一種空間用交錯(cuò)并聯(lián)雙向直流斬波電路拓?fù)涞闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間用交錯(cuò)并聯(lián)雙向直流斬波電路拓?fù)洹?br>【背景技術(shù)】
[0002]為了保證各種衛(wèi)星、空間站、太空探測器等航天器長時(shí)間在太空中正常工作，世界上90%以上的航天器采用的是太陽能電池陣-蓄電池組電源系統(tǒng)。而航天器的發(fā)射成本一直處于較高的水平，減小航天器的質(zhì)量可以在很大程度上減少發(fā)射成本。電源系統(tǒng)的質(zhì)量占航天器總質(zhì)量很大一部分，因此較小電源系統(tǒng)的質(zhì)量對減少航天器發(fā)射成本起著關(guān)鍵作用。
[0003]航天器電源系統(tǒng)是航天器上產(chǎn)生、儲(chǔ)存、變換、調(diào)節(jié)和分配電能的航天器分系統(tǒng)。航天器電源系統(tǒng)一般分別三個(gè)部分:分流調(diào)節(jié)器、放電調(diào)節(jié)器和充電調(diào)節(jié)器。其中放電調(diào)節(jié)器的作用是當(dāng)航天器在陰影區(qū)時(shí)，調(diào)節(jié)航天器儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的放電和調(diào)節(jié)母線電壓，充電調(diào)節(jié)器則是當(dāng)航天器在陽光區(qū)時(shí)，完成航天器儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的充電。因此不斷的提高航天器蓄電池充放電變換器的性能很有研究意義。已有文獻(xiàn)及研究表明，雙向變換器較單向變換器在體積、功率密度、重量等方面更有優(yōu)勢，因此雙向直流變換器的研究就變得很有意義。
[0004]衛(wèi)星的發(fā)射成本很高，因此在選擇合適的高功率密度放電拓?fù)鋾r(shí)必須考慮這種拓?fù)涫欠衲軌虮ＷC很高的平均無故障時(shí)間，有兩條基本的原則可以參照:所有的元器件都必須只有較小的溫升；整個(gè)變換器拓?fù)涞碾娐芬M量簡單。
[0005]隨著航天應(yīng)用的迅速發(fā)展，航天器上電源功率和電壓等級(jí)需求不斷增大，受制于目前半導(dǎo)體發(fā)展限制，需要研究直流斬波電路串并聯(lián)運(yùn)行工作。為增大直流斬波電路功率，目前通常采用電子開關(guān)直接并聯(lián)和直流斬波電路拓?fù)洳⒙?lián)運(yùn)行兩種方式，但是電子開關(guān)直接并聯(lián)方式，對驅(qū)動(dòng)電路一致性要求較高，并聯(lián)的電子開關(guān)越多，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)均流就越困難，同時(shí)電子開關(guān)并聯(lián)對母排對稱性要求也較高。直流斬波電路拓?fù)洳⒙?lián)方式需要實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流均分，存在多個(gè)直流斬波電路電流采樣時(shí)滯差問題，這將導(dǎo)致多個(gè)直流斬波電路拓?fù)洳⒙?lián)均流困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種空間用的交錯(cuò)并聯(lián)雙向直流斬波電路拓?fù)?。本發(fā)明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡潔，能量可以雙向流動(dòng)，控制方式簡單，功率密度高，紋波電流小，較容易實(shí)現(xiàn)均流，較容易實(shí)現(xiàn)直流斬波電路大功率運(yùn)行。
[0007]本發(fā)明雙向直流斬波電路拓?fù)溆幸韵滤姆N結(jié)構(gòu):
[0008]1、方案一:所述的交錯(cuò)并聯(lián)雙向直流斬波電路由第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一儲(chǔ)能電感、第二儲(chǔ)能電感、第三儲(chǔ)能電感、第四儲(chǔ)能電感、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)、第三電子開關(guān)和第四電子開關(guān)組成；第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)、第三電子開關(guān)和第四電子開關(guān)是可控開通和關(guān)斷的快速半導(dǎo)體器件；第一電容的第一引出端子、第一電子開關(guān)的第一引出端子、第二電子開關(guān)的第一引出端子、第三電子開關(guān)的第一引出端子、第四電子開關(guān)的第一引出端子、第一二極管的第一引出端子、第二二極管的第一引出端子、第三二極管的第二引出端子和第四二極管的第二引出端子在第一連接點(diǎn)連接，第三二極管的第一引出端子、第三電子開關(guān)的第二引出端子、第二電容的第一引出端子和第三儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第二連接點(diǎn)連接，第四二極管的第一引出端子、第四電子開關(guān)的第二引出端子、第三電容的第一引出端子和第一儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第三連接點(diǎn)連接，第三儲(chǔ)能電感的第二引出端子、第一儲(chǔ)能電感的第二引出端子、第四電容的第一引出端子在第四連接點(diǎn)連接，第一電子開關(guān)的第二引出端子、第一二極管的第二引出端子、第二電容的第二引出端子和第四儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第五連接點(diǎn)連接，第二電子開關(guān)的第二引出端子、第二二極管的第二引出端子、第三電容的第二引出端子和第二儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第六連接點(diǎn)連接，第一電容的第二引出端子、第四電容的第二引出端子、第四儲(chǔ)能電感的第二引出端子和第二儲(chǔ)能電感的第二引出端子在第七連接點(diǎn)連接。
[0009]2、方案二:所述的交錯(cuò)并聯(lián)雙向直流斬波電路拓?fù)溆傻谝浑娙荨⒌诙娙荨⒌谌娙?、第四電容、第一?chǔ)能電感、第二儲(chǔ)能電感、第三儲(chǔ)能電感、第四儲(chǔ)能電感、第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)、第三電子開關(guān)和第四電子開關(guān)組成；第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)、第三電子開關(guān)和第四電子開關(guān)是可控開通和關(guān)斷的快速半導(dǎo)體器件；第一電容的第一引出端子、第一電子開關(guān)的第一引出端子、第二電子開關(guān)的第一引出端子、第三電子開關(guān)的第一引出端子、第四電子開關(guān)的第一引出端子在第一連接點(diǎn)連接，第三電子開關(guān)的第二引出端子、第二電容的第一引出端子和第三儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第二連接點(diǎn)連接，第四電子開關(guān)的第二引出端子、第三電容的第一引出端子和第一儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第三連接點(diǎn)連接，第三儲(chǔ)能電感的第二引出端子、第一儲(chǔ)能電感的第二引出端子、第四電容的第一引出端子在第四連接點(diǎn)連接，第一電子開關(guān)的第二引出端子、第二電容的第二引出端子和第四儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第五連接點(diǎn)連接，第二電子開關(guān)的第二引出端子、第三電容的第二引出端子和第二儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第六連接點(diǎn)連接，第一電容的第二引出端子、第四電容的第二引出端子、第四儲(chǔ)能電感的第二引出端子和第二儲(chǔ)能電感的第二引出端子在第七連接點(diǎn)連接。
[0010]3、方案三:所述的交錯(cuò)并聯(lián)雙向直流斬波電路拓?fù)溆傻谝浑娙?、第二電容、第三電容、第四電容、第二?chǔ)能電感、第三儲(chǔ)能電感、第四儲(chǔ)能電感、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)、第三電子開關(guān)組成；第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)、第三電子開關(guān)是可控開通和關(guān)斷的快速半導(dǎo)體器件；第一電容的第一引出端子、第一電子開關(guān)的第一引出端子、第二電子開關(guān)的第一引出端子、第三電子開關(guān)的第一引出端子、第一二極管的第一引出端子、第二二極管的第一引出端子、第三二極管的第二引出端子在第一連接點(diǎn)連接，第三二極管的第一引出端子、第三電子開關(guān)的第二引出端子、第二電容的第一引出端子和第三儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第二連接點(diǎn)連接，第三電容的第一引出端子、第三儲(chǔ)能電感的第二引出端子、第四電容的第一引出端子在第四連接點(diǎn)連接，第一電子開關(guān)的第二引出端子、第一二極管的第二引出端子、第二電容的第二引出端子和第四儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第五連接點(diǎn)連接，第二電子開關(guān)的第二引出端子、第二二極管的第二引出端子、第三電容的第二引出端子和第二儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第六連接點(diǎn)連接，第一電容的第二引出端子、第四電容的第二引出端子、第四儲(chǔ)能電感的第二引出端子和第二儲(chǔ)能電感的第二引出端子在第七連接點(diǎn)連接。
[0011]4、方案四:所述的交錯(cuò)并聯(lián)雙向直流斬波電路拓?fù)溆傻谝浑娙?、第二電容、第三電容、第四電容、第η電容、第一?chǔ)能電感、第二儲(chǔ)能電感、第三儲(chǔ)能電感、第四儲(chǔ)能電感、第n2儲(chǔ)能電感、第nl儲(chǔ)能電感、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第nl 二極管、第n2 二極管、第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)、第三電子開關(guān)、第四電子開關(guān)、第nl電子開關(guān)和第n2電子開關(guān)組成；第一電容的第一引出端子、第一電子開關(guān)的第一引出端子、第二電子開關(guān)的第一引出端子、第三電子開關(guān)的第一引出端子、第四電子開關(guān)的第一引出端子、第一二極管的第一引出端子、第二二極管的第一引出端子、第三二極管的第二引出端子、第四二極管的第二引出端子、第nl 二極管的第一引出端子、第n2 二極管的第二引出端子在第一連接點(diǎn)連接，第三二極管的第一引出端子、第三電子開關(guān)的第二引出端子、第二電容的第一引出端子和第三儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第二連接點(diǎn)連接，第四二極管的第一引出端子、第四電子開關(guān)的第二引出端子、第三電容的第一引出端子和第一儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第三連接點(diǎn)連接，第n2 二極管的第一引出端子、第n2電子開關(guān)的第二引出端子、第η電容的第一引出端子和第η2儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第η連接點(diǎn)連接，第三儲(chǔ)能電感的第二引出端子、第一儲(chǔ)能電感的第二引出端子、第η2儲(chǔ)能電感的第二引出端子、第四電容的第一引出端子在第四連接點(diǎn)連接，第一電子開關(guān)的第二引出端子、第一二極管的第二引出端子、第二電容的第二引出端子和第四儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第五連接點(diǎn)連接，第二電子開關(guān)的第二引出端子、第二二極管的第二引出端子、第三電容的第二引出端子和第二儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第六連接點(diǎn)連接，第nl電子開關(guān)的第二引出端子、第nl二極管的第二引出端子、第η電容的第二引出端子和第nl儲(chǔ)能電感的第一引出端子在第nl連接點(diǎn)連接，第一電容的第二引出端子、第四電容的第二引出端子、第四儲(chǔ)能電感的第二引出端子、第二儲(chǔ)能電感的第二引出端子、第nl儲(chǔ)能電感的第二引出端子在第七連接點(diǎn)連接。其中n、nl和n2是大于2的正整數(shù)，第一連接點(diǎn)和第七連接點(diǎn)之間η個(gè)橋臂并聯(lián)，第一連接點(diǎn)和第四連接點(diǎn)之間η個(gè)橋臂并聯(lián)，兩個(gè)橋臂中間有η個(gè)電容連接。
[0012]上述四個(gè)方案中，第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一儲(chǔ)能電感、第二儲(chǔ)能電感、第三儲(chǔ)能電感、第四儲(chǔ)能電感、第三二極管、第四二極管、第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)組成升壓電路；控制系統(tǒng)的采樣電路采樣第二儲(chǔ)能電感和第四儲(chǔ)能電感上的電流信號(hào)之和作為內(nèi)環(huán)控制，采樣第四電容的電壓信號(hào)作為外環(huán)控制，通過控制器調(diào)節(jié)第一電子開關(guān)和第二電子開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間的長短，以及第一電子開關(guān)和第二電子開關(guān)均不導(dǎo)通時(shí)間的長短，實(shí)現(xiàn)線路電壓升壓，實(shí)現(xiàn)能量穩(wěn)定輸出，完成儲(chǔ)能電池系統(tǒng)對外部負(fù)載的放電，通過控制第一電子開關(guān)和第二電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間的長短、第一電子開關(guān)和第二電子開關(guān)不導(dǎo)通時(shí)間的長短，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)電壓不同幅度的升壓輸出。
[0013]第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一儲(chǔ)能電感、第二儲(chǔ)能電感、第三儲(chǔ)能電感、第四儲(chǔ)能電感、第一二極管、第二二極管、第三電子開關(guān)和第四電子開關(guān)組成降壓電路；控制系統(tǒng)的采樣電路采樣第一儲(chǔ)能電感和第三儲(chǔ)能電感的電流信號(hào)之和作為內(nèi)環(huán)控制，采樣第一電容的電壓信號(hào)作為外環(huán)控制，通過控制器調(diào)節(jié)第三電子開關(guān)和第四電子開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)