速跟蹤電源技術,可滿足未來空間衛(wèi)星載荷對于電源的高精度和高動態(tài)響應的需求。本文基于空間衛(wèi)星電能供給,圍繞一次電源轉(zhuǎn)換和二次電源需求,將研究單開關諧振變換器實現(xiàn)高頻交流供電及其與磁耦合諧振無線電能傳輸技術的結(jié)合,同時將研究高帶寬線性功率單元的三端口模型及其與多電平輔助供電技術的結(jié)合,以此滿足低軌移動衛(wèi)星電源供電系統(tǒng)中的復雜需求。針對交流供電系統(tǒng)的高頻化和可靠性需求,可采用單開關諧振功率變換技術。進一步針對傳統(tǒng)單開關諧振變換器設計缺陷,改進了參數(shù)配制方法,旨在使拓撲處于準最優(yōu)工作狀態(tài);并用串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡實現(xiàn)全輕載范圍內(nèi)的開關管零電壓通斷(ZVS)和低負載調(diào)整率;同時采用E/F_2類諧振變換器替代E類諧振變換器,通過消除二次諧波的方式降低開關管應力并解決變壓器磁偏置問題。上述改進可實現(xiàn)高頻交流供電,滿足低交叉調(diào)整率的多路輸出高頻交流母線和高電壓低紋波屏柵電源等需求。針對于太陽能帆板的無線電能傳輸中,不同結(jié)構(gòu)和相對位置條件所帶來的耦合系數(shù)差異,選取不同磁耦合諧振網(wǎng)絡以實現(xiàn)高效率并兼顧負載調(diào)整率,進一步結(jié)合高頻單開關諧振功率變換技術實現(xiàn)無線功率傳輸。發(fā)射端采用串聯(lián)諧振前提下,接收端非諧振的SN諧振網(wǎng)絡可構(gòu)建E/F_2類LLC變換器,適合于高耦合系數(shù)系統(tǒng)且有低負載調(diào)整率;接收端并聯(lián)諧振的SP諧振網(wǎng)絡可構(gòu)建E/F_2類LC-LC諧振變換器,適合于中低耦合系數(shù)系統(tǒng)且有低負載調(diào)整率;接收端串聯(lián)諧振的SS諧振網(wǎng)絡,可構(gòu)建E-E結(jié)構(gòu)諧振變換器同時采用接收端同步整流技術,實現(xiàn)低耦合系數(shù)下盡量高的傳輸效率。針對衛(wèi)星供電系統(tǒng)中的高帶寬線性功率單元應用,如高動態(tài)響應電流源和快速跟蹤電源,提出了高頻三端口網(wǎng)絡模型,其包括寄生參數(shù)、有限增益帶寬積、源及負載效應等因素的影響,并據(jù)此分析了端口間的多種交叉影響。針對衛(wèi)星電推進系統(tǒng)的大功率高精度高速勵磁電流源需求,以高頻三端口模型為基礎,提出全差分雙運放結(jié)構(gòu)的電流源解決了動態(tài)響應、穩(wěn)定性和精度之間的矛盾并減少了大功率多路并聯(lián)情況下參考電位波動帶來的干擾。針對通信衛(wèi)星中射頻功放效率提升對快速跟蹤電源產(chǎn)生的需求,采用高頻多電平開關線性混合型快速跟蹤電源拓撲。進一步提升了快速跟蹤電源拓撲的跟蹤性能,具體實現(xiàn)包括:分離功能模塊實現(xiàn)電壓擴展;并采用二階阻尼濾波電路,抑制多電平開關的高次諧波在快速跟蹤電源輸出部分引起的高頻尖峰;同時改進了延遲時間的量化測試方法,采用同步濾波器匹配多電平和線性功率單元之間的延遲差異。對快速跟蹤電源在多種波形情況下進行了時域和頻域測試,證實其對峰值平均值之比較高的信號效率提升效果顯著。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM724

【參考文獻】

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本文編號：2692874