一种空间用交错并联双向直流斩波电路拓扑的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空间用交错并联双向直流斩波电路拓扑。
【背景技术】
[0002]为了保证各种卫星、空间站、太空探测器等航天器长时间在太空中正常工作，世界上90%以上的航天器采用的是太阳能电池阵-蓄电池组电源系统。而航天器的发射成本一直处于较高的水平，减小航天器的质量可以在很大程度上减少发射成本。电源系统的质量占航天器总质量很大一部分，因此较小电源系统的质量对减少航天器发射成本起着关键作用。
[0003]航天器电源系统是航天器上产生、储存、变换、调节和分配电能的航天器分系统。航天器电源系统一般分别三个部分:分流调节器、放电调节器和充电调节器。其中放电调节器的作用是当航天器在阴影区时，调节航天器储能电池系统的放电和调节母线电压，充电调节器则是当航天器在阳光区时，完成航天器储能电池系统的充电。因此不断的提高航天器蓄电池充放电变换器的性能很有研究意义。已有文献及研究表明，双向变换器较单向变换器在体积、功率密度、重量等方面更有优势，因此双向直流变换器的研究就变得很有意义。
[0004]卫星的发射成本很高，因此在选择合适的高功率密度放电拓扑时必须考虑这种拓扑是否能够保证很高的平均无故障时间，有两条基本的原则可以参照:所有的元器件都必须只有较小的温升；整个变换器拓扑的电路要尽量简单。
[0005]随着航天应用的迅速发展，航天器上电源功率和电压等级需求不断增大，受制于目前半导体发展限制，需要研究直流斩波电路串并联运行工作。为增大直流斩波电路功率，目前通常采用电子开关直接并联和直流斩波电路拓扑并联运行两种方式，但是电子开关直接并联方式，对驱动电路一致性要求较高，并联的电子开关越多，实现并联均流就越困难，同时电子开关并联对母排对称性要求也较高。直流斩波电路拓扑并联方式需要实现负载电流均分，存在多个直流斩波电路电流采样时滞差问题，这将导致多个直流斩波电路拓扑并联均流困难。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种空间用的交错并联双向直流斩波电路拓扑。本发明拓扑结构简洁，能量可以双向流动，控制方式简单，功率密度高，纹波电流小，较容易实现均流，较容易实现直流斩波电路大功率运行。
[0007]本发明双向直流斩波电路拓扑有以下四种结构:
[0008]1、方案一:所述的交错并联双向直流斩波电路由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第三储能电感、第四储能电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关组成；第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子、第二电子开关的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子、第四电子开关的第一引出端子、第一二极管的第一引出端子、第二二极管的第一引出端子、第三二极管的第二引出端子和第四二极管的第二引出端子在第一连接点连接，第三二极管的第一引出端子、第三电子开关的第二引出端子、第二电容的第一引出端子和第三储能电感的第一引出端子在第二连接点连接，第四二极管的第一引出端子、第四电子开关的第二引出端子、第三电容的第一引出端子和第一储能电感的第一引出端子在第三连接点连接，第三储能电感的第二引出端子、第一储能电感的第二引出端子、第四电容的第一引出端子在第四连接点连接，第一电子开关的第二引出端子、第一二极管的第二引出端子、第二电容的第二引出端子和第四储能电感的第一引出端子在第五连接点连接，第二电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第三电容的第二引出端子和第二储能电感的第一引出端子在第六连接点连接，第一电容的第二引出端子、第四电容的第二引出端子、第四储能电感的第二引出端子和第二储能电感的第二引出端子在第七连接点连接。
[0009]2、方案二:所述的交错并联双向直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第三储能电感、第四储能电感、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关组成；第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子、第二电子开关的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子、第四电子开关的第一引出端子在第一连接点连接，第三电子开关的第二引出端子、第二电容的第一引出端子和第三储能电感的第一引出端子在第二连接点连接，第四电子开关的第二引出端子、第三电容的第一引出端子和第一储能电感的第一引出端子在第三连接点连接，第三储能电感的第二引出端子、第一储能电感的第二引出端子、第四电容的第一引出端子在第四连接点连接，第一电子开关的第二引出端子、第二电容的第二引出端子和第四储能电感的第一引出端子在第五连接点连接，第二电子开关的第二引出端子、第三电容的第二引出端子和第二储能电感的第一引出端子在第六连接点连接，第一电容的第二引出端子、第四电容的第二引出端子、第四储能电感的第二引出端子和第二储能电感的第二引出端子在第七连接点连接。
[0010]3、方案三:所述的交错并联双向直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第二储能电感、第三储能电感、第四储能电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关组成；第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关是可控开通和关断的快速半导体器件；第一电容的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子、第二电子开关的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子、第一二极管的第一引出端子、第二二极管的第一引出端子、第三二极管的第二引出端子在第一连接点连接，第三二极管的第一引出端子、第三电子开关的第二引出端子、第二电容的第一引出端子和第三储能电感的第一引出端子在第二连接点连接，第三电容的第一引出端子、第三储能电感的第二引出端子、第四电容的第一引出端子在第四连接点连接，第一电子开关的第二引出端子、第一二极管的第二引出端子、第二电容的第二引出端子和第四储能电感的第一引出端子在第五连接点连接，第二电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第三电容的第二引出端子和第二储能电感的第一引出端子在第六连接点连接，第一电容的第二引出端子、第四电容的第二引出端子、第四储能电感的第二引出端子和第二储能电感的第二引出端子在第七连接点连接。
[0011]4、方案四:所述的交错并联双向直流斩波电路拓扑由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第η电容、第一储能电感、第二储能电感、第三储能电感、第四储能电感、第n2储能电感、第nl储能电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第nl 二极管、第n2 二极管、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第nl电子开关和第n2电子开关组成；第一电容的第一引出端子、第一电子开关的第一引出端子、第二电子开关的第一引出端子、第三电子开关的第一引出端子、第四电子开关的第一引出端子、第一二极管的第一引出端子、第二二极管的第一引出端子、第三二极管的第二引出端子、第四二极管的第二引出端子、第nl 二极管的第一引出端子、第n2 二极管的第二引出端子在第一连接点连接，第三二极管的第一引出端子、第三电子开关的第二引出端子、第二电容的第一引出端子和第三储能电感的第一引出端子在第二连接点连接，第四二极管的第一引出端子、第四电子开关的第二引出端子、第三电容的第一引出端子和第一储能电感的第一引出端子在第三连接点连接，第n2 二极管的第一引出端子、第n2电子开关的第二引出端子、第η电容的第一引出端子和第η2储能电感的第一引出端子在第η连接点连接，第三储能电感的第二引出端子、第一储能电感的第二引出端子、第η2储能电感的第二引出端子、第四电容的第一引出端子在第四连接点连接，第一电子开关的第二引出端子、第一二极管的第二引出端子、第二电容的第二引出端子和第四储能电感的第一引出端子在第五连接点连接，第二电子开关的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第三电容的第二引出端子和第二储能电感的第一引出端子在第六连接点连接，第nl电子开关的第二引出端子、第nl二极管的第二引出端子、第η电容的第二引出端子和第nl储能电感的第一引出端子在第nl连接点连接，第一电容的第二引出端子、第四电容的第二引出端子、第四储能电感的第二引出端子、第二储能电感的第二引出端子、第nl储能电感的第二引出端子在第七连接点连接。其中n、nl和n2是大于2的正整数，第一连接点和第七连接点之间η个桥臂并联，第一连接点和第四连接点之间η个桥臂并联，两个桥臂中间有η个电容连接。
[0012]上述四个方案中，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第三储能电感、第四储能电感、第三二极管、第四二极管、第一电子开关、第二电子开关组成升压电路；控制系统的采样电路采样第二储能电感和第四储能电感上的电流信号之和作为内环控制，采样第四电容的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第一电子开关和第二电子开关的导通和关断时间的长短，以及第一电子开关和第二电子开关均不导通时间的长短，实现线路电压升压，实现能量稳定输出，完成储能电池系统对外部负载的放电，通过控制第一电子开关和第二电子开关导通时间的长短、第一电子开关和第二电子开关不导通时间的长短，实现储能电池系统电压不同幅度的升压输出。
[0013]第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一储能电感、第二储能电感、第三储能电感、第四储能电感、第一二极管、第二二极管、第三电子开关和第四电子开关组成降压电路；控制系统的采样电路采样第一储能电感和第三储能电感的电流信号之和作为内环控制，采样第一电容的电压信号作为外环控制，通过控制器调节第三电子开关和第四电子开关的导通和关断时