一种基于无源混合型吸收电路的分流调节器

本发明属于分流体制的航天器电源控制器（pcu）领域，尤其涉及一种基于无源混合型吸收电路的分流调节器。

背景技术：

1、目前分流体制的航天器电源控制器系统普遍采用直接能量传递（direct energytransfer，det）架构，分流调节器是航天器电源控制器的一个重要模块，其传统拓扑形式如图1所示，太阳电池阵的能量通过分流调节器输送到母线上，当分流开关管关断时，太阳电池阵和母线之间仅通过二极管连接。

2、目前，在大功率卫星电源控制器的分流调节器模块中，普遍采用基于线性限流驱动方式，在高压大功率应用背景下，太阳电池阵大寄生电容、高压母线和高开关频率给分流调节器带来了新的挑战，导致分流开关管、二极管等功率器件电流、电压应力和功耗增大。具体问题如下：

3、1、线性限流问题。

4、目前，电源控制器主要采用线性限流的方法解决分流支路的大电流应力和热耗问题：检测分流支路电流，并根据采样结果相应降低分流开关管q1的栅极电压，使分流开关管q1工作于线性区，通过压控变阻器的方式改变电流。该方法主要采用“堵”或者说“耗”的方法解决问题，将寄生电容csa中的电场能耗散在主功率分流开关管q1上。但随着寄生电容csa中所储存的电场能越来越大，将能量完全耗散在分流开关管q1上，将导致分流开关管q1的电流应力和热应力急剧增大，热量难以散出，最终导致其过热甚至烧毁。

5、2、母线电容反向放电问题。

6、由于非肖特基输出二极管dout的反向恢复，或者肖特基输出二极管dout存在结电容，当分流开关管q1导通时，母线电容将通过肖特基输出二极管dout的反向恢复特性、或结电容反向放电，该电流对分流开关管q1产生了额外的电流应力负担。

7、3、功率器件应力控制问题。

8、电子系统中，半导体元器件上的电压及电流应力直接关系到电子系统的可靠性。在本申请中将通过无源混合型吸收电路（snubber），积极有效地对分流开关管q1及输出二极管dout两端的电压、电流应力进行控制，最终达到提高分流器模块可靠性的目的。

9、因此，有必要采取“疏”而非“堵”或“耗”的方法，将太阳电池阵阵寄生电容csa，或限流电感llim中的大部分能量释放到母线上。从而达到减小分流开关管q1上的电压、电流应力及热应力，提高可靠性的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于无源混合型吸收电路的分流调节器，旨在解决现有技术中存在的由于电流应力和热应力急剧增大，热量难以散出，最终导致分流开关管q1过热甚至烧毁；当分流开关管q1导通时，母线电容将通过肖特基输出二极管dout的反向恢复特性、或结电容反向放电，该电流对分流开关管q1产生了额外的电流应力负担；以及如何进行功率器件应力控制的技术问题。

2、本发明是这样实现的，一种无源混合型吸收电路，所述分流调节器包括限流电感llim、电流互感器ct、输出二极管dout、分流开关管q1、采样电阻rs及无源混合型吸收电路，所述无源混合型吸收电路包括有损吸收单元及无损吸收单元，所述限流电感llim一端连接电源阵，所述限流电感llim另一端分别连接所述电流互感器ct的原边电感一端及所述分流开关管q1的漏极，所述分流开关管q1的源极连接所述采样电阻rs的一端，所述采样电阻rs的另一端连接gnd，所述电流互感器ct的原边电感另一端连接所述输出二极管dout的阳极，所述输出二极管dout的阴极连接母线，所述有损吸收单元连接在所述限流电感llim的两端，及所述无损吸收单元连接在所述电流互感器ct及所述输出二极管dout的两端。

3、本发明的进一步技术方案是：所述有损吸收单元包括电阻r1及电容c1，所述电阻r1一端连接所述限流电感llim一端，及所述电容c1分别连接所述电阻r1另一端及所述限流电感llim另一端。

4、本发明的进一步技术方案是：所述无损吸收单元包括二极管d1、二极管d2、电容c2及电容c3，所述二极管d1的阳极连接所述电流互感器ct的原边电感一端，所述二极管d1的阴极分别连接所述二极管d2的阳极、所述电容c2的一端及所述电容c3的一端，所述电容c2的另一端连接所述电流互感器ct的原边电感另一端，及所述二极管d2的阴极及所述电容c3的另一端均连接所述输出二极管dout的阴极。

5、本发明的有益效果是：此种分流调节器能有效减小了分流开关管q1和输入二极管dout上的电压应力，大幅减小了分流开关管q1的开关损耗及热应力，以及通过无源混合型吸收电路对功率器件的电压应力和电流应力进行了精确的控制，元器件的降额得到保证，提高了分流调节器的可靠性。

技术特征：

1.一种基于无源混合型吸收电路的分流调节器，其特征在于，所述分流调节器包括限流电感llim、电流互感器ct、输出二极管dout、分流开关管q1、采样电阻rs及无源混合型吸收电路，所述无源混合型吸收电路包括有损吸收单元及无损吸收单元，所述限流电感llim一端连接电源阵，所述限流电感llim另一端分别连接所述电流互感器ct的原边电感一端及所述分流开关管q1的漏极，所述分流开关管q1的源极连接所述采样电阻rs的一端，所述采样电阻rs的另一端连接gnd，所述电流互感器ct的原边电感另一端连接所述输出二极管dout的阳极，所述输出二极管dout的阴极连接母线，所述有损吸收单元连接在所述限流电感llim的两端，及所述无损吸收单元连接在所述电流互感器ct及所述输出二极管dout的两端。

2.根据权利要求1所述的分流调节器，其特征在于，所述有损吸收单元包括电阻r1及电容c1，所述电阻r1一端连接所述限流电感llim一端，及所述电容c1分别连接所述电阻r1另一端及所述限流电感llim另一端。

3.根据权利要求1-2任一项所述的分流调节器，其特征在于，所述无损吸收单元包括二极管d1、二极管d2、电容c2及电容c3，所述二极管d1的阳极连接所述电流互感器ct的原边电感一端，所述二极管d1的阴极分别连接所述二极管d2的阳极、所述电容c2的一端及所述电容c3的一端，所述电容c2的另一端连接所述电流互感器ct的原边电感另一端，及所述二极管d2的阴极及所述电容c3的另一端均连接所述输出二极管dout的阴极。

技术总结
本发明适用于分流体制的航天器电源控制器（PCU）领域，提供了一种基于无源混合型吸收电路的分流调节器，所述分流调节器包括限流电感L<subgt;Lim</subgt;、电流互感器CT、输出二极管D<subgt;out</subgt;、分流开关管Q<subgt;1</subgt;、采样电阻R<subgt;s</subgt;及无源混合型吸收电路，所述无源混合型吸收电路包括有损吸收单元及无损吸收单元，旨在解决现有技术中存在的由于电流应力和热应力急剧增大，热量难以散出，最终导致分流开关管Q<subgt;1</subgt;过热甚至烧毁；当分流开关管Q<subgt;1</subgt;导通时，母线电容将通过肖特基输出二极管D<subgt;out</subgt;的反向恢复特性、或结电容反向放电，该电流对分流开关管Q<subgt;1</subgt;产生了额外的电流应力负担；以及如何进行功率器件应力控制的技术问题。

技术研发人员：张东来,孟彦辰,王超,刘治钢,朱立颖
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13