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衛星電源控制單機的研發(fā)與實(shí)現
電源系統是衛星正常工作的最基礎和最重要的分系統之一，下面是小編搜集整理的一篇探究衛星電源控制單機研發(fā)的論文范文，歡迎閱讀查看。
摘要：電源控制單機是衛星電源系統的控制核心部件。在此論述了一種電源控制單機模塊化設計方案，具備調節能力強、穩定的母線(xiàn)電壓、長(cháng)壽命、高可靠性和能量轉換效率高等特點(diǎn)，為衛星電源系統提供更好的電源品質(zhì)。
關(guān)鍵詞：母線(xiàn);控制單機;模塊化
衛星電源系統在額定電壓范圍內產(chǎn)生、儲存、調節、控制電能，為所有平臺和有效載荷供電，并在出現可靠性故障時(shí)對電源系統所有部件提供保護。除返回式衛星外，國內外90%以上的航天器電源系統采用了太陽(yáng)電池陣/蓄電池組(SA/B)電源系統[1].在光照期由太陽(yáng)電池陣發(fā)電，對星上設備供電和對儲能電池組充電;在地影期間由儲能電池組對星上設備供電。電源控制單機通過(guò)對儲能電池組的充放電調節控制、太陽(yáng)電池陣輸出多余功率的分流調節，完成電源系統一次電源變換控制，保持電源母線(xiàn)供電的穩定，滿(mǎn)足整星負載的供配電要求。文章描述了一種衛星電源控制單機的設計實(shí)現方法，控制單機采用模塊化設計，便于組裝維護，重量輕。
1控制單機概述
電源控制單機采用SAST4000平臺，雙獨立母線(xiàn)設計，一條是平臺母線(xiàn)，其為全調節母線(xiàn)，電源控制單機負責平臺負載的供配電，另一條是載荷不調節母線(xiàn)，不經(jīng)過(guò)電源控制單機，直接進(jìn)行載荷的供電。
1.1平臺母線(xiàn)調節設計
平臺母線(xiàn)選擇為全調節母線(xiàn)，從而保證給星上其他分系統供電電壓的穩定，及母線(xiàn)電壓的穩定。當衛星在地影期時(shí)，通過(guò)平臺放電調節電路完成從平臺蓄電池組到平臺母線(xiàn)的升壓變換并穩定母線(xiàn)電壓。當衛星處于光照期時(shí)且平臺蓄電池能量充足時(shí)，通過(guò)平臺充電/分流電路完成平臺母線(xiàn)的供電與多余平臺太陽(yáng)電池陣的分流并穩定母線(xiàn)電壓。當衛星處于光照期時(shí)且平臺蓄電池能量不足時(shí)，通過(guò)平臺充電/分流電路完成平臺母線(xiàn)的供電與平臺蓄電池組的充電補充并穩定母線(xiàn)電壓。優(yōu)先級：平臺太陽(yáng)電池陣優(yōu)先滿(mǎn)足平臺母線(xiàn)電壓供電，再對不足的平臺蓄電池組補充能量，最后才將多余的太陽(yáng)電池陣能量分流以器件熱輻射形式發(fā)散。
1.2載荷母線(xiàn)調節設計
光照期，載荷工作時(shí)由太陽(yáng)電池陣與蓄電池組聯(lián)合供電，載荷不工作時(shí)太陽(yáng)電池陣通過(guò)TR充電控制電路完成蓄電池組的能量補充。地影期全部由蓄電池組供電。這種方式優(yōu)點(diǎn)是在軌使用普遍，技術(shù)成熟。
2控制單機設計方案
2.1單機模塊組成
當兩條母線(xiàn)的調節方式確立后，意味著(zhù)電源控制單機的平臺和載荷充放電控制方式確定，同時(shí)根據系統要求可以把電源控制單機的功能進(jìn)行分解，其主要由平臺放電調節模塊、平臺充電分流模塊、TR充電分流模塊、濾波模塊、遙測遙控模塊、平臺鋰離子均衡模塊、TR鋰離子均衡模塊及下位機模塊組成，如下圖1所示。
2.2單機各模塊功能
2.2.1平臺放電調節模塊
光照期，若出現峰值功率，平臺太陽(yáng)電池陣的輸出功率無(wú)法滿(mǎn)足平臺母線(xiàn)負載的功率需求，則由平臺蓄電池組通過(guò)電源控制單機的變換、調節后補充供電;在地影期，平臺母線(xiàn)負載的功率需求全部由平臺蓄電池組通過(guò)電源控制單機變換、調節后提供。其中，電源控制單機的變換、調節功能由放電調節模塊實(shí)現。
2.2.2平臺濾波模塊
平臺放電調節電路以及平臺充電分流調節電路均屬于開(kāi)關(guān)電源，平臺濾波模塊主要是在平臺母線(xiàn)輸出端口使用電容濾波模塊，提高平臺母線(xiàn)的電源品質(zhì)，使母線(xiàn)的輸出紋波和動(dòng)態(tài)響應滿(mǎn)足指標要求，同時(shí)在平臺濾波模塊上還包括電源分系統所使用的二次電源模塊，以及對平臺母線(xiàn)電流遙測及有線(xiàn)接口。
2.2.3平臺充電分流模塊
充電分流控制模塊控制電路充分利用了太陽(yáng)電池陣I-V曲線(xiàn)的特性，可直接并在太陽(yáng)電池分陣兩端，根據系統母線(xiàn)負載的用電需求，在滿(mǎn)足母線(xiàn)穩定的同時(shí)把太陽(yáng)電池分陣供入的富裕功率提供給蓄電池組充電。對太陽(yáng)電池陣而言，太陽(yáng)電池供電陣、充電陣采用了合一的設計方案，電源下位機通過(guò)充電分流控制硬件接口，實(shí)現軟件充電控制，蓄電池組過(guò)壓和單體過(guò)壓保護等功能。
2.2.4遙測遙控模塊
完成母線(xiàn)電壓和蓄電池組電壓等主要電源參數模擬值的遙測采樣，接受和執行地面遙控指令。
2.2.5 TR充電控制模塊
充電控制由軟硬件結合實(shí)現，軟件可以通過(guò)地面注數選擇控制任意一路充電電路，當軟件故障時(shí)可通過(guò)地面直接遙控指令將軟件控制切出改為硬件單獨控制�？紤]到蓄電池組一節單體失效的情況，在硬件電路中設置主、備兩個(gè)限壓控制點(diǎn)。當電池組電壓達到設定值時(shí)，限壓充電控制電路開(kāi)始起作用，將太陽(yáng)陣電流全部分流。
2.2.6均衡管理模塊
保證鋰離子蓄電池單體間的電壓均一性，采取旁路電阻分流充電電流的均衡控制策略。在光照期的充電過(guò)程中，當任意單體蓄電池電壓與最低蓄電池單體電壓之差達到80m V(暫定，可在軌修改)或單體電壓超過(guò)4.15V(暫定，可在軌修改)時(shí)，電源下位機發(fā)出均衡指令，接通電壓較高單體的分流電路，旁路掉240m A左右的電流，從而減緩該蓄電池單體電壓的上升速度，達到均衡充電的目的;當衛星工作于地影期或均衡時(shí)間滿(mǎn)足一定條件時(shí)，斷開(kāi)均衡電路，防止蓄電池單體的過(guò)放電。
2.2.7下位機管理模塊
下位機管理模塊由軟件與硬件組成，主要功能如下：(1)完成總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議規定的應答操作;(2)采集、處理一次電源的工程參數，并對部分參數進(jìn)行數字濾波;(3)通過(guò)總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )完成遙測傳送和指令接收功能;(4) 完成平臺及TR蓄電池組的充電控制功能，電壓控制參數具備在軌注入調整功能;(5)完成平臺及TR蓄電池組均衡管理功能;(6) 完成平臺及TR蓄電池組充電控制過(guò)壓保護功能;(7)完成平臺蓄電池組欠壓報警功能;(8)完成對平臺和TR蓄電池組電壓、單體電壓的采集、處理功能;(9)提供TR蓄電池過(guò)流報警功能和欠壓報警功能。
3結束語(yǔ)
文章簡(jiǎn)要介紹了一種衛星電源控制單機模塊化設計方法，其優(yōu)點(diǎn)是單獨功能模塊設計布局與安裝較便捷，維護替換方便，具有一定的可拓展性。目前該產(chǎn)品已投入研制，從調試、測試和環(huán)境模擬試驗驗證等研制生產(chǎn)結果表明該設計方法合理可行。
參考文獻：
[1]穆肯德·帕特爾。航天器電源系統[M].北京：中國宇航出版社，2010:100-121.
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