临近空间飞艇电源系统新型拓扑结构研究

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1、第23卷第6期航天器工程Vol·23No·61壁!!笙!；旦曼呈垒篁三篁垦垒兰!兰墅坚!些三兰圣!墅篁!!——临近空间飞艇电源系统新型拓扑结构研究林晓辉1陆种2张兴浩2周明中2王新征2(1哈尔滨工业大学，哈尔滨150080)(2上海空间电源研究所，上海200245)摘要针对临近空间飞艇高压载荷的需求，文章研究了飞艇高压动力母线控制电路的拓扑结构，提出更高效、更实用的高压拓扑控制电路，设计了三电平电压变换拓扑结构，可有效减小元器件电压应力，解决高压动力母线带来的问题，提高系统的效率和可靠性。实验表明

2、，三电平电压变换拓扑结构适用于高输入和高输出电压中大功率的应用场合，能够满足临近空间飞艇电源系统的需求。关键词临近空间飞艇；高压载荷；电源系统；三电平电压拓扑中图分类号：V422文献标志码：ADoI：10．3969／i．issn．1673一9748．2014．06．008StudyofNewTopologyofElectricalPowerSystemUsedonNearSpaceAirshipLINXiaohuilLUChon92ZHANGXingha02ZHOUMingzhon92WANGXi

3、nzhen92(1HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，China)(2ShanghaiInstituteofSpacePowerSources，Shanghai200245，China)Abstract：Inviewofthehigh—voltageloaddemandofthenearspaceairship，apowerbustopologyofhigh—voltagecontrolcircuitappliedinnearspaceairshipi

4、sstudied．Thispaperpresentsamoreefficientandpracticalhigh—‘voltagetopologycontrolcircuitanddesignsathreelevel——voltagetrans—_formationtopologywhichcaneffectivelyreducethevoltagestressofcomponents．Theproblemthatisbroughtaboutbythehigh—voltagepowerbusiss

5、olved，andtheefficiencyandreliabilityofthesystemareimproved。Experimentalresultsshowthatthethree—levelvoltagetransformationtopologyissuitableforhighinputandhighoutputvoltageinhighpowerapplications，itcanmeetthedemandsofnearspaceairshipelectricalpowersyst

6、ems．Keywords：nearspaceairship；high—voltageload；electricalpowersystem；three—levelconverter1引言临近空间(距海平面高度20～50km的空间区域)有着稳定的气象条件和电磁特性，数干年来人们一直在尝试利用临近空间平台长期驻空，开展通信、对地观测、国土资源监测和预警等活动。“多功能航空器”飞艇具有独特的优势：可直升、可长时间滞空，且具有较大的有效载荷能力和低能耗等特点，因此世界各国都在飞艇方面开展了多种多样的研究uj

7、。临近空间飞艇运行在20km高度以上，在未来的军事、通信、对地观测等领域有着巨大作用[2]。美国、日本、欧洲等国都有高性能的飞艇问世。美国导弹防御局正在发展的“高空飞艇”(HighAltitudeAirship，HAA)演示验证项目，采用太阳电池阵和燃料电池组的复合电源系统，利用薄如胶片的光电电池将太阳能转变为电能为飞艇的推进装置提供动力口]。美国正在研发一种可与地球运转同步收稿日期：2014—04—16；修回日期：2014—1028基金项目：国家重大航天工程作者简介：林晓辉，男，教授，从事飞行器

8、总体设计及航天器供配电总体设计工作。Email：linxiaohui@hit．edu．cn。航天器工程23卷的飞艇，它的功能与卫星类似，具有进行监视、安全维护、导弹防御与气象预测等功能。这架地球同步飞艇充满了氦气，用太阳电池和先进的燃料电池为飞艇提供动力。意大利的首架太阳能无人机(HE—LIPI。AT)在机翼蒙皮上粘合了一个长达2m的单晶硅太阳电池阵列，还装有可充电的锂电池，可实现全天候飞行。日本晶都陶瓷公司和北见工业大学(KitamiInstituteofTechnology)共