卫星电源控制单机的研发与实现
电源系统是卫星正常工作的最基础和最重要的分系统之一，下面是小编搜集整理的一篇探究卫星电源控制单机研发的论文范文，欢迎阅读查看。
摘要：电源控制单机是卫星电源系统的控制核心部件。在此论述了一种电源控制单机模块化设计方案，具备调节能力强、稳定的母线电压、长寿命、高可靠性和能量转换效率高等特点，为卫星电源系统提供更好的电源品质。
关键词：母线;控制单机;模块化
卫星电源系统在额定电压范围内产生、储存、调节、控制电能，为所有平台和有效载荷供电，并在出现可靠性故障时对电源系统所有部件提供保护。除返回式卫星外，国内外90%以上的航天器电源系统采用了太阳电池阵/蓄电池组(SA/B)电源系统[1].在光照期由太阳电池阵发电，对星上设备供电和对储能电池组充电;在地影期间由储能电池组对星上设备供电。电源控制单机通过对储能电池组的充放电调节控制、太阳电池阵输出多余功率的分流调节，完成电源系统一次电源变换控制，保持电源母线供电的稳定，满足整星负载的供配电要求。文章描述了一种卫星电源控制单机的设计实现方法，控制单机采用模块化设计，便于组装维护，重量轻。
1控制单机概述
电源控制单机采用SAST4000平台，双独立母线设计，一条是平台母线，其为全调节母线，电源控制单机负责平台负载的供配电，另一条是载荷不调节母线，不经过电源控制单机，直接进行载荷的供电。
1.1平台母线调节设计
平台母线选择为全调节母线，从而保证给星上其他分系统供电电压的稳定，及母线电压的稳定。当卫星在地影期时，通过平台放电调节电路完成从平台蓄电池组到平台母线的升压变换并稳定母线电压。当卫星处于光照期时且平台蓄电池能量充足时，通过平台充电/分流电路完成平台母线的供电与多余平台太阳电池阵的分流并稳定母线电压。当卫星处于光照期时且平台蓄电池能量不足时，通过平台充电/分流电路完成平台母线的供电与平台蓄电池组的充电补充并稳定母线电压。优先级：平台太阳电池阵优先满足平台母线电压供电，再对不足的平台蓄电池组补充能量，最后才将多余的太阳电池阵能量分流以器件热辐射形式发散。
1.2载荷母线调节设计
光照期，载荷工作时由太阳电池阵与蓄电池组联合供电，载荷不工作时太阳电池阵通过TR充电控制电路完成蓄电池组的能量补充。地影期全部由蓄电池组供电。这种方式优点是在轨使用普遍，技术成熟。
2控制单机设计方案
2.1单机模块组成
当两条母线的调节方式确立后，意味着电源控制单机的平台和载荷充放电控制方式确定，同时根据系统要求可以把电源控制单机的功能进行分解，其主要由平台放电调节模块、平台充电分流模块、TR充电分流模块、滤波模块、遥测遥控模块、平台锂离子均衡模块、TR锂离子均衡模块及下位机模块组成，如下图1所示。
2.2单机各模块功能
2.2.1平台放电调节模块
光照期，若出现峰值功率，平台太阳电池阵的输出功率无法满足平台母线负载的功率需求，则由平台蓄电池组通过电源控制单机的变换、调节后补充供电;在地影期，平台母线负载的功率需求全部由平台蓄电池组通过电源控制单机变换、调节后提供。其中，电源控制单机的变换、调节功能由放电调节模块实现。
2.2.2平台滤波模块
平台放电调节电路以及平台充电分流调节电路均属于开关电源，平台滤波模块主要是在平台母线输出端口使用电容滤波模块，提高平台母线的电源品质，使母线的输出纹波和动态响应满足指标要求，同时在平台滤波模块上还包括电源分系统所使用的二次电源模块，以及对平台母线电流遥测及有线接口。
2.2.3平台充电分流模块
充电分流控制模块控制电路充分利用了太阳电池阵I-V曲线的特性，可直接并在太阳电池分阵两端，根据系统母线负载的用电需求，在满足母线稳定的同时把太阳电池分阵供入的富裕功率提供给蓄电池组充电。对太阳电池阵而言，太阳电池供电阵、充电阵采用了合一的设计方案，电源下位机通过充电分流控制硬件接口，实现软件充电控制，蓄电池组过压和单体过压保护等功能。
2.2.4遥测遥控模块
完成母线电压和蓄电池组电压等主要电源参数模拟值的遥测采样，接受和执行地面遥控指令。
2.2.5 TR充电控制模块
充电控制由软硬件结合实现，软件可以通过地面注数选择控制任意一路充电电路，当软件故障时可通过地面直接遥控指令将软件控制切出改为硬件单独控制。考虑到蓄电池组一节单体失效的情况，在硬件电路中设置主、备两个限压控制点。当电池组电压达到设定值时，限压充电控制电路开始起作用，将太阳阵电流全部分流。
2.2.6均衡管理模块
保证锂离子蓄电池单体间的电压均一性，采取旁路电阻分流充电电流的'均衡控制策略。在光照期的充电过程中，当任意单体蓄电池电压与最低蓄电池单体电压之差达到80m V(暂定，可在轨修改)或单体电压超过4.15V(暂定，可在轨修改)时，电源下位机发出均衡指令，接通电压较高单体的分流电路，旁路掉240m A左右的电流，从而减缓该蓄电池单体电压的上升速度，达到均衡充电的目的;当卫星工作于地影期或均衡时间满足一定条件时，断开均衡电路，防止蓄电池单体的过放电。
2.2.7下位机管理模块
下位机管理模块由软件与硬件组成，主要功能如下：(1)完成总线网络通信协议规定的应答操作;(2)采集、处理一次电源的工程参数，并对部分参数进行数字滤波;(3)通过总线通信网络完成遥测传送和指令接收功能;(4) 完成平台及TR蓄电池组的充电控制功能，电压控制参数具备在轨注入调整功能;(5)完成平台及TR蓄电池组均衡管理功能;(6) 完成平台及TR蓄电池组充电控制过压保护功能;(7)完成平台蓄电池组欠压报警功能;(8)完成对平台和TR蓄电池组电压、单体电压的采集、处理功能;(9)提供TR蓄电池过流报警功能和欠压报警功能。
3结束语
文章简要介绍了一种卫星电源控制单机模块化设计方法，其优点是单独功能模块设计布局与安装较便捷，维护替换方便，具有一定的可拓展性。目前该产品已投入研制，从调试、测试和环境模拟试验验证等研制生产结果表明该设计方法合理可行。
参考文献：
[1]穆肯德·帕特尔。航天器电源系统[M].北京：中国宇航出版社，2010:100-121.
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