S3R电路优化设计论文

1S3R电路工作原理

S3R分流调节控制电路通过采样母线电压获得功率信息，产生控制信号在分流域、充电域和放电域3个域内分别对分流调节器、充电控制器及放电控制器进行调节，实现整个轨道周期1次电源母线调节．S3R调节原理为母线主误差放大电路输出信号在一定范围内与S3R的一定工作模式对应．当负载减轻时，母线电压升高，MEA电压升高，分流电路依次进入分流状态;反之，当负载加重，母线电压降低，MEA电压降低，分流电路依次进入供电状态．

2S3R电路线性模型和控制闭环优化设计

2.1功率级模型及其线性化

S3R控制环路模型可以简化成由误差电压作为控制输入端，输出电流作为最终控制结果的模型，忽略迟滞比较器的非线性功能，将n个滞环控制器按照滞环电压与所对应的电流排列起来，如图3所示，虽然两级不是完全按照对角线连接起来，但是随着级数的增加，就可以把它近似线性化，简化控制系统设计．

2.2控制环路设计

S3R电路控制环路工作原理为当方阵供电电流超出负载要求时，母线电容充电，母线误差放大信号UMEA升高并达到回差比较电路设计的比较上限时，对应分流开关管短路．当方阵供电电流不满足负载要求时，母线电容放电，母线误差放大信号UMEA下降并达到回差比较电路设计的比较下限时，对应分流开关管开路．

3S3R电路稳健优化设计

通过对S3R电路常态仿真分析，母线输出电压满足(42±0.5)V标称要求，然后对电路进行灵敏度仿真分析，考虑当电路各个参数发生变化时，母线输出电压范围有多大程度的变化，据此找出可能引起母线输出电压最大变化的器件或参数，并确定在接下来的设计流程中着重处理哪些参数．灵敏度分析结果的数值越大，相应参数对输出变化的影响越大．通过灵敏度分析，找到对电路母线电压输出范围影响最大的参数，下面基于参数扫描分析稳压管，母线滤波电容，方阵电流，负载功率变化对母线电压的影响，并对母线滤波电容进行优化．本文对S3R电路进行最坏情况分析．具体过程如下:确定单级S3R电路为最坏情况分析电路对象;然后针对S3R电路工作环境及任务情况，定义最坏情况条件，令S3R电路参数值在表2浮动范围内按照正态分布随机取样;对所取样的参数值进行100次蒙特卡洛分析，检验在最坏情况下，器件在一定范围内浮动对母线电压输出的影响。

4结论

1)对在saber中搭建的S3R电路模型进行常态仿真分析，结果表明母线输出(42±0.2)V电压，满足±0.5V波动范围要求．

2)通过灵敏度分析找到对S3R电路母线输出性能影响最大的元器件．通过参数扫描分析，对母线滤波电容参数进行优化，确定母线滤波电容为6mF时，S3R电路母线电压输出稳定性更好，动态响应更快，过冲更小;稳压管在受－40～80℃温度影响变化内，电路母线电压输出满足在(42±0.5)V波动．并检验了单级S3R电路在一定方阵电流供给下的带载能力;

3)考虑在最坏情况下，指定电路中元器件参数在一定范围内按照正态分布，对S3R电路进行100次蒙特卡洛分析，稳态时，母线电压输出为41.799～42.154V，满足纹波±0.5V误差要求;对S3R电路分流器件进行最坏情况应力分析，结果表明，电路中分流器件降额数值在50%以下，满足器件降额要求．

4)基于三级S3R电路模型，检验负载突变工况下，电路通过参考电压高的级对母线进行供电，参考电压低的级对地分流，实现母线电压41.725～42.389V稳定输出;检验第二级方阵电流失效工况下，通过第一级分流调节电路调节母线电压，实现母线电压纹波±0.5V内稳定输出．

作者:李冬辉 高金艳 单位:天津大学 国防科技大学