当前我国航天事业正蓬勃发展，仅历时两年多，长征系列运载火箭将包括中国空间站天和核心舱与问天实验舱、嫦娥五号月球探测器、天问一号火星探测器、神舟载人飞船、天舟货运飞船、北斗三号导航卫星等在内的多个航天器安全送入太空的预定轨道。航天机电伺服系统作为航天器控制系统的主执行机构，自20世纪30年代以来，国外众多机构和学者先对其进行深入研究，不断向大功率航天伺服技术迈进，随后我国也不断攻克技术难关，也研制出大功率机电伺服产品，使得航天机电伺服系统更加体系化，目前已取得一系列成熟的伺服技术成果。伺服电源作为航天机电伺服系统中必不可少的组件[1-4]，其承担着伺服系统的能源需求，伺服电源是在伺服驱动器的控制下向伺服电机输出电能，伺服系统的负载特性与电源呈现紧密的耦合关系，伺服电源的特性有：长时小电流、瞬时正脉冲电流、负脉冲电流，具备长时工作、大功率、高容量的特点;机电伺服系统会在工作中出现加减速的现象，使得电机处于电动机和发电机的状态，因此伺服电源应具有输出正脉冲电流以及抗反灌电流冲击的特点。
常见的伺服电源有热电池、锌银电池、锂电池、发电机等，其中热电池具备很高的比能量和比功率，储存寿命长、激活时间短、工艺简单、造价低廉以及不需要维护的优点，伺服电源在军用领域较为常见，但伺服电源缺点在于热电池是一次电池，不可以进行再充电，无法满足伺服系统的长时间运作，重复利用的特点;锌银电池具有较高的比能量和比功率，维护简单，安全性能好，但是不足之处有成本较高、循环寿命短;锂电池具有高比能量和比功率、寿命长、循环次数多、体积小、重量轻等优点，伺服电源目前常用于电动汽车领域，也将成为未来军事和现代化设备必不可少的重要能源，但是伺服电源缺点是在高放电倍率下电池端电压下降幅度较大，不利于机电伺服系统的稳定性;发电机利用机械能转化为电能，其结构较为简单，但伺服电源缺点是受应用条件影响较大。
为此，本文提出了锂电池和储能电容的组合型伺服电源，将混合储能技术应用于航天伺服电源，如图1所示，伺服系统充分利用锂电池和储能电容的特性，使得伺服电源具备高能量密度和高功率密度的特点，锂电池作为伺服系统主能量源，为伺服系统提供稳定的电压等级;储能电容作为辅助能量源，通过隔离型双向变换器与电池相连接，实现输入输出电气隔离，满足伺服系统瞬时高峰值电流输出和制动能量吸收的工况，可以解决伺服系统中锂电池高倍率放电时端电压下降较大的现象。
故隔离型双向直流变换器的设计成为组合型伺服电源的关键，当前大功率隔离型双向直流变换器拓扑主要有双向有源全桥变换器(DAB)和双向谐振式变换器，其中DAB变换器采用移相控制，伺服电源可以实现双向切换，优点适用于宽增益范围范围，但是缺点是在输入输出电压幅值不匹配时，软开关范围窄，变换器的无功环流和电流应力会大大增加，进而也增大了功率器件、磁性元件的损耗，制约了效率的提升，目前为降低无功功率等，学者提出相应的控制策略[5-6]，但都较为复杂;双向谐振变换器可以实现全负载范围的软开关[7-8]，减小关断损耗以及无功环流的伺服电源损耗，但增益范围较窄，不适用于储能电容电压范围宽的场合;因此一些学者对两级式拓扑进行研究，Buck与LLC级联[9]，但当伺服系统电容电压变化较大时，开关管会处于极限的占空比，不易实现;当Boost与LLC级联时[10]，开关管承受较高的电压应力，造成器件选型困难。
为此本文提出采用四开关Buck-Boost(FSBB)与CLLLC谐振变换器级联的两级式拓扑，伺服系统可以拓宽电压增益范围，输入输出电压实现隔离，并且开关管电压应力不高，通过对双向直流变换器拓扑以及控制策略进行分析，最后伺服系统利用MATLAB进行了仿真验证所提出混合储能系统的有效性，为航天伺服电源提供了新的思路。
