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卫星电源控制器(Power Conditioning Unit,PCU)为航天器的有效载荷提供电能,其中的蓄电池放电调节器(Battery Discharge Regulator,BDR)是连接蓄电池与母线的放电通路,在光照不足或负载较重时维持母线正常工作,常用多模块并联的方法实现功率扩展。目前,PCU的设计指标多以欧洲空间局(European Space Agency,ESA)对航天器电源系统的要求为准。为适应复杂多变的空间环境,保证航天器的供电质量,ESA规定BDR模块的相角裕度不得小于60°,增益裕度不得小于10d B,以确保充足的稳定裕度;并且,标准中以母线电压纹波作为稳态指标,以闭环输出阻抗作为动态指标,以此衡量输出电特性;除此之外,变换效率、功率密度以及可靠性都是设计时需重点考虑的问题。本文旨在提高BDR模块的稳定裕度、供电质量以及功率密度,从输出滤波电容阵的计算、功率拓扑的选择、补偿器及控制方式的设计等方面着手,进行了深入研究,主要内容如下:首先,研究了多相交错并联变换器中存在电感误差时,输出滤波电容的参数设计方法。交错并联技术可减少电源系统对输出电容的需求量,但实际应用时,各相间的电感误差会影响电源性能,如仍按理想情况设计电容参数,易造成稳态电压纹波或动态电压波动超限。针对此问题,分别对多相交错并联变换器进行了时域与频域分析,提出了电容的参数设计方法,使电源系统即使面临交错各相电感因误差而失配的情况,仍可满足稳态与动态的指标要求,保证供电质量。其次,为满足BDR模块高动态响应速度的应用需求,提出了两相交错反向耦合电感Boost变换器。当前,通信卫星及合成孔径雷达卫星的电源功率等级越来越高,且载荷呈低频脉冲的发展趋势,对BDR模块的动态特性提出了更高要求。针对此需求背景,新变换器利用耦合电感改变了输入端与输出端之间的能量传递方式,从而使控制到输出电压的零点由右半平面移至左半平面,在兼顾稳定裕度的同时还可实现较快的动态响应速度,并且新变换器中所有感性元器件集成于一副磁芯中,提高了功率密度。再次,为降低单个BDR模块的输入、输出端电流纹波,提出了低纹波耦合电感Boost变换器。多相交错并联变换器的模块数量越多,电流纹波抵消效果越显著;但在有效载荷功率需求较低的卫星平台中,BDR模块的并联数量相对较少,纹波抵消效果有限。针对该应用背景下的功率拓扑选择问题,深入研究了耦合电感滤波器的工作原理,探讨了各种非理想因素与寄生参数对其滤波效果的影响规律,并提出了该滤波器的设计步骤及实际应用需规避的问题。参照此方法设计由耦合电感滤波器与普通Boost变换器组合而成的低纹波升压变换器,仅用一副磁芯即可在实现输入电流纹波抵消的同时减小输出电流纹波。最后,为确保BDR模块具备充足的稳定裕度及良好的动态特性,提出了一种新的环路补偿器及控制方式。其中,新的补偿器可在较宽的频域范围内提供较高的相角补偿,应用于多相交错并联变换器时,相角裕度、幅值裕度、模值裕度及时延裕度均优于传统II型补偿器。与此同时,新的环路控制方式可减小系统闭环输出阻抗与闭环音频易感性的低频段以及峰值增益。将新的补偿器与新的控制方式结合,可改善电源的抗扰性,在负载电流或输入电压变化时减小输出电压的波动范围,提高系统的动态响应速度。