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首页UC1825驱动的100V空间燃料电池耦合电感DC-DC变换器设计
本文主要探讨了基于UC1825的空间燃料电池耦合电感DC-DC变换器的设计与实现。UC1825是一款峰值电流控制型芯片,被选作变换器的核心控制器,它在航空航天领域的应用对于满足新型航天任务的需求至关重要。在快速发展的航天技术背景下,传统的太阳能光伏系统已不能满足重量轻、体积小、无污染等严苛条件下的能源需求,而燃料电池凭借其清洁、高效、稳定的特点,成为理想选择,但其输出电压较低,需要配合变换器进行电压提升。 设计的关键在于采用了耦合电感boost拓扑结构,这种拓扑结构能有效提高输出电压并降低纹波,提升了变换器的可靠性。设计参数包括输入电压范围30~60V,输出电压100V,最大输出功率600W,电源效率高达94%,开关频率设置为100kHz。电路设计精细,包含主功率电路、驱动电路和外围电路,通过电压和电流采样电路,UC1825芯片可以根据反馈信号调整占空比,确保输出电压的稳定。 实验结果显示,该耦合电感DC-DC变换器成功实现了航天器100V母线电压的要求,证明了其在空间燃料电池应用中的可行性。这一设计不仅解决了燃料电池输出电压低的问题,还为后续空间燃料电池变换器的研发提供了实用参考,对推动我国航天技术特别是深空探测任务的能源系统优化具有重要意义。 这篇文章深入解析了UC1825在耦合电感DC-DC变换器中的作用,以及如何通过精确控制来满足空间燃料电池对电压稳定性的需求,是电子设计工程师理解和应用此类变换器的重要参考资料。
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电子设计工程
Electronic Design Engineering
第 25卷
Vol.25
第 23期
No.23
2017年 12月
Dec. 2017
收稿日期:2017-05-19 稿件编号:201705117
作者简介:徐 磊(1988—),男,山东潍坊人,硕士。研究方向:空间燃料电池变换器。
随着我国航天技术的快速发展,载人登月、深空
探测和 天地往 返系统 等新的 航天任 务已经 开始展
开。但是由于受到重量、体积、无污染、新的飞行工
况等条件的限制,采用传统的太阳能光伏发电能源
系统已经不能满足航天器的使用需求,需要探索和
研究新的高效能源系统
[1]
。
燃料电池作为一种新的能源系统,具有清洁无
污染、高比功率和比能量、无自放电、无记忆效应、不
存在过充过放等特点,非常适合宇航应用
[2]
。但是燃料
电池输出特性偏软,输出电压较低,因此必须通过特
定的燃 料 电池 变 换 器才 能 实现电 压 的稳 定 输出
[3]
。
耦合电感 DC-DC 变换器能够有效的提高输出电压、
同时能够降低纹波并且具有较高的可靠性,非常适
合宇航应用。文中介绍了一种基于 UC1825 的空间燃
料电池耦合电感 DC-DC 变换器的原理与设计方法,
实现了航天器 100 V 母线电压需求。
1 系统设计与工作原理
文 中 主 电 路 采 用 耦 合 电 感 boost 拓 扑 结 构 ,
UC1825 作为 驱 动 控 制 芯 片 ,设 计 了 一 种 输 入 电 压
30~60 V,输出电压 100 V 的空间燃料电池 DC-DC 变
换器。电源效 率 94%,开 关频率 f=100 kHz,输出功
率 600 W。
系统设计主要包括主功率电路设计、驱动电路
设计、以及外围电路的设计。如图 1 所示,燃料电池
输 出 端 通 过 主 电路 实 现了 100 V 母 线 电 压稳 定 输
出。电压采样电路与电流采样电路将采样信号反馈
到 UC1825 芯片中,根据反馈信号与参考信号对比,
进而调节占空比,实现了电压的稳定输出。
基于 UC1825 的空间燃料电池耦合电感 DC-DC 变换器
的设计
徐 磊,万成安,郑 岩
(中国空间技术研究院 北京卫星制造厂,北京 100190)
摘要:本文采用峰值电流控制型芯片 UC1825 作为变换器的控制芯片,设计了一种直流电压输入
30~60 V,输出电压 100 V,功率 600 W 的耦合电感 DC-DC 变换器。通过实验电路,分析了电路的工
作原理和 UC1825 在耦合电感 DC-DC 变换器电路的使用,实现了航天器母线 100 V 的电压要求。
实验表明,该变换器能够满足空间燃料电池变换器的使用要求,为后续空间燃料电池变换器的设
计提供了参考。
关键词:DC-DC 变换器;耦合电感;UC1825;空间燃料电池
中图分类号:TN99 文献标识码:A 文章编号:1674-6236(2017)23-0173-05
Design of coupled inductor DC⁃DC converter for space fuel cell bosed on UC1825
XU Lei,WAN Cheng⁃an,ZHENG Yan
(Beijing Spacecrafts,China Academy of Space Technology,Beijing 100190,China)
Abstract: This paper designed a coupled inductor DC ⁃ DC converter for space fuel cell using peak
current-mode controlled chip UC1825 as a core of the converter which the input voltage is 30~60 V,the
output is 100 V and the power is 600 W. In The Experimental Process,The principle of circuit and the
use of UC1825 in the circuit of coupling inductance converter were analyzed Meeting the requirements of
the spacecraft in the voltage. The experimental of the prototype verify the feasibility of the converter for
space fuel cell and it can be a reference in the future’s design.
Key words: DC-DC converter;coupled inductor;UC1825;space fuel cell
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