宇航用大功率交错并联Buck变换器设计与实现
电子技术应用
吴临玉，康端刚，王旭升
兰州空间技术物理研究所
摘要： 针对某空间低温制冷机对DC-DC变换器提出的高功率密度、高效率和高可靠的要求，设计了一种适用于制冷机的大功率交错并联Buck变换器。详细阐述了交错并联Buck变换器的设计过程，并成功研制出一台额定功率800 W的产品，在峰值功率下实现了95%的转换效率，实现了高效率的设计目标，验证了理论分析和方法的正确性。该电路经过测试验证满足性能指标要求，并成功应用于飞行任务，为后续大功率变换器的设计提供了参考。
中圖分類號：TM46 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257103
中文引用格式： 吳臨玉，康端剛，王旭升. 宇航用大功率交錯并聯Buck變換器設計與實現[J]. 電子技術應用，2026，52(4)：121-126.
英文引用格式： Wu Linyu，Kang Duangang，Wang Xusheng. Design and implementation of a high-power interleaved buck converter for aerospace applications[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(4)：121-126.
中文引用格式： 吳臨玉，康端剛，王旭升. 宇航用大功率交錯并聯Buck變換器設計與實現[J]. 電子技術應用，2026，52(4)：121-126.
英文引用格式： Wu Linyu，Kang Duangang，Wang Xusheng. Design and implementation of a high-power interleaved buck converter for aerospace applications[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(4)：121-126.
Design and implementation of a high-power interleaved buck converter for aerospace applications
Wu Linyu，Kang Duangang，Wang Xusheng
Lanzhou Institute of Physics
Abstract： A high-power interleaved parallel buck converter suitable for a low-temperature refrigeration unit in a certain space was designed to meet the requirements of high power density, high efficiency, and high reliability for DC-DC converters. This article elaborates on the design process of the interleaved parallel buck converter and successfully develops a product with a rated power of 800 W. It achieves a conversion efficiency of 95% at peak power, achieving the design goal of high efficiency and verifying the correctness of theoretical analysis and methods. The circuit has been tested and verified to meet the performance requirements, and has been successfully applied to model flight missions, providing reference for the design of subsequent high-power converters.
Key words : high-power converter；buck converter；interleaved parallel connection；high efficiency
引言
隨著空間低溫制冷技術的提升，衛星載荷的功率正在不斷增加，這使得DC-DC變換器在效率和體積方面面臨更高的要求[1]。現有的DC-DC變換器已經難以滿足未來宇航任務的需求，因此，效率和體積的持續提升[2]，成為未來宇航用DC-DC變換器發展的必然趨勢。
在高功率DC-DC變換器中，Buck變換器以其結構簡潔和輸入電壓范圍廣而著稱。通過精心設計的環路，它能在較寬頻帶內實現低輸出阻抗，從而滿足動態響應過程中對電壓穩定度的嚴格需求。針對大電流輸出，Buck變換器可便捷地拓展為多相交錯并聯結構。這種多相并聯設計能有效抵消輸入和輸出電容上的電流紋波，顯著降低對電容容值和ESR的要求。此外，交錯并聯還能提升功率密度和散熱能力，因為功率被分散到多個相位，每個相位的電流更小，從而允許使用更小尺寸的電感和MOS管。同時，熱量也被分散到更大面積上，使得散熱更為容易[3]。本文基于交錯并聯Buck變換拓撲，設計了一種輸入電壓范圍70 V~110 V、輸出電壓42 V、額定功率800 W的DC-DC變換器，并進行了相應的驗證試驗。驗證結果表明，該DC-DC變換器的峰值效率達到95.57%，實現了高可靠和高效率設計目標，驗證了理論分析的正確性。
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作者信息：
吳臨玉，康端剛，王旭升
（蘭州空間技術物理研究所，甘肅 蘭州 730000）
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