高压大功率多电平技术研究.pdf

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1、第30卷2013年第2期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2013)02—0069—04高压大功率多电平技术研究周健1，高玉峰2(1．上海空间电源研究所，上海200245；2．上海航天技术研究院，上海201109)摘要：介绍了一种用于高压大功率条件下的升压型三电平变换器。给出了变换器的拓扑结构，以及4种工作模态。分析了电路开关管和二极管的电压应力，讨论了开关管和二极管分别发生短路失效时的等效电路，并用实验进行了电路应用的可行性验证。分析了高压大功率升压型三电平变换器工程化实现中的关键器件选型和电路单管失效模式下性能提升等有待解决的问题。关键词

2、：高压；大功率；升压型三电平变换器；电压应力；失效中图分类号：TMl3文献标志码：AResearchofMulti-LevelTechnologywithHighVoltageandHighPowerZHOUJianl，GAOYu—fen92(1．ShanghaiInstituteofSpacePowerSources，Shanghai200245，China；2．ShanghaiAcademyofSpaceflightTechnology，Shanghai201109，China)Abstract：Thehighervoltagethreelevelvoltageconvert

3、erwhichwasappliedinthehighvoltageandlargepowerconditionwasintroducedinthispaper．Thetopologystructureand4kindsofoperationmodelsoftheconverterweregivenout．Thevoltagestressoftheswitchinganddiodeinthecircuitwasanalyzed．Theequivalentcircuitswhentheswitchinganddiodewasshortcircuitrespectivelyweredi

4、scussed．Thepracticabilityofthecircuitwasapprovedbytheexperiment．Theunsolvedproblems，whichwerethekeydeviceselectionandperformanceimprovinginthemodelofthecircuitsingledevicefailing，intheengineeringofthehighervoltagethreelevelvoltageconverterwiththehighvoltageandlargepowerwereanalyzed．Keywords：H

5、ighvoltage；Highpower；Highervoltagethreelevelvoltageconverter；Voltagestress；Failure0引言随着航空航天技术的发展，未来航天卫星及航空飞行器的功率将越来越大，母线电压越来越高，功率将由最大数千瓦增为数十千瓦。母线电压的升高利于降低系统的热耗，提高输出功率及整体效率，但也将带来传统电路不再适用、元器件难以选择、关键器件损耗增大、电磁干扰(EMI)增大和母线电压纹波增大等问题。与其他电源系统设计不同，高压大功率电源传输和管理技术有一定的挑战性。与常用系统相比，较低母线电压的电路拓扑结构不适于高压母线，较高的

6、母线电压和较大的功率导致电路元器件的选收稿日期：2012一10—19；修回日期：201271l-30作者简介：周健(1981一)，男，工程师，主要研究方向为卫星电源系统设计。择和电路的设计难度增大，因此需解决一系列技术难题才能实现高压大功率电源的设计制造。多电平技术不仅能减小卫星电源分系统电感的尺寸，而且因滤波电感减小，提高了系统的动态性能，此外还可降低开关管的电压应力，增大电路的输入电压范围。多电平功率变换器的优点有：每个功率器件仅承受1／(以一1)的母线电压(此处：72为电平数)，故可用低耐压的器件实现高压大功率输出；，z的增大改善了输出电压波形，减小了输出电压波形畸变；可用

7、较低的开关频率获得与高开关频率下两电平变换器相同的输出电压波形，减小了开关损耗，提高了功率变换器效率；，z的增大，在相同的直流母线电压条件下电压应力较BOOST变换器明显减小，可有效降低装置的EMI；无需输出变压器，显著减小了系统的体积和损耗；有多种控制方式。本文上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第2期分析了升压型三电平电压变换器工作原理，并进行相应的实验验证。1工作原理升压型三电平变换器的拓扑结构如图1所示。图中：Cb为飞跨电容；S1，S2为开关管；D