双向DC-DC题目解析1106

主回路拓扑
三、方案解析
主回路拓扑
三、方案解析
主回路拓扑
三、方案解析
硬件控制：集成PWM控制器 软件控制：PI调节
控制方法
三、方案解析
• 采样电阻+差分放大器
电流检测
三、方案解析
• 采样电阻+电流检测放大器
电流检测
四、几点建议
正确对待竞赛
• 学校重视，建好平台，用好平台，增加受 益面培养学生的实践能力和创新精神。
航天器电源系统
S4R 型功率调节技术（串联顺序开关分流调节）是 20 世纪 90 年代中期研制出的， 目前在国内外高/低轨卫星较多采用。不区分供电阵、充电阵和机动阵。采用多级并 联充电，在光照区无论处于供电分流状态还是充电分流状态，始终都只有一路工作 在开关状态，其它路要么工作在供电状态，要么工作在分流状态，要么工作在充电 状态
S3R 型功率调节技术（Sequential Switching Shunt Regulator 顺序开关分流调节）
航天器电源系统
混合型功率调节技术是 ESA 在 20 世纪 80 年代末研制出的，目前在国内外高/低轨 卫星上普遍使用。设置供电阵和充电阵，配置合理的电流在光照区为蓄电池组充电； 当蓄电池组充满后通过充电控制进行切换，分流掉充电阵的功率。机动阵可根据需 要在供电阵与充电阵之间切换。
全国大学生电子设计竞赛题目解析
双向DC-DC变换器【A题】
哈尔滨工业大学
王立欣 2015年11月7日
1
一、应用背景 二、任务与要求 三、方案解析 四、几点建议
2
航天器电源系统
航天器由若干分系统组成，分为有效载荷和航天器平台两大类。有 效载荷用于直接执行特定的航天任务，而航天器平台由航天器结构平台 和服务与支持系统组成。服务与支持系统用以保障航天器的正常工作， 一般包括热控分系统、电源分系统、姿态控制系统、轨道控制系统、无 线电测控系统、返回着陆系统、生命保障系统、应急救生系统、数据保 管系统等等。根据具体情况有所取舍，但电源分系统不可或缺，它是航 天器的能源提供装置。一旦电源系统不能正常供电，整个航天器就将丧 失功能其功能，变成毫无用处的太空垃圾
• 寄生参数随频率升高会上升为主要矛盾
– 功率意识
• 极限条件下的散热和安全问题
– 速度意识
• 数字电路
– 干扰意识
• 噪声无处不在
谢谢！请指正。
25
直流微网
可再生能源单机接入电网成本高，并网技术要求高，因而限制了其大规模的 应用，为此学者们提出了新型的结网方式——微电网的概念。
微电网是指将可再生能源、储能系统和本地负载结合起来，组成的区域型电 网形式。作为独立的整体，既可以并网运行，也可以在离网状态下孤岛运行。微 电网的规模介于新能源发电与大电网之间，当大电网发生故障时，可以切换成孤 岛模式给本地负载提供持续、可靠、高质量的电能，从而增强了电网抵御自然灾 害的能力，减小了大规模停电带来的损失。通过对储能系统的控制，可以克服微 电网惯性小、抵抗干扰能力弱等问题，维持微网的功率平衡，减小太阳能、风能 等可再生能源输出功率波动对外电网的冲击，能够较好的吸纳可再生能源；微电 网还可以根据电网调度或用户的需要，实现能量的合理分配，是实现能源利用高 效、清洁、多元化的重要手段，将会是未来智能电网建设的重要组成部分
• 把参加竞赛作为学习过程，注重积累，不 要锦标，不要急功近利。
四、几点建议
• 充分重视模拟电路
– 数字电路——功能 – 模拟电路——指标
模拟与数字电路
传 感 器
放 大
A/D 转 换
数字 电路 （CPU）
D/A 转 换 器
功 率 放 大
执 行 机 构
四、几点建议
电子设计的重点
• 强调几个意识
– 频率意识
3பைடு நூலகம்
航天器电源系统
航天器中用于产生、贮存和分配电能的各种装置。电源重量 占航天器重量的15%～25%。分为化学电源、太阳电池电源 和核电源三类。目前世界上 90%以上的航天器都采用太阳能 电池阵-蓄电池组构成的光伏电源系统 主功率供电回路的额定电压（母线电压）三个等级： （1）低压——28V，适用功率等级：1200W； （2）中压——42或50V，适用功率等级：2000W水平； （3）高压——100V或以上，适用功率等级：4000W水平。
4）并网逆变器可有效地隔离电网的扰动，并将微网作为一个有机整体，对
主网提供一定的动态支持。
对于双向DC-DC变换 器，国内研究较多。 CNKI（2010-15年） 学位论文：28篇 期刊论文：40篇
南航：严仰光老师
二、任务与要求
任务
• 设计并制作用于电池储能装置的双向DC-DC变换器，实现 电池的充放电功能，功能可通过按键设定，亦可自动转换 。结构框图如图1所示，图中除直流稳压电源外，其他器件 均需自备。电池组由5节18650型，容量2000~3000mAh的锂 离子电池串联组成。
航天器电源系统
载人飞船电源系统
载人飞船轨道运行高度为 300～400Km，轨道周期约为 91min，其中轨道 最长,阴影时间 37min，最短光照时间 54min。
航天器电源系统
航天器电源系统 电源系统控制拓扑形式
电太供源阳电系电，统池另控的一制发部方电分功则式率通主通过要过“包“充括分电S流调3调节R 节”型”变、全换混部为合变充型换电及为功S母率4线为R 型功蓄率电功，池率一组调部充节分电三直；种接蓄，给电混负池载组 合功型率功通率过“调放节电对调应节的”变太换阳为电母池线阵功率布。阵对方太式阳是电池供发电电、功充率电的使分用阵优式先，级而依次 S4为R供/S3电R、型充功电率、调分节流对。充应电的功太率阳可电以池视阵作布母阵线方的可式调是负供载电。、充电阵共用。
二、任务与要求
基本要求
接通S1、S3，断开S2，将装置设定为充电模式。 （1）U2=30V条件下，实现对电池恒流充电，充电电流I1在1-2A范围内步进可调
，步进值不大于0.1A，电流控制精度不低于5%。
（2）设定I1=2A，调整直流稳压电源输出电压，使U2在24~36V范围内变化时， 要求充电电流I1的变化率不大于1%。
（2）接通S1、S2，断开S3，调整直流稳压电源输出电压，使Us在32~38V范围 内变化时，双向DC-DC电路能够自动转换工作模式并保持U2=30±0.5V。
（3）在满足要求的前提下简化结构、减轻重量，使双向DC-DC变换器、测控 电路与辅助电源三部分的总重量不大于500g。
（4）其他。
三、方案解析
4
航天器电源系统
国际空间站太阳电池阵总发电能力为105kW，其中美国部分 76kW， 俄罗斯部分29kW。美国部分采用 120V 母线，俄罗斯部分采用28V 母线， 并网时转换为 120V。美国部分的 4 个太阳电池翼组成 4 个太阳电池光伏 电源系统，顺序分流器为 82 级20kHz 的固态开关，将太阳电池阵电压粗略 调节在 138～173V 间，再经直流—直流转换装置（DDCU）调节成 120～ 126V，分配给美、日、欧空局的各实验舱，流向俄罗斯曙光号实验舱的电 源变换为 28V电压
（3）设定I1=2A，在U2=30V条件下，变换器效率 1 90%。 （4）测量并显示充电电流I1，在I1=1~2A范围内测量精度不低于2%。 （5）具有过充保护功能：设定I1=2A，当U1超过阈值 U1th 24 0.5V 时，停止充电
二、任务与要求
发挥部分
（1）断开S1、接通S2，将装置设定为放电功能，能够保持U2=30±0.5V，且 变换器效率2 95% 。
主要优点：
直流微网
1在）组易成于微实电现网协的调各控种制微，源通中过，控光制伏直电流池母、线蓄电电压池的以稳及定燃可料实电现池功都率是平直衡流；电 源，风2）力不发需电要机考、虑燃频气率轮、机相等位，、都无是功电环压流、以频及率复不杂稳的定并的网交算流法电等源问，题在，并因网此时控 也制简需单要可先靠转，换能为够直快流速。地将实各现微功源率以流及动储及能能系量统调接度入；直流母线，有利于各微源之 间的优3）势直互流补微以网及中协能调量控由制直，直流流母微线网经已过成集为中微逆电变网器技注术入研电究网的，新有方效向地之减一少。了变 流器的数量和容量，具有较高的效率和较好的经济性；