[發明專利]適用于航天器的高增益非隔離三端口變換器及控制方法

在審

• 申請號: 201911366754.8
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111064362A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 張曉峰;張東來;谷雨;馬亮;雷英俊;齊賢斌
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部;哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02J7/00;H02J7/35
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡吉科

本發明提供一種適用于航天器的高增益非隔離三端口變換器及控制方法，屬于航天器電源控制技術領域。本發明變壓器包括與光伏電源輸出端相連的光伏接口、與電池相連的電池接口、及連接負載的負載接口，還包括濾波模塊、耦合電感、開關模塊和電壓應力降低模塊，其中，所述光伏接口的輸出端與濾波模塊的輸入端相連，所述濾波模塊的輸出端與耦合電感的輸入端相連，所述電源接口設置在所述耦合電感其中兩個繞組之間，所述電壓應力降低模塊設置在所述耦合電感輸出端，所述負載接口設置在所述電壓應力降低模塊的輸出端，所述開關模塊用于通過同一個主電路控制光伏電源、電池的工作模式。本發明具有高功率密度，高效率，設計調節靈活的優勢。

技術領域

本發明涉及航天器電源控制技術領域，尤其涉及一種適用于航天器的高增益非隔離三端口變換器，還涉及一種基于所述適用于航天器的高增益非隔離三端口變換器的控制方法。

背景技術

當前航天器電源系統全調節母線系統采用太陽電池陣功率控制、蓄電池放電控制、蓄電池充電控制三個部分，每部分都有獨立的功率主電路和相應的控制電路，功率密度較低，集成度差。

航天器電源系統的發展迫切需要大幅提高電源控制設備功率密度與變換效率。航天器電源的功率變換器可抽象為多輸入(多源)、多儲能裝置及多輸出功率系統中的拓撲、控制、能量管理和調度問題，而多端口或三端口功率變換器是解決該問題的有效方法。三端口變換器只需一個變換器即可實現輸入端口，電池端口和負載端口的連接和控制，具有提高系統功率密度、減小系統體積、提高效率的優點。

發明內容

為解決現有技術中的問題，本發明提供一種適用于航天器的高增益非隔離三端口變換器及控制方法。

本發明適用于航天器的高增益非隔離三端口變換器包括與光伏電源輸出端相連的光伏接口、與電池相連的電池接口、及連接負載的負載接口，還包括濾波模塊、2個以上繞組耦合而成的耦合電感、開關模塊和電壓應力降低模塊，其中，所述光伏接口的輸出端與濾波模塊的輸入端相連，所述濾波模塊的輸出端與耦合電感的輸入端相連，所述電源接口設置在所述耦合電感其中兩個繞組之間，所述電壓應力降低模塊設置在所述耦合電感輸出端，所述負載接口設置在所述電壓應力降低模塊的輸出端，所述開關模塊用于通過同一個主電路控制光伏電源、電池的工作模式。

本發明作進一步改進，所述工作模式包括光伏端單獨對負載端供電工作模式、電池端單獨對負載端供電模式、光伏端對負載端和電池端供電工作模式、光伏端和電池端對負載端供電工作模式。

本發明作進一步改進，所述開關模塊包括開關管S1、S2、S3，其中，所述開關管S1的漏極分別與開關管S2的源極和耦合電感的輸出端相連，所述開關管S2的源極分別與電池端口負極和光伏端口負極相連，所述電池端口正極通過開關管S3與耦合電感其中兩個繞組之間相連，其中，所述電池端口分別與開關管S2的漏極和開關管S3的源極相連，所述開關管S1、S2、S3的柵極分別接控制器的控制引腳。

本發明作進一步改進，所述耦合電感包括兩個串聯的繞組L1和L2，其中，所述繞組L1的同名端與濾波模塊的輸出端相連，所述繞組L1的非同名端分別與繞組L2的同名端和開關管S3的漏極相連，所述繞組L2的非同名端輸出。

本發明作進一步改進，所述濾波模塊包括二極管D1和電容C1，所述電容C1的兩端分別于光伏接口的正負極相連，所述二極管D1的正極分別與光伏端口V_in正極和電容C1的一端相連，所述二極管D1的負極與耦合電感的輸入端相連。

本發明作進一步改進，所述電壓應力降低模塊包括電容C3、C4、C5和二極管D2、D3、D4，其中，所述二極管D2、D3、D4依次串接后，正極與耦合電感輸出端相連，負極與電容C4的一端相連，