[发明专利]用于改善电源中的动态响应的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于改善电源中的动态响应的系统和方法。

背景技术

有许多不同类型的电源是可得到的。一类电源被称为直流(DC)电源，因为它一般提供与DC电压直接相关的电流这种形式的输出。一种特定类型的DC电源被用于模仿太阳能阵列(solar array)的性能。这种电源有时被称为太阳能阵列仿真器(SAS)。

太阳能阵列仿真器是一种专门的DC电源，其能够对砷化镓或硅太阳能面板或太阳能面板阵列的静态电流/电压(I/V)特性进行仿真。所仿真的阵列一般是(但并非只能是)诸如通信卫星之类的航天器中使用的那种类型的。在可能的限度内，这些电源还尝试对动态行为进行仿真。动态行为表现在两个不同的维度中。其中的第一个涉及太阳能阵列对变化的负载状况的动态响应。第二个涉及太阳能阵列对变化的照明的动态响应，其中照明的变化通常是响应于日蚀事件或者随着阵列相对于太阳的朝向发生变化而发生的。

可利用若干种可用的数学模型之一来对太阳能阵列的I/V特性进行仿真。一个这种模型是本领域的技术人员所知的指数模型。指数模型将阵列输出电压描述为负载电流的函数。从该模型导出的数值算法可用于为仿真定义电压输入、电流输出基础，即充当电流源。在纯静态或低带宽动态实现方式中，提供给负载的电压被测量并用于数值算法中以提取出与阵列在所测得电压值下源发(source)电流的能力相对应的受控电流值。电源被作为恒定电流(CC)源来操作并被编程到所提取的值，从而对太阳能阵列的I/V特性进行仿真。在算法和硬件实现所限定的分辨率限度内，每个测得的电压值具有相应的唯一电流值。若干个这样的有序对可用于定义电流-电压曲线，该曲线表征了特定阵列针对给定照明的特性。阵列的设计或配置的变化、阵列中使用的砷化镓或硅电池(cell)的半导体属性的变化、构成阵列的各个电池之间的连接的变化、以及照明或温度的变化是改变I/V特性曲线的多种因素中的一些。

以上所述的动态行为的两个维度中的带宽在第一种情况下可通过提高响应于变化的负载电压而检索表格条目的速度来改善，在第二种情况下可通过预先计算多组有序I/V对并将它们汇集为可响应于照明变化而迅速切换的查找表来改善。两者都可被认为是带宽的改善。

至于太阳能阵列对变化的负载状况的动态响应，可通过提高响应于变化的负载电压而应用表格条目的速度来改善带宽。这例如可通过提高响应于变化的负载状况而搜索表格条目的速度来实现。

至于太阳能阵列对变化的照明的动态响应，希望准确地对进入和脱离日蚀时的转变进行仿真，因为日蚀导致照明的变化，这进而又会改变太阳能阵列的I/V特性。这使得希望能够迅速地切换表格。一些卫星被配置为使太阳能阵列始终保持指向太阳。对于这些卫星，当卫星进入地球的阴影时就会发生日蚀。日蚀发生的速度以及所认识到的对于对转变状况进行准确仿真的需求决定了表格更新速率。其他卫星被配置为在自转的同时工作。对于这些卫星来说，随着卫星自转，日蚀反复发生，并且可能表现出短至三秒或更短的周期。在这些状况下，表格更新速率可能相当地高，尤其如果希望对满照明和日全蚀(total eclipse)之间的转变状况进行准确仿真的话。

对于高功率卫星上的复杂太阳能阵列的仿真要考虑的另一个因素涉及具有许多面板的太阳能阵列。这些复杂阵列通常包括许多个体面板，这些面板相对于太阳可能具有各种各样的朝向，尤其是在卫星被设计成自转的情况下更是如此。对于这种配置，可能需要具有五十个或更多个单独的SAS“通道”的系统，其中每个通道应当能够严格同步地迅速切换表格。另外，如果希望对转变状况进行很准确的仿真，则可能必须在每个通道上的大量的表格中迅速循环。由于各个面板的朝向是各种各样的，因此每个通道可能具有类似或相同的一组表格，但相对于卫星及其照明源也会具有不同的“相位”关系。典型的场景可能涉及各具有36个表格(对应于10度旋转分辨率)的72个通道和10秒的自转周期。被设计来支持该应用的系统需要提供具有～260表格每秒的总速率的表格变化。还假定每个表格由4096个条目(典型值)构成，则总数据速率超过了1亿条目每秒。用于定义I/V关系的方程和数值方法使得以该速率对表格条目进行实时计算必然伴随着极大的计算负担。

因此，希望就动态行为涉及太阳能阵列对变化的负载状况的动态响应而言以及就动态行为涉及太阳能阵列对变化的照明的动态响应而言来对动态行为进行仿真。

发明内容