[發(fā)明專利]基于脈寬調(diào)制的新型衛(wèi)星電源系統(tǒng)充電分流功率調(diào)節(jié)器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210371109.7
• 申請(qǐng)日: 2012-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN102832677A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周健;金波;劉勇;張婷婷;許峰;錢斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00;H02J7/35
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;賈慧琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明適用于航天電源控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于脈寬調(diào)制的新型衛(wèi)星電源系統(tǒng)充電分流功率調(diào)節(jié)器。

背景技術(shù)

目前，絕大部分航天器電源系統(tǒng)均采用太陽光伏電源系統(tǒng)，又稱為太陽電池陣-蓄電池組電源系統(tǒng)。由于航天器運(yùn)行過程中存在著太陽電池陣和蓄電池工作條件的變化、負(fù)載的變化、及長(zhǎng)期運(yùn)行過程中的性能衰減等多種因素，將會(huì)導(dǎo)致電源系統(tǒng)輸出功率或電壓發(fā)生變化。為使電源母線電壓穩(wěn)定在負(fù)載能夠接受的范圍內(nèi)，大部分電源系統(tǒng)配有功率調(diào)節(jié)器。

由于衛(wèi)星母線控制方式不一樣，相應(yīng)的母線系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也不一樣，其電源控制方式主要可歸納為：S³R型功率調(diào)節(jié)技術(shù)、混合型功率調(diào)節(jié)技術(shù)、S⁴R型功率調(diào)節(jié)技術(shù)。

1.???S³R功率調(diào)節(jié)技術(shù)

S³R功率調(diào)節(jié)直接從太陽陣調(diào)節(jié)母線電壓，以負(fù)載需要的電流提供給負(fù)載功率，并將多余的能量分流掉，與充電電路互相獨(dú)立。其原理框圖見圖1。

對(duì)于太陽同步軌道需要頻繁進(jìn)行充放電的航天器，S³R功率調(diào)節(jié)技術(shù)存在一定的限制。由于其充電控制器和放電控制器均直接與電源母線相聯(lián)，當(dāng)遇到低母線電壓體系（如28V）的要求時(shí)，蓄電池組的充電電壓會(huì)受到較大限制，不得不靠減少蓄電池單體數(shù)量并擴(kuò)大蓄電池容量來滿足電源系統(tǒng)對(duì)電池?cái)?shù)目的要求，而蓄電池單體數(shù)目的減少和蓄電池單體容量的增加則會(huì)帶來充電電流的增大，因此在進(jìn)行太陽同步軌道航天器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需慎重使用S³R功率調(diào)節(jié)技術(shù)。

2.???混合型功率調(diào)節(jié)技術(shù)

混合型功率調(diào)節(jié)技術(shù)是為克服S³R功率調(diào)節(jié)技術(shù)的局限而產(chǎn)生的，針對(duì)太陽同步軌道衛(wèi)星低母線電壓供電體系和需要頻繁進(jìn)行充放電的特點(diǎn)，其主誤差放大器在兩個(gè)線性區(qū)間內(nèi)分別控制分流調(diào)節(jié)器和放電調(diào)節(jié)器，減少了控制電路的復(fù)雜程度；采用充電陣和供電陣彼此獨(dú)立的設(shè)計(jì)技術(shù)，通過獨(dú)立的充電陣對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電和控制實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)母線的全調(diào)節(jié)功能。混合型功率調(diào)節(jié)技術(shù)的框圖見圖2。該技術(shù)缺點(diǎn)在于充電陣與供電陣相分離，當(dāng)供電陣滿足負(fù)載功率需求后多余的方陣功率會(huì)被白白分流掉，造成整個(gè)系統(tǒng)使用效率的下降。

3.??S⁴R功率調(diào)節(jié)技術(shù)

S⁴R功率調(diào)節(jié)技術(shù)可以將太陽翼分陣發(fā)出的能量直接提供給母線負(fù)載并對(duì)貯能電源進(jìn)行充電，圖3是利用S⁴R技術(shù)設(shè)計(jì)的功率調(diào)節(jié)單元，也是S⁴R技術(shù)的基本組成模塊。

S⁴R型功率調(diào)節(jié)技術(shù)綜合了S³R和混合型功率調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服了混合型功率調(diào)節(jié)技術(shù)使用獨(dú)立充電陣的現(xiàn)象，將所有太陽翼各分陣的功能進(jìn)行了擴(kuò)展，使各個(gè)太陽電池陣分陣在光照期時(shí)既具有供電陣的功能、又具有充電陣的功能；同時(shí)由于該功率調(diào)節(jié)模塊的充電單元是直接聯(lián)在太陽翼分陣的輸出端，可以克服S³R技術(shù)中充電控制器聯(lián)接在母線上所帶來功率損耗過大和重量過高的缺點(diǎn)，提高了充電效率。

目前，S⁴R型功率調(diào)節(jié)器均采用頻率調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星電源的充電分流控制功能，其控制框圖如圖4所示。圖4中蓄電池電壓Va和母線電壓Vb分別輸入誤差放大器1和誤差放大器2，經(jīng)過信號(hào)放大后得到控制信號(hào)Vc和控制信號(hào)Vd，控制信號(hào)Vc和蓄電池電壓基準(zhǔn)同時(shí)輸入滯環(huán)比較器a，控制信號(hào)Vd和母線電壓基準(zhǔn)同時(shí)滯環(huán)比較器b，經(jīng)過滯環(huán)比較后分別得到脈沖信號(hào)Ga和Gb，分別對(duì)開關(guān)管Mc、Md和Ma、Mb的通斷進(jìn)行控制。由于采用放大后的蓄電池電壓及母線電壓紋波作為滯環(huán)比較器的控制信號(hào)，脈沖信號(hào)Ga和Gb的頻率同時(shí)受到負(fù)載大小及滯環(huán)比較器電阻電容值多種因素影響，電路參數(shù)的確定較為困難，特別是負(fù)載小功率時(shí)輸出母線電壓及蓄電池電壓穩(wěn)定差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于脈寬調(diào)制的新型衛(wèi)星電源系統(tǒng)充電分流功率調(diào)節(jié)器，它采用脈寬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星電源的充電分流控制功能，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將一種比較新穎的控制拓?fù)鋺?yīng)用于S⁴R型功率調(diào)節(jié)技術(shù)，繼承了S⁴R型功率調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并且控制電路簡(jiǎn)單可靠。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：