[發(fā)明專利]用于衛(wèi)星電源系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的拓撲電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210526424.2
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103872749A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉世超;黃軍;何小彬;張華輝;劉濤;陳杰;劉勇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 金家山

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星電源系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)拓撲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于衛(wèi)星電源系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的拓撲電路?。

背景技術(shù)

衛(wèi)星電源系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)模塊將太陽電池陣發(fā)出的功率按一定技術(shù)要求進行變換，調(diào)節(jié)為母線所需要的電壓，直接為負載供電，并控制蓄電池的充放電，以維持電源系統(tǒng)母線電壓的穩(wěn)定性。

相比現(xiàn)有的S³R、混合型和S⁴R功率調(diào)節(jié)拓撲技術(shù)，“T”型一體化功率調(diào)節(jié)拓撲技術(shù)具有所用的元器件少、集成度高、體積和重量小和質(zhì)量比功率大的優(yōu)點，此外，其在控制策略的難易度上優(yōu)于ESA正在研究的BCDSR功率調(diào)節(jié)技術(shù)。在BCDSR電路中，往往由于控制方案的設(shè)計相當(dāng)繁瑣，以致太陽陣分流、蓄電池充電以及蓄電池放電三種功能無法合理控制以及轉(zhuǎn)化；而在該“T”型一體化功率調(diào)節(jié)拓撲電路中，控制邏輯與S⁴R相似，只是在S⁴R基礎(chǔ)上增加了控制放電功能。因此，“T”型一體化功率調(diào)節(jié)電路中，分流、充電和放電三種功能控制合理，相互間轉(zhuǎn)化方便。

在2002?ESA(歐空局)第六屆年會論文集分刊《航天動力》上,《An?Efficient?Low?Cost?Modular?Power?System?For?Fully?Regulated?Bus?In?Low?Earth?Obrit?Applications?Or?“The?regulated?bus”》對BCDSR功率調(diào)節(jié)拓撲電路及其控制方案進行了詳細的闡述。但BCDSR功率調(diào)節(jié)拓撲電路的缺點在于，控制策略相當(dāng)復(fù)雜，充電功能和分流功能的控制轉(zhuǎn)化通過改變開關(guān)S2的占空比來實現(xiàn)，這種控制設(shè)計不合理，而且可靠性低；充電功能和放電功能之間轉(zhuǎn)化需要開關(guān)S1和S2相互切換，這種控制設(shè)計很不方便。

現(xiàn)有的功率調(diào)節(jié)拓撲技術(shù)，無法滿足質(zhì)量比功率的更高要求。事實上，電源系統(tǒng)的質(zhì)量比功率已經(jīng)嚴(yán)重制約了衛(wèi)星上載荷能力的提升，因此，迫切需要一種集成度高、質(zhì)量比功率大以及控制方便的功率調(diào)節(jié)拓撲電路及控制方法。?

目前沒有發(fā)現(xiàn)國內(nèi)有同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種用于衛(wèi)星電源系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的拓撲電路及控制方法，用以解決現(xiàn)有的衛(wèi)星電源系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)拓撲技術(shù)集成度低以及無法滿足高質(zhì)量功率比的應(yīng)用需求的問題。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提出的一種用于衛(wèi)星電源系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的拓撲電路，包括：“T”型一體化主電路拓撲和邏輯控制電路拓撲；

所述“T”型一體化主電路拓撲包括三個功率MOS管Q1、Q2和Q3、三個各自體二極管D1、D2和D3、一個功率二極管D4和一個儲能電感L；?

所述“T”型一體化主電路拓撲中，太陽電池陣輸出通過功率二極管D4與負載相連，對其進行供電；所述三個功率MOS管Q1、Q2和Q3以及三個各自體二極管D1、D2和D3按照“T”型拓撲結(jié)構(gòu)布局，分別與太陽陣、蓄電池和地線相連，根據(jù)邏輯控制完成太陽陣分流、蓄電池充電和放電三種功能；所述儲能電感L直接與蓄電池相連，完成在蓄電池充電和放電過程中能量儲存功能；

所述控制邏輯電路拓撲包括四個與非門、兩個二極管、濾波電容和若干個穩(wěn)壓管。

進一步，所述?“T”型一體化拓撲電路的控制邏輯為：

陰影期，蓄電池通過放電來給負載供電，這時MOS管Q1、Q3處在關(guān)斷狀態(tài)，Q2處在PWM調(diào)制狀態(tài)；

光照期，太陽電池陣通過功率二極管給負載供電；

光照期，當(dāng)載荷工作在峰值功率時，太陽電池陣和蓄電池聯(lián)合供電，這時MOS管Q2處在PWM調(diào)制狀態(tài)，Q1、Q3處在關(guān)斷狀態(tài)；

光照期，當(dāng)太陽電池陣的輸出功率大于載荷所需功率時，太陽電池陣對蓄電池進行充電，這時MOS管Q1處在PWM調(diào)制狀態(tài)，Q2、Q3處在關(guān)斷狀態(tài)；

光照期，當(dāng)太陽電池陣輸出功率滿足載荷要求，并且蓄電池已經(jīng)充滿，太陽電池陣進行分流調(diào)節(jié)，這時MOS管Q1、Q2處在PWM調(diào)制狀態(tài)，Q3處在關(guān)斷狀態(tài)。