[發明專利]用于微小衛星地面試驗應用的太陽能電池模擬裝置

有效

• 申請號: 201210001365.7
• 申請日: 2012-01-04
• 公開（公告）號: CN102566444A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 丁立聰;金小軍;沈國權;羅明玲;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及航天器件模擬領域和程控電源領域，尤其涉及適用于微小衛星地面試驗應用的太陽能電池模擬裝置。

背景技術

微小衛星是指質量在100Kg以下的衛星，其供電部分一般由太陽能電池和蓄電池構成。由于航天太陽能電池造價昂貴、地面試驗條件(如地面光照條件受天氣影響嚴重)等因素，需要有一種能夠模擬太陽能電池輸出的電源來代替太陽能電池，以降低衛星的研制費用和縮短衛星的研制周期。

如圖1所示，現有技術的針對微小衛星地面試驗應用的太陽能電池模擬裝置由計算機、母板和子板構成，計算機通過標準計算機數據接口分別與各個母板相連，每一個母板又分別與對應的各個子板相連。計算機向母板傳送指令，母版接收到指令后傳給相應的子板，子板將數據傳給母板，再由母板傳送給計算機，由計算機軟件進行顯示。如圖2所示，現有技術的子板由MCU(Micro?Control?Unit，微控制器，又稱單片機)、DAC(Digital?to?Analog?Convertor，數模轉換器)、壓控恒流源電路、ADC(Analog?to?Digital?Convertor，模數轉換器)、保護電路構成，MCU與母板相連且MCU的輸出端和DAC相連，DAC的輸出端和壓控恒流源電路輸入端相連，壓控恒流源電路輸出端分別和ADC以及保護電路輸入端相連，ADC輸出端和MCU輸入端相連。但是，現有技術的太陽電池模擬裝置有三個缺點：第一，現有技術的太陽電池模擬裝置包括多個母板，每一個母板又對應多個子板，電路板結構復雜，而且安裝時時需要進行組裝，安裝效率低。第二，每塊子板上都有一片MCU，相對于用一塊MCU來控制所有的子板，未充分利用MCU資源，器件資源利用率低。第三，現有技術的太陽能電池模擬裝置的壓控恒流源電路主要由功率放大器(PA，Power?Amplifier)構成(如達林頓管)，由于PA的效率較低，導致，現有技術的太陽能電池模擬裝置的能量轉換效率低、能量利用率低。其功率輸出能力在10W以內，應用于瓦級別的衛星地面試驗尚可，如果衛星功耗增大至十瓦的量級，必然導致自身發熱量過大，需有較好的散熱系統進行協同工作。

此外，目前市場上也有能夠模擬太陽能電池輸出的儀器，但是這些模擬太陽能電池輸出的儀器具有下述缺點：首先，此類儀器一般針對地面太陽能電池發電研制，價格昂貴，功能復雜，功率大，在一小段功率范圍內精度低，不適合功耗為幾十瓦的微小衛星應用。其次，此類儀器接口有限，一臺儀器一般不能滿足體裝式衛星需求的多路太陽能電池的輸出的需求。最后，此類儀器一般不能模擬衛星在軌時各個面光照強度和溫度不斷變化的情況。對微小衛星的研究來說，與之相配合的試驗裝置的小型化、高可靠性和強針對性有利于其的試驗的進行，綜上所述，現有技術下的模擬裝置在應用于微小衛星的地面實驗上都存在不足，不能滿足用于微小衛星地面試驗應用的需要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能量轉換效率高、電路輸出精度高、體積小巧、電路結構簡單、能耗低、成本低、應用范圍廣泛的用于微小衛星地面試驗應用的太陽能電池模擬裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種用于微小衛星地面試驗應用的太陽能電池模擬裝置，包括中央處理單元、控制單元、用于采集電壓和電流的電池信息采集單元和用于驅動負載的功率輸出單元，所述電池信息采集單元包括電壓傳感器和電流傳感器，所述功率輸出單元包括多個變壓電路，所述電壓傳感器和電流傳感器分別與各個變壓電路的輸出端相連，所述中央處理單元和控制單元相連，所述控制單元的輸入端分別與電壓傳感器、電流傳感器相連，所述中央處理單元的輸出端分別通過各個變壓電路與負載相連。

作為上述技術方案的進一步改進：

它還包括用于在變壓電路的輸出端輸出地電流和電壓超過預設值時關斷變壓電路輸出的保護單元，所述保護單元的控制端與控制單元相連。

所述保護單元包括譯碼電路和數量與變壓電路的數量相同的開關保護電路，所述變壓電路通過開關保護電路與負載相連，所述控制單元通過譯碼電路分別與各個開關保護電路的控制端相連。

所述開關保護電路包括開關電路和繼電器，所述開關電路的控制端與譯碼電路相連，所述開關電路的輸出端與繼電器的控制端相連，所述變壓電路通過繼電器與負載相連。

所述開關電路為基于N溝道金屬氧化物三極管的開關電路。

它還包括用于將數字信號轉換為模擬信號的模數轉換單元，所述電壓傳感器和電流傳感器均為模擬傳感器，所述控制單元的輸入端通過模數轉換單元分別與電壓傳感器、電流傳感器相連。