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衛(wèi)星電源控制單機的研發(fā)與實現(xiàn)
電源系統(tǒng)是衛(wèi)星正常工作的最基礎和最重要的分系統(tǒng)之一，下面是小編搜集整理的一篇探究衛(wèi)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(wèi)星電源系統(tǒng)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(diào)節(jié)能力強、穩(wěn)定的母線電壓、長壽命、高可靠性和能量轉換效率高等特點，為衛(wèi)星電源系統(tǒng)提供更好的電源品質(zhì)。
關鍵詞：母線;控制單機;模塊化
衛(wèi)星電源系統(tǒng)在額定電壓范圍內(nèi)產(chǎn)生、儲存、調(diào)節(jié)、控制電能，為所有平臺和有效載荷供電，并在出現(xiàn)可靠性故障時對電源系統(tǒng)所有部件提供保護。除返回式衛(wèi)星外，國內(nèi)外90%以上的航天器電源系統(tǒng)采用了太陽電池陣/蓄電池組(SA/B)電源系統(tǒng)[1].在光照期由太陽電池陣發(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。電源控制單機通過對儲能電池組的充放電調(diào)節(jié)控制、太陽電池陣輸出多余功率的分流調(diào)節(jié)，完成電源系統(tǒng)一次電源變換控制，保持電源母線供電的穩(wěn)定，滿足整星負載的供配電要求。文章描述了一種衛(wèi)星電源控制單機的設計實現(xiàn)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，雙獨立母線設計，一條是平臺母線，其為全調(diào)節(jié)母線，電源控制單機負責平臺負載的供配電，另一條是載荷不調(diào)節(jié)母線，不經(jīng)過電源控制單機，直接進行載荷的供電。
1.1平臺母線調(diào)節(jié)設計
平臺母線選擇為全調(diào)節(jié)母線，從而保證給星上其他分系統(tǒng)供電電壓的穩(wěn)定，及母線電壓的穩(wěn)定。當衛(wèi)星在地影期時，通過平臺放電調(diào)節(jié)電路完成從平臺蓄電池組到平臺母線的升壓變換并穩(wěn)定母線電壓。當衛(wèi)星處于光照期時且平臺蓄電池能量充足時，通過平臺充電/分流電路完成平臺母線的供電與多余平臺太陽電池陣的分流并穩(wěn)定母線電壓。當衛(wèi)星處于光照期時且平臺蓄電池能量不足時，通過平臺充電/分流電路完成平臺母線的供電與平臺蓄電池組的充電補充并穩(wěn)定母線電壓。優(yōu)先級：平臺太陽電池陣優(yōu)先滿足平臺母線電壓供電，再對不足的平臺蓄電池組補充能量，最后才將多余的太陽電池陣能量分流以器件熱輻射形式發(fā)散。
1.2載荷母線調(diào)節(jié)設計
光照期，載荷工作時由太陽電池陣與蓄電池組聯(lián)合供電，載荷不工作時太陽電池陣通過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)點是在軌使用普遍，技術成熟。
2控制單機設計方案
2.1單機模塊組成
當兩條母線的調(diào)節(jié)方式確立后，意味著電源控制單機的平臺和載荷充放電控制方式確定，同時根據(jù)系統(tǒng)要求可以把電源控制單機的功能進行分解，其主要由平臺放電調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)模塊
光照期，若出現(xiàn)峰值功率，平臺太陽電池陣的輸出功率無法滿足平臺母線負載的功率需求，則由平臺蓄電池組通過電源控制單機的變換、調(diào)節(jié)后補充供電;在地影期，平臺母線負載的功率需求全部由平臺蓄電池組通過電源控制單機變換、調(diào)節(jié)后提供。其中，電源控制單機的變換、調(diào)節(jié)功能由放電調(diào)節(jié)模塊實現(xiàn)。
2.2.2平臺濾波模塊
平臺放電調(diào)節(jié)電路以及平臺充電分流調(diào)節(jié)電路均屬于開關電源，平臺濾波模塊主要是在平臺母線輸出端口使用電容濾波模塊，提高平臺母線的電源品質(zhì)，使母線的輸出紋波和動態(tài)響應滿足指標要求，同時在平臺濾波模塊上還包括電源分系統(tǒng)所使用的二次電源模塊，以及對平臺母線電流遙測及有線接口。
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電池陣I-V曲線的特性，可直接并在太陽電池分陣兩端，根據(jù)系統(tǒng)母線負載的用電需求，在滿足母線穩(wěn)定的同時把太陽電池分陣供入的富裕功率提供給蓄電池組充電。對太陽電池陣而言，太陽電池供電陣、充電陣采用了合一的設計方案，電源下位機通過充電分流控制硬件接口，實現(xiàn)軟件充電控制，蓄電池組過壓和單體過壓保護等功能。
2.2.4遙測遙控模塊
完成母線電壓和蓄電池組電壓等主要電源參數(shù)模擬值的遙測采樣，接受和執(zhí)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現(xiàn)，軟件可以通過地面注數(shù)選擇控制任意一路充電電路，當軟件故障時可通過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(jié)單體失效的情況，在硬件電路中設置主、備兩個限壓控制點。當電池組電壓達到設定值時，限壓充電控制電路開始起作用，將太陽陣電流全部分流。
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4.15V(暫定，可在軌修改)時，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(wèi)星工作于地影期或均衡時間滿足一定條件時，斷開均衡電路，防止蓄電池單體的過放電。
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)完成總線網(wǎng)絡通信協(xié)議規(guī)定的應答操作;(2)采集、處理一次電源的工程參數(shù)，并對部分參數(shù)進行數(shù)字濾波;(3)通過總線通信網(wǎng)絡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(shù)具備在軌注入調(diào)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蓄電池過流報警功能和欠壓報警功能。
3結束語
文章簡要介紹了一種衛(wèi)星電源控制單機模塊化設計方法，其優(yōu)點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(diào)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(tǒng)[M].北京：中國宇航出版社，2010:100-121.
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