一种空间燃料电池电源系统设计与实现

面向空间应用，依据某航天器任务期间的功耗需求，采用燃料电池和蓄电池的架构，对1kW燃料电池电源系统的设计与实现进行研究。构建了1kW燃料电池电源系统仿真模型，对系统设计原理进行了仿真验证，并研制了1kW燃料电池电源系统样机，对系统典型的负载阶跃工况进行了试验测试。试验测试结果表明，1kW燃料电池电源系统在半载阶跃变化时，母线电压波动小于5V，调节时间小于25μs；整个运行过程系统工作正常稳定，能够满足航天器空间应用需求。     

深空探测先进电源技术综述

先进电源技术是保障深空探测任务顺利进行的前提和基础。在梳理我国后续深空探测任务(月球极区探测、小天体探测、火星探测、木星探测等)对电源系统需求的基础上,对涉及空间应用的电源技术(化学能、太阳能、同位素及空间核反应堆电源)进行概述;针对深空探测对电源系统的需求特点,分别阐述了锂离子蓄电池、太阳能电源、钚-238放射性同位素电源和空间堆核反应电源的特点、发展简史、在深空探测中应用限制及发展建议,重点分析了钚-238同位素电源和空间核反应堆电源技术的关键技术、应用情况及应用前景,为深空探测先进电源技术的长足发展提供参考。     

我国深空探测任务电源系统发展需求

针对我国后续月球极区探测、小天体探测、火星探测、木星系探测深空探测重点任务,在梳理分析每个探测任务约束的基础上,提出电源系统的具体需求;对上述4个方向的深空探测任务的电源系统需求进行归纳总结,提出我国后续深空探测任务的电源系统主要发展建议,具体包括宽温度和光强适应性、抗辐照的太阳电池阵,轻小型智能化的电源控制装置,高功率密度的电源系统MPPT拓扑;最后对同位素温差发电技术进行了发展展望,为后续深空探测电源系统研究和设计提供参考。     

低功耗CMOS带隙基准电压源的设计

设计了低功耗、高电源抑制比CMOS带隙基准电压发生器电路。其设计特点是采用了共源共栅电流镜 ,运放的输出作为驱动的同时还作为自身的偏置电路 ;使用CSMC标准 0 6 μm双层多晶硅n -wellCMOS工艺混频信号模型 ,利用Cadence的Spectre工具对其仿真 ,结果显示当温度和电源电压变化范围为 - 5 0℃～ 15 0℃和4 5V～ 5 5V时输出基准电压变化小于 1 6mV和 0 13mV ;低频电源抑制比达到 75dB。电路在 5V电源电压下工作电流小于 10 μA。该电路适用于对功耗要求低、稳定度要求高的集成温度传感器电路中     

内含稳定的瞬时备用电源的电源

以５Ｖ电源为例，阐述一种可以广泛应用于各种电子仪器的内含稳定的瞬时备用电源的电源的设计方法和元器件的选择。这种电源采用在两极稳压中间加瞬时备用电源，利用电源滤波电容上电压不能跳变，在电源突然掉电后滤波电容上的电压变化来控制开关元件，将备用电源接通和关断的原理设计。备用电源使用可充电电池。通过元器件的选择，可使这种电源在掉电后几十秒到百秒范围内不间断地向电子仪器提供稳定的电压，从而在小电流范围内可取代价格昂贵的ＵＰＳ电源。     

低压CMOS折叠共源共栅混频器的设计

基于SMIC 0.18μmCMOS工艺,采用一种折叠共源共栅结构,设计实现了一种低压CMOS折叠共源共栅混频器,解决了传统Gilbert混频器中跨导级与开关级堆叠带来的高电源电压问题,以及在跨导级的高跨导、高线性与开关级的低噪声间进行折衷设计的难题.该混频器核心电路尺寸为165μm×75μm,当射频信号、本振信号和中频信号分别为1575.42MHz、1570MHz和5.42MHz时,仿真表明:该混频器转换增益( G_C )为15dB,双边带噪声系数为12.5dB,输入三阶截断点为-0.4dBm,在1.2V的电源电压条件下,功耗为3.8mW,可用于航空航天领域的电子系统中.      

溅射靶对离子推力器的热辐射影响研究

为了研究真空环境设备内溅射靶温度升高后对30cm离子推力器的热辐射影响，采用有限元分析的方法，首先对真空舱内的离子推力器羽流分布进行了模拟，在获得羽流对溅射靶造成的温度变化后，进一步分析了溅射靶温度升高对离子推力器温度以及栅极热形变位移所造成的影响。仿真结果显示，推力器羽流可采用定向分子流模型进行描述，羽流在真空舱内的扩散过程中几乎没有能量损失；30cm离子推力器工作时真空舱内大部分区域的气体压强在2×10^-3~6×10^-3 Pa；在溅射靶影响下，推力器加速栅和屏栅中心温度分别为352℃和440℃，边缘温度分别为342℃和411℃，屏栅和加速栅的间距缩小量由无溅射靶影响时的0.560mm增加到0.585mm；试验结果显示，加速栅和屏栅边缘温度分别为364℃和385℃，与仿真结果的比对误差均为6%，溅射靶后部羽流气体的温度测试值高于计算值约50℃，误差主要由于模拟中忽略了羽流粒子的能量沉积效应。     

大功率电推进电源处理单元技术

电推进作为一种先进的推进技术,其发射质量轻、比冲高,可以降低发射成本。高压电源是电源处理单元（PPU）的主要功率来源,是大功率、高效PPU设计的重点。新型电力电子技术的应用,将对未来地球同步轨道（GEO）通信卫星和深空探测的发展产生重要影响。本文以5kW等级PPU为研究对象,主要介绍大功率电推进技术的现状与发展,从电力电子的拓扑、器件和控制方法3个角度分析了大功率、高效PPU技术发展的特点与前景,为中国研制大功率PPU高压电源提供参考。      

伺服动力电源技术发展概述

近年来，机电伺服系统在航空、航天领域得到了广泛应用，逐渐形成了新的推力矢量控制和舵面控制实现方式，并推动了伺服动力电源的多样性发展。研究了国外运载火箭、导弹及飞机伺服动力电源技术的发展现状，梳理了各类场景中伺服动力电源的应用特点及未来需求，对比了常见的热电池、锌银电池、锂离子电池及涡轮发电等各类伺服动力电源的技术特点，并提出了高电压、高比功率、高比容量（新型电池，涡轮发电）、一体化/智能化/高可靠等伺服动力电源技术的未来发展方向。     

超音频复合脉冲GMAW电源设计

提出了一种全新的脉冲熔化极气体保护焊(GMAW)方法,并研制出新型超音频复合脉冲GMAW电源,即在传统脉冲GMAW电流基础上复合叠加频率为20~80 k Hz、电流幅值为0~100 A、占空比为0%~100%的连续可调的超音频脉冲电流。设计了并联结构的主电路拓扑及MCU+DSP双处理器数字化控制系统,通过软件编程实现了电流给定信号与PWM信号的同步输出及不同逻辑组合,可实现不同工作模式的焊接电流波形输出。对电源输出电流波形的测试结果表明:本文所设计的超音频复合脉冲GMAW电源输出电流波形满足不同工作模式的设计目标,超音频脉冲电流频率在80 k Hz时,仍保持较快的电流上升沿与下降沿变化速率。初步进行了铝合金平板堆焊试验,焊缝成形良好。     

地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计与优化

LIPS-300离子电推力器工作时产生的大量热耗会严重影响其工作性能,因此推力器的热控设计和在轨温度预计是推力器设计的关键技术之一。文章首先提出了地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计,建立了离子电推力器热分析有限元模型。然后,针对典型的地球静止轨道位保工况开展了LIPS-300离子电推力器的在轨热分析,得到了LIPS-300离子电推力器重点部件在轨工作时的温度预计：下极靴、阳极筒、屏栅、下磁钢为主要的高温位置,且下磁钢温度可能超出材料温度上限。最后,基于热分析的结果结合离子电推力器的特点提出适当增加外壳散热面积是离子电推力器优化设计的有效方向,而增强阳极筒、极靴与屏栅筒间的内部换热是无效的设计优化方向。     

高频大功率GXN—50型霓虹灯电子电源的研制

ＧＸＮ－５０型霓虹灯电子电源是为负载提供高频交流电压电流的电源设备，是一种专用大功率霓虹灯电源。该产品采用先进的电子技术，节能效率高，带负载能力强（比传统电源高４倍以上），并采用超音技术，用特制的电子开关代替价格昂贵的机械继电器，因而无任何噪声，灯光变化采用程序控制，变换方式灵活，工作稳定可靠。该电源体积小、重量轻，并设计了过压过流保护电路，具有抗干扰能力强等特点。     

无电压取样端直流稳定电源校准专用插头设计

直流稳定电源在实际应用中，其稳压状态的输出电压在电源空载状态时和带载状态时存在一定差值，这个差值被称为稳压负载效应，直流稳定电源的稳压负载效应是体现其输出电压对输出回路中负载变化抑制能力的重要指标。直流稳定电源按其输出端可分为有、无电压取样端两种输出形式。通过分析常用直流稳定电源稳压负载效应校准的连线方法，针对无电压取样端的直流稳定电源设计了一款专用插头，在引入极小测量误差的情况下，使接线更为方便快捷，从而提高校准直流稳定电源的工作效率。     

放电电压和屏栅电压对离子推力器性能的影响

利用试验和数值模拟相结合的方法研究6 cm Kaufman离子推力器放电电压和屏栅电压的变化对其工作性能的影响。试验中,离子推力器使用氩气作为推进剂,测量了多组不同工况下的性能参数。此外,基于Goebel的理论模型模拟了放电电压对束流电流和推进剂利用率的影响;采用单元内粒子 蒙特卡罗碰撞（PIC-MCC方法模拟屏栅电压对束流电流、推进剂利用率和加速栅极电流的影响。试验和数值模拟结果一致,发现当放电电压逐渐增大时,引出的束流电流和推进剂利用率先增加然后趋于稳定;当屏栅电压逐渐增大时,引出的束流电流和推进剂利用率先增加然后趋于稳定,加速栅极电流先减小后趋于稳定。研究可以为提高多模式离子推力器的性能提供参考。     

1.5 kW级磁聚焦霍尔推力器阳极电源设计

介绍了1.5 kW级磁聚焦霍尔推力器阳极电源的设计,针对电源输入输出电压宽范围、高升压比的特点,设计了变压器原边并联,副边串联的双变压器结构;为了提高效率,分析了滞后臂实现软开关的实现条件;为了抑制整流二极管反向恢复的电压尖峰,变压器原边使用了两个钳位二极管且在变压器副边采用了CDD无损吸收电路。针对霍尔推力器负载特点,设计了双零点三极点补偿器,提高了电源的动态和稳态特性。最后,给出了产品实物及滤波单元原理并验证了方案的合理性。     

地面数字电视基带调制器芯片电源网络设计

对IR-drop和EM现象进行了解释和分析,结合地面数字电视基带调制器芯片的设计,将标准单元区域简化为电源电阻网络进行建模,根据模型计算出最大电压降,在保证最大电压降区域能够正常工作的基础上,简单有效地设计了标准单元模块区域的电源网络,最后在考虑到宏模块电源环压降的前提下,将宏模块区域转化成标准单元区域进行建模,完成了整个芯片的电源网络设计.此方法运用于早期布局,确保电源分配的可靠性,提高设计效率,通过地面数字电视多媒体广播的全模式发射端芯片的流片成功和功能的实现,证明了该方法的实用性和有效性.     

动态参数测量系统的电源可靠性设计

描述了具有热电池和带有低温加热电路的锂电池双备份的系统电源设计。介绍了当供电电源出现过压、欠压和中断情况时,系统的保护设计。提供了防护措施以保障热电池的安全性,并给出了系统总体设计框图。     

大型无人机电源系统故障诊断专家系统

在以PXI总线和虚拟仪器技术为核心的测试系统平台基础上,针对大型无人机机载电源系统及典型配电结构,通过故障模式分析和故障树设计等手段,设计了适用于大型无人机机载电源系统的故障诊断专家系统来推理故障原因、定位故障位置和提出解决措施.在该系统中,建立了基于规则的正向推理专家知识库并引入置信度因子来解决故障的非精确推理问题.通过某型无人机电源系统的试验验证,本系统可有效提高测试的智能化程度,满足无人机机载系统的维修性、保障性要求.     

DC／DC变换器在航天器二次电源中的应用

DC／DC变换器以其可靠性好、集成度高、体积小、效率高等特点,在航天工程二次电源系统中得到广泛应用．但是在DC／DC直流变换过程中容易引入或形成各种干扰噪声,不仅直接影响供电质量,而且影响航天器的技术性能及指标．为解决干扰问题,提高二次电源的可靠性,结合航天器实际任务,讨论分析了DC／DC变换器设计应用中的关键技术,主要包括软启动设计、滤波设计、EMC设计、可靠性设计、抗辐照设计等．综合采取上述措施后,二次电源的可靠性大大提高,浪涌电流减少至原来的1／20,输出纹波减少至原来的1／4．通过对二次电源输出电压线的传导发射测试（CE）和二次电源机箱的辐射发射测试（RE）,发现其测量值均低于标准中规定的极限值．实验结果及工程实际应用结果表叽所提出的设计方案具有良好的效果．     

小天体探测器电源系统方案设计及仿真

研究了小天体探测器在深空特殊环境下电源系统所面对的问题,提出了全调节母线能量直接传递的电源系统方案。根据探测器的轨道特性,分析了探测器在飞行过程中环境条件和不同负载等对电源系统的影响,考虑光照条件和峰值功率之间的关系,基于能量平衡的原理,对探测器的电源系统进行分析、设计。最后,通过数学仿真验证了方案设计的合理性。