Two-Stage Factorized Power Architecture DC–DC Converter for Spacecraft Secondary Power Supply System

电感器 交错 涟漪 开关电源 反激变换器 电气工程 降压式变换器 升压变换器 功率密度 电子工程 正激变换器 变压器 工程类 电压 物理 功率(物理) 量子力学
作者
Lei Wang,Donglai Zhang,Yungang Yang,Hongzhu Li
出处
期刊:IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10 (5): 5392-5413 被引量:7
标识
DOI:10.1109/jestpe.2022.3140431
摘要

In this article, we propose a two-stage factorized power architecture (FPA) dc–dc converter, which caters to applications that require high efficiency, high power density, low ripple, and high dynamic response of space-borne low-voltage and high-current power supply. The first-stage 48 V intermediate bus converter (IBC) adopts the six-phase interleaving magnetic integration buck converter (IMIBC). A new array high symmetry multi-phase coupled inductor (CI) is constructed, and a general zero-voltage switching (ZVS) control strategy is proposed. The designed IBC provides 2.4 kW power with a density of up to 1400 W/in3 and efficiency up to 97.15%. The second-stage point of load converter (POLC) adopts the four-phase interleaving magnetic integration LLC dc/dc transformer (DCX). A new method of current sharing, which is based on the inverse coupling resonant inductor, is proposed. This method yields good current sharing under a 15% mismatch of resonance parameters. A highly symmetrical four-phase resonant CI and a four-phase magnetic integration transformer are developed; the design of magnetic components is optimized by constructing a high-precision magnetic circuit mode. The designed POLC has a power density of up to 700 W/in3 and an efficiency of up to 97.1%. Finally, the experimental prototype is fully tested against a similar type of Vicor’s products. According to the results, the power supply designed in this article has several benefits with regard to efficiency, power density, transient response speed, and ripple.

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