[发明专利]基于脉宽调制的新型卫星电源系统充电分流功率调节器

说明书

技术领域

本发明适用于航天电源控制技术领域，特别涉及一种基于脉宽调制的新型卫星电源系统充电分流功率调节器。

背景技术

目前，绝大部分航天器电源系统均采用太阳光伏电源系统，又称为太阳电池阵-蓄电池组电源系统。由于航天器运行过程中存在着太阳电池阵和蓄电池工作条件的变化、负载的变化、及长期运行过程中的性能衰减等多种因素，将会导致电源系统输出功率或电压发生变化。为使电源母线电压稳定在负载能够接受的范围内，大部分电源系统配有功率调节器。

由于卫星母线控制方式不一样，相应的母线系统拓扑结构也不一样，其电源控制方式主要可归纳为：S³R型功率调节技术、混合型功率调节技术、S⁴R型功率调节技术。

1.   S³R功率调节技术

S³R功率调节直接从太阳阵调节母线电压，以负载需要的电流提供给负载功率，并将多余的能量分流掉，与充电电路互相独立。其原理框图见图1。

对于太阳同步轨道需要频繁进行充放电的航天器，S³R功率调节技术存在一定的限制。由于其充电控制器和放电控制器均直接与电源母线相联，当遇到低母线电压体系（如28V）的要求时，蓄电池组的充电电压会受到较大限制，不得不靠减少蓄电池单体数量并扩大蓄电池容量来满足电源系统对电池数目的要求，而蓄电池单体数目的减少和蓄电池单体容量的增加则会带来充电电流的增大，因此在进行太阳同步轨道航天器电源系统设计时，需慎重使用S³R功率调节技术。

2.   混合型功率调节技术

混合型功率调节技术是为克服S³R功率调节技术的局限而产生的，针对太阳同步轨道卫星低母线电压供电体系和需要频繁进行充放电的特点，其主误差放大器在两个线性区间内分别控制分流调节器和放电调节器，减少了控制电路的复杂程度；采用充电阵和供电阵彼此独立的设计技术，通过独立的充电阵对蓄电池组进行充电和控制实现电源系统母线的全调节功能。混合型功率调节技术的框图见图2。该技术缺点在于充电阵与供电阵相分离，当供电阵满足负载功率需求后多余的方阵功率会被白白分流掉，造成整个系统使用效率的下降。

3.  S⁴R功率调节技术

S⁴R功率调节技术可以将太阳翼分阵发出的能量直接提供给母线负载并对贮能电源进行充电，图3是利用S⁴R技术设计的功率调节单元，也是S⁴R技术的基本组成模块。

S⁴R型功率调节技术综合了S³R和混合型功率调节技术的优点，克服了混合型功率调节技术使用独立充电阵的现象，将所有太阳翼各分阵的功能进行了扩展，使各个太阳电池阵分阵在光照期时既具有供电阵的功能、又具有充电阵的功能；同时由于该功率调节模块的充电单元是直接联在太阳翼分阵的输出端，可以克服S³R技术中充电控制器联接在母线上所带来功率损耗过大和重量过高的缺点，提高了充电效率。

目前，S⁴R型功率调节器均采用频率调制方式实现卫星电源的充电分流控制功能，其控制框图如图4所示。图4中蓄电池电压Va和母线电压Vb分别输入误差放大器1和误差放大器2，经过信号放大后得到控制信号Vc和控制信号Vd，控制信号Vc和蓄电池电压基准同时输入滞环比较器a，控制信号Vd和母线电压基准同时滞环比较器b，经过滞环比较后分别得到脉冲信号Ga和Gb，分别对开关管Mc、Md和Ma、Mb的通断进行控制。由于采用放大后的蓄电池电压及母线电压纹波作为滞环比较器的控制信号，脉冲信号Ga和Gb的频率同时受到负载大小及滞环比较器电阻电容值多种因素影响，电路参数的确定较为困难，特别是负载小功率时输出母线电压及蓄电池电压稳定差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于脉宽调制的新型卫星电源系统充电分流功率调节器，它采用脉宽调制方式实现卫星电源的充电分流控制功能，与现有技术相比，本发明将一种比较新颖的控制拓扑应用于S⁴R型功率调节技术，继承了S⁴R型功率调节技术的优点，并且控制电路简单可靠。

为了达到上述发明目的，本发明是通过以下的技术方案实现的：