本发明专利技术实施例提供了一种深空高功率双母线供电拓扑，包括太阳电池阵、隔离二极管、电推进系统、降压模块、控制电路、电容阵、蓄电池组、充放电电路、负载。高压母线由20路太阳电池阵提供，作为电推进系统和降压模块的供电母线；低压母线由降压模块和蓄电池共同提供，给探测器上的负载供电。由于高压母线的不经过调制直接给电推进系统供电，电推进系统的功率大小基本上不影响控制器的尺寸，能够极大的提高供电系统的功率密度。低压母线的稳定输出为探测器的正常工作提供保障。控制电路具备低压母线稳定控制、恒流充电控制和输入电压控制的能力，有力地保证了整个供电系统的稳定运行。有力地保证了整个供电系统的稳定运行。有力地保证了整个供电系统的稳定运行。
【技术实现步骤摘要】
一种深空高功率双母线供电拓扑
[0001]本专利技术属于空间电源
，涉及一种基于无人艇及图像的海上风机塔架可靠性检测系统。
技术介绍
[0002]深空探测中对高可靠长寿命电源系统的需求，使得传统的燃油推进动力系统已经不能满足任务需求，电力推进成为中近距离深空探测器电源系统的主推进器。电推进负载具有功耗大、母线电压高及工作模式多样等特点，对电源系统的设计提出了新的需求和挑战。并且小行星探测器运行轨道与太阳的距离变化较大，由此造成光照和温差较大，电源控制器的输入电压范围较宽，对电源系统的设计带来了新的需求和挑战。
[0003]目前，航天电源系统常用的拓扑结构包括顺序开关分流调节器(S3R)、串联型顺序开关分流调节器(S4R)、最大功率点跟踪(MPPT)等。其中：S3R和S4R拓扑的电路形式简单可靠、效率高，技术相对成熟；MPPT拓扑串联了开关调节，能够实现对太阳阵功率的最大利用。然而针对小行星探测器电源系统，传统的电源系统功率拓扑已不能满足电推进的要求，需要寻求更加高效、功率更大的功率拓扑。
[0004]空间电源系统作为航天系统的心脏，确保其安全、可靠地运行是必须的。在太空中，为了保持航天产品的长时间的运行，采用了太阳能发电。通过将太阳能转化为电能的方式为航天产品提供电能。为了提高太阳电池阵的能源利用率、减少了太阳阵面积和锂离子蓄电池的放电深度，在直流母线的功率调节设计上采用了最大功率跟踪方式(MPPT)。这种控制方式通过控制太阳阵的输出电压使其工作在最大功率点附近，使太阳阵在各种环境条件下及不同的寿命阶段都能输出最大功率。
[0005]基于上述考虑设计了双母线供电拓扑，高压母线直接给电推进系统供电，低压母线给其他低压负载供电。所提出的供电拓扑架构功率密度高、控制系统稳定，适合中近距离，采用电推进系统载荷的深空探测任务。
技术实现思路
[0006]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种深空高功率双母线供电拓扑，采用了双母线的结构，解决了电推进系统高功率输入的需求，结合三种控制环路，能够有效的保障双母线拓扑的稳定运行。
[0007]本专利技术的一种深空高功率双母线供电拓扑，包括太阳能电池阵1、隔离二极管2、电推进系统3、降压模块4、控制电路5、电容阵6、充放电电路7、蓄电池组8和负载9；其中，所述太阳能电池阵1，吸收太阳能产生系统所需的电能，输出端与两个隔离二极管2连接；所述电推进系统3，输入端连接二极管2，作为高压母线的负载，负责探测器的推进任务；所述高压母线由太阳能电池阵1提供；所述降压模块4，功率输入端连接二极管2，控制输入端连接控制电路5的输出MEA信号，输出端为低压母线，作为DC/DC变换器，负责将高压母线变换为低压母线；所述低压母线由降压模块和蓄电池共同提供；所述控制电路5，输入端为低压母线
电压信号、充电电流信号、高压母线电压信号，输出端连接降压模块4，作为控制环路电路，负责对降压模块4进行控制；所述电容阵6，输入端与低压母线相连，作为低压母线输出的滤波电容，具有稳压和滤波的效果；所述充放电电路7，提供了一条充电通路连接蓄电池和低压母线；提供了一条放电通路连接蓄电池和低压母线；负责蓄电池的充放电通路控制；所述蓄电池组8，通过充放电电路7与低压母线连接；作为供电系统的储能设备，太阳阵功率足够的时候进行能量存储，太阳阵功率不足的时候进行放电，保证负载工作的稳定；所述负载9，与低压母线连接；作为供电系统的用电设备，从低压母线吸收功率，完成自身功能。
[0008]优选地，所述隔离二极管2，一组隔离二极管一端连接太阳能电池阵1，一端连接电推进系统3，另一组隔离二极管一端连接太阳能电池阵1，一端连接降压模块4，用于将电推进系统3与降压模块4进行隔离。
[0009]优选地，所述高压母线由20路太阳阵提供，每路太阳阵输出接两个二极管，一个二极管连接电推进系统3的输入端，一个二极管连接降压模块4的输入端；通过隔离二极管将电推进系统3和降压模块4隔开，防止二者互相干扰。
[0010]优选地，所述太阳能电池阵1包含20路太阳阵，每一路的太阳阵输出都为高电压；所组成的高压母线在同一输出功率下电流小，损耗也小。
[0011]优选地，所述低压母线由降压模块4和蓄电池组8提供时，太阳阵功率足够提供负载功率需求的时候由降压模块4独立供电；太阳阵功率不足以提供负载功率需求的时候由降压模块4和蓄电池组8联合供电；太阳阵无光照的时候由蓄电池组8独立供电。
[0012]优选地，所述控制环路5包括：低压母线输出电压环、恒流充电环和输入电压环；所述低压母线输出电压环采集低压母线输出电压进行PI控制；所述恒流充电环采集低压母线输出电压和蓄电池充电电流进行PI控制；所述低压母线输出电压环在太阳阵功率足够提供负载功率需求的时候起作用，用来稳定低压母线输出电压；所述所述恒流充电环在太阳阵功率足够提供负载功率需求且蓄电池电压低于低压母线输出电压时，接通蓄电池充电开关后起作用，目的是限制蓄电池的充电电流，防止充电电流过大。
[0013]优选地，所述输入电压环采集高压母线电压进行PI控制；所述输入电压环在太阳阵功率不足以提供负载功率需求时起作用，目的是将输入电压控制在某一个自己设定的低于太阳阵最大功率点的电压点，令太阳阵和蓄电池进入联合供电模式，让太阳阵提供一部分功率，减少蓄电池放电。
[0014]优选地，所述降压模块4包含8个BUCK电路，每个BUCK电路通过统一的MEA进行控制，保证电路输出的稳定性；每一个BUCK电路输出额定功率的1/8，此时BUCK电路的损耗最小，能够提高供电系统的效率。
[0015]优选地，所述输入电压环与电推进系统3的欠压存在逻辑上的关系，要求电推进系统3的欠压保护电压点比输入电压环的输入电压点高；在太阳阵输出功率不足的时候，电推进系统3先退出供电系统，然后进入输入电压环。
[0016]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0017](1)本专利技术针对电推进系统大功率的特点，采用了双母线的拓扑，通过高压母线直接给电推进系统供电，减少了功率变换所带来了体积和重量上的增加；通过降压模块把高压母线降成低压母线，给探测器的其他负载供电。双母线供电拓扑能够匹配上深空探测的特点，功率密度高，体积重量小。这种双母线的供电拓扑在器地距离小于2AU具有极大的优
势，能够在保证高功率输出的同时大大降低电源控制器的重量。
[0018](2)本专利技术为了确保双母线拓扑的稳定性，设计了三种控制环路来匹配双母线系统，确保复杂工况下供电系统的稳定性。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例的一种深空高功率双母线供电拓扑示意图；
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术所述
[0021]一种深空高功率双母线供电拓扑，采用了双母线的结构，解决了电推进系统高功率输入的需求，结合三种控制环路，能够有效的保障双母线拓扑的稳定运行。包括太阳能电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种深空高功率双母线供电拓扑，其特征在于：包括太阳能电池阵(1)、隔离二极管(2)、电推进系统(3)、降压模块(4)、控制电路(5)、电容阵(6)、充放电电路(7)、蓄电池组(8)和负载(9)；其中，所述太阳能电池阵(1)，吸收太阳能产生系统所需的电能，输出端与两个隔离二极管(2)连接；所述电推进系统(3)，输入端连接二极管(2)，作为高压母线的负载，负责探测器的推进任务；所述高压母线由太阳能电池阵(1)提供；所述降压模块(4)，功率输入端连接二极管(2)，控制输入端连接控制电路(5)的输出MEA信号，输出端为低压母线，作为DC/DC变换器，负责将高压母线变换为低压母线；所述低压母线由降压模块和蓄电池共同提供；所述控制电路(5)，输入端为低压母线电压信号、充电电流信号、高压母线电压信号，输出端连接降压模块(4)，作为控制环路电路，负责对降压模块(4)进行控制；所述电容阵(6)，输入端与低压母线相连，作为低压母线输出的滤波电容，具有稳压和滤波的效果；所述充放电电路(7)，提供了一条充电通路连接蓄电池和低压母线；提供了一条放电通路连接蓄电池和低压母线；负责蓄电池的充放电通路控制；所述蓄电池组(8)，通过充放电电路(7)与低压母线连接；作为供电系统的储能设备，太阳阵功率足够的时候进行能量存储，太阳阵功率不足的时候进行放电，保证负载工作的稳定；所述负载(9)，与低压母线连接；作为供电系统的用电设备，从低压母线吸收功率，完成自身功能。2.如权利要求1所述的深空高功率双母线供电拓扑，其特征在于：所述隔离二极管(2)，一组隔离二极管一端连接太阳能电池阵(1)，一端连接电推进系统(3)，另一组隔离二极管一端连接太阳能电池阵(1)，一端连接降压模块(4)，用于将电推进系统(3)与降压模块(4)进行隔离。3.如权利要求1所述的深空高功率双母线供电拓扑，其特征在于：所述高压母线由20路太阳阵提供，每路太阳阵输出接两个二极管，一个二极管连接电推进系统(3)的输入端，一个二极管连接降压模块(4)的输入端；通过隔离二极管将电推进系统(3)和降压模块(4)隔开，防止二者互相干扰。4.如权利要求3所述的一种深空高功...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈光巳，刘勇，刘东，陈姝慧，王飞龙，雷英俊，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：
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