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文檔簡介
1、航天器DC-DC模塊屬于高端電源,與民用產(chǎn)品相比,除了更嚴格的可靠性指標以外,目前迫切需要擺脫傳統(tǒng)的定制電源開發(fā)模式,為用戶建立步驟化的設(shè)計平臺,降低設(shè)計的重復性和縮短研發(fā)周期。研制多路精確穩(wěn)壓輸出的數(shù)字電源是面向這一挑戰(zhàn)的關(guān)鍵解決途徑,其核心技術(shù)是開發(fā)數(shù)字控制器。數(shù)字電源不僅可根據(jù)用戶需求靈活調(diào)節(jié)輸出電壓,而且可避免因模擬器件老化、參數(shù)漂移帶來環(huán)路不穩(wěn)定的問題。目前,國外主流IC公司已相繼研制出各具特色的數(shù)字電源,而國內(nèi)對數(shù)字電源的研
2、發(fā)大多集中于DSP和國外數(shù)字IC平臺的工程實踐,對專用數(shù)字集成控制芯片的研制與國際水平仍有較大差距。
本文的研究目標是研制一款專用的數(shù)字電源控制器芯片,開發(fā)適用于航天器的多路精確穩(wěn)壓數(shù)字DC-DC模塊,并對DC-DC模塊的拓撲結(jié)構(gòu)與效率優(yōu)化、建模方法和分布式供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性等問題進行深入研究。本文的技術(shù)路線是在FPGA平臺上對數(shù)字控制器的算法和功能進行測試驗證,并將其流片為一款具有抗輻照加固的專用芯片,并依此研制一款高性能的數(shù)
3、字DC-DC變換器。
本文首先設(shè)計基于中間母線結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器和多路PWM輸出的數(shù)字控制器,分析多路精確穩(wěn)壓DC-DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)、控制方式和反饋環(huán)節(jié)的實現(xiàn)方案,為后續(xù)研究建立試驗驗證平臺。
針對航天電源原副邊完全隔離的設(shè)計需求和應(yīng)用環(huán)境的限制,提出基于中間母線數(shù)字DC-DC變換器的設(shè)計方法。采用原邊開環(huán)控制、副邊每路獨立調(diào)節(jié)的設(shè)計方案實現(xiàn)多路精確穩(wěn)壓輸出,并對中間母線電壓和變壓器進行優(yōu)化設(shè)計,提高DC-D
4、C模塊的轉(zhuǎn)換效率。
為了實現(xiàn)高精度控制,在不增加控制器內(nèi)核頻率的條件下,采用“比較器-計數(shù)器與數(shù)字抖動相結(jié)合”的混合數(shù)字脈寬調(diào)制方法減小輸出電壓紋波中的低頻極限環(huán)噪聲,提高輸出電壓的調(diào)節(jié)精度,并對極限環(huán)振蕩的產(chǎn)生原因、改進方法和數(shù)字抖動的設(shè)計原則進行深入研究。
采用能量因數(shù)(Energy Factor, EF)法建立Buck、Boost、Buck/Boost三種變換器的實際電壓傳輸模型,研究 DC-DC變換器的轉(zhuǎn)換效
5、率、阻尼時間常數(shù)與 EF的關(guān)系,分析輸出電壓的動態(tài)響應(yīng)特性與阻尼時間常數(shù)的關(guān)系,提出利用EF模型分析DC-DC模塊性能的方法,為數(shù)字電源的步驟化參數(shù)設(shè)計提供理論依據(jù)。
通過研究單級同步Buck變換器的閉環(huán)輸出阻抗特性,提出級聯(lián)式直流分布式電源中源變換器輸出阻抗的優(yōu)化設(shè)計方法。分析源變換器輸出阻抗與輸入電壓、輸出功率的關(guān)系以及中間母線濾波器對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能的影響,給出輸出濾波電容的設(shè)計原則;并采用注入電壓源擾動測量阻抗比的
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