S3R電路優化設計論文

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1s3r電路工作原理

S3R分流調節控制電路通過采樣母線電壓獲得功率信息，產生控制信號在分流域、充電域和放電域3個域內分別對分流調節器、充電控制器及放電控制器進行調節，實現整個軌道周期1次電源母線調節．S3R調節原理為母線主誤差放大電路輸出信號在一定范圍內與S3R的一定工作模式對應．當負載減輕時，母線電壓升高，MEA電壓升高，分流電路依次進入分流狀態;反之，當負載加重，母線電壓降低，MEA電壓降低，分流電路依次進入供電狀態．

2S3R電路線性模型和控制閉環優化設計

2.1功率級模型及其線性化

S3R控制環路模型可以簡化成由誤差電壓作為控制輸入端，輸出電流作為最終控制結果的模型，忽略遲滯比較器的非線性功能，將n個滯環控制器按照滯環電壓與所對應的電流排列起來，如圖3所示，雖然兩級不是完全按照對角線連接起來，但是隨著級數的增加，就可以把它近似線性化，簡化控制系統設計．

2.2控制環路設計

S3R電路控制環路工作原理為當方陣供電電流超出負載要求時，母線電容充電，母線誤差放大信號UMEA升高并達到回差比較電路設計的比較上限時，對應分流開關管短路．當方陣供電電流不滿足負載要求時，母線電容放電，母線誤差放大信號UMEA下降并達到回差比較電路設計的比較下限時，對應分流開關管開路．

3S3R電路穩健優化設計

通過對S3R電路常態仿真分析，母線輸出電壓滿足(42±0.5)V標稱要求，然后對電路進行靈敏度仿真分析，考慮當電路各個參數發生變化時，母線輸出電壓范圍有多大程度的變化，據此找出可能引起母線輸出電壓最大變化的器件或參數，并確定在接下來的設計流程中著重處理哪些參數．靈敏度分析結果的數值越大，相應參數對輸出變化的影響越大．通過靈敏度分析，找到對電路母線電壓輸出范圍影響最大的參數，下面基于參數掃描分析穩壓管，母線濾波電容，方陣電流，負載功率變化對母線電壓的影響，并對母線濾波電容進行優化．本文對S3R電路進行最壞情況分析．具體過程如下:確定單級S3R電路為最壞情況分析電路對象;然后針對S3R電路工作環境及任務情況，定義最壞情況條件，令S3R電路參數值在表2浮動范圍內按照正態分布隨機取樣;對所取樣的參數值進行100次蒙特卡洛分析，檢驗在最壞情況下，器件在一定范圍內浮動對母線電壓輸出的影響。

4結論

1)對在saber中搭建的S3R電路模型進行常態仿真分析，結果表明母線輸出(42±0.2)V電壓，滿足±0.5V波動范圍要求．

2)通過靈敏度分析找到對S3R電路母線輸出性能影響最大的元器件．通過參數掃描分析，對母線濾波電容參數進行優化，確定母線濾波電容為6mF時，S3R電路母線電壓輸出穩定性更好，動態響應更快，過沖更小;穩壓管在受－40～80℃溫度影響變化內，電路母線電壓輸出滿足在(42±0.5)V波動．并檢驗了單級S3R電路在一定方陣電流供給下的帶載能力;

3)考慮在最壞情況下，指定電路中元器件參數在一定范圍內按照正態分布，對S3R電路進行100次蒙特卡洛分析，穩態時，母線電壓輸出為41.799～42.154V，滿足紋波±0.5V誤差要求;對S3R電路分流器件進行最壞情況應力分析，結果表明，電路中分流器件降額數值在50%以下，滿足器件降額要求．

4)基于三級S3R電路模型，檢驗負載突變工況下，電路通過參考電壓高的級對母線進行供電，參考電壓低的級對地分流，實現母線電壓41.725～42.389V穩定輸出;檢驗第二級方陣電流失效工況下，通過第一級分流調節電路調節母線電壓，實現母線電壓紋波±0.5V內穩定輸出．

作者:李冬輝 高金艷 單位:天津大學 國防科技大學