一种航天器电源控制电路及方法技术

本发明专利技术提出了一种航天器电源控制电路及方法，用于实现航天器电源的MPPT控制和分流控制功能。本发明专利技术中的控制策略基于双管buck电路，由MPPT电路、PI调节器、迟滞比较器、比较器、幅值切换电路、PWM电路、或门和驱动组成。本发明专利技术使用模拟电路控制的方式，实现了MPPT控制与分流控制的结合，实现了通过硬件电路的方式自主控制电源状态切换。主控制电源状态切换。主控制电源状态切换。

【技术实现步骤摘要】
一种航天器电源控制电路及方法


[0001]本专利技术属于航天器电源领域，涉及一种航天器电源控制电路及方法。

技术介绍

[0002]航天器电源通常使用MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)方式或分流调节方式供电。MPPT方式能够使太阳电池产生的能量，以最大功率传输；而分流调节方式则有传输效率高，太阳电池电压钳位和控制简单的优点。
[0003]由于航天器多采用太阳电池供电，当航天器进出阴影期时，受到太阳电池特性的影响，其输出电压会增大。多采用MPPT和分流调节相结合的控制方式，通过改变电路拓扑，结合下位机软件控制的方式解决此问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种航天器电源控制电路，此航天器电源使用双管buck电路作为功率电路，输入连接太阳电池阵，输出通过一个二极管连接蓄电池，使用硬件控制的方式，解决了在卫星进出阴影期时，太阳电池电压升高的问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种航天器电源控制电路，包括：功率电路、驱动S1、驱动S2、或门、PWM电路、MPPT电路、PI调节器、取小电路、限幅切换电路、第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、比较器和积分器；MPPT电路采集太阳电池SA1的电压VSA、电流ISA，并产生MPPT控制电压信号Ref；MPPT电路输出的控制电压信号Ref与太阳电池SA1的电压VSA做减法后，产生误差信号E1；误差信号E1通过PI调节器进行处理后，产生控制电压信号V1，发送给取小电路；第一迟滞比较器采集蓄电池BAT的电压信号VBat，并产生输出电压信号V4给积分器；积分器对输入电压信号V4做积分处理后，将产生的输出电压信号V5传递给取小电路和第二迟滞比较器；第二迟滞比较器接收输出电压信号V5，并产生输出电压信号V7；取小电路接收控制电压信号V1和控制电压信号V5，并产生输出电压信号V2；比较器采集蓄电池BAT的电压信号VBat，产生输出电压信号V5，并传递给限幅切换电路；限幅切换电路接收电压信号V2和电压信号V6，并产生控制电压信号V3；PWM电路接收控制电压信号V3的输入，并产生两个PWM信号，即PWM1和PWM2；PWM1信号与输出电压信号V7共同输入到或门，并产生驱动电压信号PWMT1；驱动电压信号PWMT1输入到驱动S1，产生控制电压信号控制电路工作；驱动电压信号PWM2输入到驱动S2，产生控制电压信号，控制电路工作。
[0006]所述功率电路包括：太阳电池阵SA1，输入电容C1，开关管T1，分流管T2，电感L1，输出二极管D1，蓄电池BAT；太阳电池阵SA1作为航天器电源控制电路的能量来源，为电路提供输入能量；太阳电池阵SA1产生的能量经过输入电容C1滤波后，到达开关管T1；开关管T1和开关管T2交替导通，电感L1储存能量，三者共同构成一个降压电路，其中，开关管T1与输入电容连接的节点为降压电路的输入，电感L1与输出二极管D1连接的节点为降压电路的输出，实现了将输入电容C1上的高电压转化成电感L1右侧端口的低电压的功能；电感L1输出
的能量经过输出二极管D1传递给蓄电池BAT；蓄电池BAT起到储能作用，用来储存太阳电池阵SA1产生，并经过输入电容C1、开关管T1、分流管T2、电感L1和输出二极管D1的变换得到的能量。
[0007]所述功率电路包括：所述MPPT电路为实现MPPT扰动算法所需的硬件逻辑电路。
[0008]所述驱动S1、驱动S2将PWM控制信号转变为驱动信号，并控制开关管T1和T2的通断。
[0009]所述功率电路包括：所述误差信号E1通过PI调节器进行处理，具体为：将误差信号E1做比例积分运算。
[0010]所述限幅切换电路包括稳压管1、稳压管2、开关1，当开关1断开时，稳压管1工作，当开关1闭合时，稳压管2工作。
[0011]所述的第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、比较器的作用是，当输入电压超过一个固定阈值，则输出状态发生反转。
[0012]一种航天器电源控制电路控制方法，包括：
[0013](1)当卫星工作在光照期时：
[0014]工作在MPPT模式，此时蓄电池电压VBat>比较器电压阈值Vref1，此时比较器控制限幅切换电路中的开关1断开；
[0015]当蓄电池电压VBat<第一迟滞比较器电压阈值Vref3时，电压信号V4、V5均为高电平，而第二迟滞比较器输出为低电平，此时取小电路输出电压信号V2＝V1，MPPT环路工作；而PWMT1＝PWM1，开关管T1，分流管T2工作在PWM互补状态；
[0016]随着蓄电池不断充电，蓄电池电压不断上升，当蓄电池电压VBat>第一迟滞比较器电压阈值Vref3时，第一迟滞比较器输出低电平，积分器输出电压信号V5开始下降，取小电路的输出电压信号从V1切换到V5，并最终下降到0；此时第二迟滞比较器状态不变，PWM电路输入电压信号V3减小，PWM1占空比逐渐减小到0，PWM2占空比随之增大到100％；开关管T1完全关断，分流管T2导通；
[0017]当电压信号V5下降到最低时，第二迟滞比较器输出电压信号V7发生反转，输出高电平，此时开关管T1完全导通，太阳电池阵SA1直接连接到地，电路进入分流状态；
[0018](2)当卫星工作在阴影期时：
[0019]卫星进入阴影期，蓄电池开始放电，蓄电池电压VBat不断降低；
[0020]当蓄电池电压降低到VBat<第一迟滞比较器电压阈值Vref2时，此时第一迟滞比较器输出为高电平，取小电路输出电压信号V2＝V1，电路开始工作在MPPT状态，而第二迟滞比较器输出则变为低电平；
[0021]当蓄电池电压降低到VBat<比较器电压阈值Vref1时，限幅切换电路的开关1闭合，电压信号V3限幅值升高；PI输出为最大值，PWM电路输出的占空比达到100％，开关管T1处于导通状态，而分流管T2处于关断状态；由于此时太阳阵电压VSA为0，二极管D1反向截止；
[0022](3)当卫星从阴影期再次进入到光照期时：
[0023]太阳阵电压VSA升高，太阳电池电压VSA>蓄电池电压VBat时，D1导通，太阳电池阵电压VSA＝蓄电池电压VBat，MPPT电路输出电压信号Ref缓慢上升，电路依旧工作在直通状态；
[0024]随着MPPT电路输出Ref增大，电路开始工作在MPPT调节状态；
[0025]当蓄电池电压VBat>比较器电压Vref1后，限幅切换电路工作，电压信号V3限幅值降低，电路完成一个工作周期；
[0026]卫星在太空中工作时，每绕地球一周，均完成从(1)到(3)的一个工作周期。
[0027]本分明与现有技术相比的优点在于：现有技术为了使电路实现MPPT和分流功能，通常在原有拓扑上增加多个功率二极管或功率MOS管，以实现太阳电池的对地分流功能，而本专利技术则本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天器电源控制电路，其特征在于，包括：功率电路、驱动S1、驱动S2、或门、PWM电路、MPPT电路、PI调节器、取小电路、限幅切换电路、第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、比较器和积分器；MPPT电路采集太阳电池SA1的电压VSA、电流ISA，并产生MPPT控制电压信号Ref；MPPT电路输出的控制电压信号Ref与太阳电池SA1的电压VSA做减法后，产生误差信号E1；误差信号E1通过PI调节器进行处理后，产生控制电压信号V1，发送给取小电路；第一迟滞比较器采集蓄电池BAT的电压信号VBat，并产生输出电压信号V4给积分器；积分器对输入电压信号V4做积分处理后，将产生的输出电压信号V5传递给取小电路和第二迟滞比较器；第二迟滞比较器接收输出电压信号V5，并产生输出电压信号V7；取小电路接收控制电压信号V1和控制电压信号V5，并产生输出电压信号V2；比较器采集蓄电池BAT的电压信号VBat，产生输出电压信号V5，并传递给限幅切换电路；限幅切换电路接收电压信号V2和电压信号V6，并产生控制电压信号V3；PWM电路接收控制电压信号V3的输入，并产生两个PWM信号，即PWM1和PWM2；PWM1信号与输出电压信号V7共同输入到或门，并产生驱动电压信号PWMT1；驱动电压信号PWMT1输入到驱动S1，产生控制电压信号控制电路工作；驱动电压信号PWM2输入到驱动S2，产生控制电压信号，控制电路工作。2.根据权利要求1所述的一种航天器电源控制电路，其特征在于，所述功率电路包括：太阳电池阵SA1，输入电容C1，开关管T1，分流管T2，电感L1，输出二极管D1，蓄电池BAT；太阳电池阵SA1作为航天器电源控制电路的能量来源，为电路提供输入能量；太阳电池阵SA1产生的能量经过输入电容C1滤波后，到达开关管T1；开关管T1和开关管T2交替导通，电感L1储存能量，三者共同构成一个降压电路，其中，开关管T1与输入电容连接的节点为降压电路的输入，电感L1与输出二极管D1连接的节点为降压电路的输出，实现了将输入电容C1上的高电压转化成电感L1右侧端口的低电压的功能；电感L1输出的能量经过输出二极管D1传递给蓄电池BAT；蓄电池BAT起到储能作用，用来储存太阳电池阵SA1产生，并经过输入电容C1、开关管T1、分流管T2、电感L1和输出二极管D1的变换得到的能量。3.根据权利要求1所述的一种航天器电源控制电路，其特征在于，所述功率电路包括：所述MPPT电路为实现MPPT扰动算法所需的硬件逻辑电路。4.根据权利要求1所述的一种航天器电源控制电路，其特征在于，所述驱动S1、驱动S2将PWM控制信号转变为驱动信号，并控制开关管T1和T2的通断。5.根据权利要求1所述的一种航天器电源控制电路，其特征在于，所述功率电路包括：所述误差信号E1通过PI调节器进行处理，具体为：将误差信号E1做比例积分运算。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑷玮，李强，陈鑫玉，柴万腾，王乾同，徐军，许祺峰，梁一林，李琳琳，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：