一種空間用交錯并聯雙向直流斬波電路拓撲的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種空間用交錯并聯雙向直流斬波電路拓撲。
【背景技術】
[0002]為了保證各種衛星、空間站、太空探測器等航天器長時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。而航天器的發射成本一直處于較高的水平，減小航天器的質量可以在很大程度上減少發射成本。電源系統的質量占航天器總質量很大一部分，因此較小電源系統的質量對減少航天器發射成本起著關鍵作用。
[0003]航天器電源系統是航天器上產生、儲存、變換、調節和分配電能的航天器分系統。航天器電源系統一般分別三個部分:分流調節器、放電調節器和充電調節器。其中放電調節器的作用是當航天器在陰影區時，調節航天器儲能電池系統的放電和調節母線電壓，充電調節器則是當航天器在陽光區時，完成航天器儲能電池系統的充電。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、重量等方面更有優勢，因此雙向直流變換器的研究就變得很有意義。
[0004]衛星的發射成本很高，因此在選擇合適的高功率密度放電拓撲時必須考慮這種拓撲是否能夠保證很高的平均無故障時間，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；整個變換器拓撲的電路要盡量簡單。
[0005]隨著航天應用的迅速發展，航天器上電源功率和電壓等級需求不斷增大，受制于目前半導體發展限制，需要研究直流斬波電路串并聯運行工作。為增大直流斬波電路功率，目前通常采用電子開關直接并聯和直流斬波電路拓撲并聯運行兩種方式，但是電子開關直接并聯方式，對驅動電路一致性要求較高，并聯的電子開關越多，實現并聯均流就越困難，同時電子開關并聯對母排對稱性要求也較高。直流斬波電路拓撲并聯方式需要實現負載電流均分，存在多個直流斬波電路電流采樣時滯差問題，這將導致多個直流斬波電路拓撲并聯均流困難。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是克服現有技術的不足，提出一種空間用的交錯并聯雙向直流斬波電路拓撲。本發明拓撲結構簡潔，能量可以雙向流動，控制方式簡單，功率密度高，紋波電流小，較容易實現均流，較容易實現直流斬波電路大功率運行。
[0007]本發明雙向直流斬波電路拓撲有以下四種結構:
[0008]1、方案一:所述的交錯并聯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、第一儲能電感、第二儲能電感、第三儲能電感、第四儲能電感、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、第二電子開關、第三電子開關和第四電子開關組成；第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關和第四電子開關是可控開通和關斷的快速半導體器件；第一電容的第一引出端子、第一電子開關的第一引出端子、第二電子開關的第一引出端子、第三電子開關的第一引出端子、第四電子開關的第一引出端子、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連接，第三二極管的第一引出端子、第三電子開關的第二引出端子、第二電容的第一引出端子和第三儲能電感的第一引出端子在第二連接點連接，第四二極管的第一引出端子、第四電子開關的第二引出端子、第三電容的第一引出端子和第一儲能電感的第一引出端子在第三連接點連接，第三儲能電感的第二引出端子、第一儲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連接，第一電子開關的第二引出端子、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能電感的第一引出端子在第五連接點連接，第二電子開關的第二引出端子、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能電感的第一引出端子在第六連接點連接，第一電容的第二引出端子、第四電容的第二引出端子、第四儲能電感的第二引出端子和第二儲能電感的第二引出端子在第七連接點連接。
[0009]2、方案二:所述的交錯并聯雙向直流斬波電路拓撲由第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一儲能電感、第二儲能電感、第三儲能電感、第四儲能電感、第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關和第四電子開關組成；第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關和第四電子開關是可控開通和關斷的快速半導體器件；第一電容的第一引出端子、第一電子開關的第一引出端子、第二電子開關的第一引出端子、第三電子開關的第一引出端子、第四電子開關的第一引出端子在第一連接點連接，第三電子開關的第二引出端子、第二電容的第一引出端子和第三儲能電感的第一引出端子在第二連接點連接，第四電子開關的第二引出端子、第三電容的第一引出端子和第一儲能電感的第一引出端子在第三連接點連接，第三儲能電感的第二引出端子、第一儲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連接，第一電子開關的第二引出端子、第二電容的第二引出端子和第四儲能電感的第一引出端子在第五連接點連接，第二電子開關的第二引出端子、第三電容的第二引出端子和第二儲能電感的第一引出端子在第六連接點連接，第一電容的第二引出端子、第四電容的第二引出端子、第四儲能電感的第二引出端子和第二儲能電感的第二引出端子在第七連接點連接。
[0010]3、方案三:所述的交錯并聯雙向直流斬波電路拓撲由第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第二儲能電感、第三儲能電感、第四儲能電感、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關組成；第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關是可控開通和關斷的快速半導體器件；第一電容的第一引出端子、第一電子開關的第一引出端子、第二電子開關的第一引出端子、第三電子開關的第一引出端子、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連接，第三二極管的第一引出端子、第三電子開關的第二引出端子、第二電容的第一引出端子和第三儲能電感的第一引出端子在第二連接點連接，第三電容的第一引出端子、第三儲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連接，第一電子開關的第二引出端子、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能電感的第一引出端子在第五連接點連接，第二電子開關的第二引出端子、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能電感的第一引出端子在第六連接點連接，第一電容的第二引出端子、第四電容的第二引出端子、第四儲能電感的第二引出端子和第二儲能電感的第二引出端子在第七連接點連接。
[0011]4、方案四:所述的交錯并聯雙向直流斬波電路拓撲由第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第η電容、第一儲能電感、第二儲能電感、第三儲能電感、第四儲能電感、第n2儲能電感、第nl儲能電感、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、第二電子開關、第三電子開關、第四電子開關、第nl電子開關和第n2電子開關組成；第一電容的第一引出端子、第一電子開關的第一引出端子、第二電子開關的第一引出端子、第三電子開關的第一引出端子、第四電子開關的第一引出端子、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連接，第三二極管的第一引出端子、第三電子開關的第二引出端子、第二電容的第一引出端子和第三儲能電感的第一引出端子在第二連接點連接，第四二極管的第一引出端子、第四電子開關的第二引出端子、第三電容的第一引出端子和第一儲能電感的第一引出端子在第三連接點連接，第n2 二極管的第一引出端子、第n2電子開關的第二引出端子、第η電容的第一引出端子和第η2儲能電感的第一引出端子在第η連接點連接，第三儲能電感的第二引出端子、第一儲能電感的第二引出端子、第η2儲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連接，第一電子開關的第二引出端子、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能電感的第一引出端子在第五連接點連接，第二電子開關的第二引出端子、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能電感的第一引出端子在第六連接點連接，第nl電子開關的第二引出端子、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儲能電感的第一引出端子在第nl連接點連接，第一電容的第二引出端子、第四電容的第二引出端子、第四儲能電感的第二引出端子、第二儲能電感的第二引出端子、第nl儲能電感的第二引出端子在第七連接點連接。其中n、nl和n2是大于2的正整數，第一連接點和第七連接點之間η個橋臂并聯，第一連接點和第四連接點之間η個橋臂并聯，兩個橋臂中間有η個電容連接。
[0012]上述四個方案中，第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一儲能電感、第二儲能電感、第三儲能電感、第四儲能電感、第三二極管、第四二極管、第一電子開關、第二電子開關組成升壓電路；控制系統的采樣電路采樣第二儲能電感和第四儲能電感上的電流信號之和作為內環控制，采樣第四電容的電壓信號作為外環控制，通過控制器調節第一電子開關和第二電子開關的導通和關斷時間的長短，以及第一電子開關和第二電子開關均不導通時間的長短，實現線路電壓升壓，實現能量穩定輸出，完成儲能電池系統對外部負載的放電，通過控制第一電子開關和第二電子開關導通時間的長短、第一電子開關和第二電子開關不導通時間的長短，實現儲能電池系統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、第一儲能電感、第二儲能電感、第三儲能電感、第四儲能電感、第一二極管、第二二極管、第三電子開關和第四電子開關組成降壓電路；控制系統的采樣電路采樣第一儲能電感和第三儲能電感的電流信號之和作為內環控制，采樣第一電容的電壓信號作為外環控制，通過控制器調節第三電子開關和第四電子開關的導通和關斷時