一种恒压型航天器无线传能系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种恒压型航天器无线传能系统及其方法，其中，该系统包括：太阳电池阵、电压调节单元、逻辑与控制单元，磁耦合无线传能发送端和磁耦合无线传能接收端；其中，太阳电池阵将太阳能转换为电压不稳定的电能；电压调节单元将电压不稳定的电能调节成所需电压；逻辑与控制单元将数据信号经过逻辑运算后产生驱动信号，将驱动信号进行变换后驱动电压调节单元；磁耦合无线传能发送端将电压调节单元调节后的可变母线上的直流电压转变为交流电压；磁耦合无线传能接收端将接收到的磁能转变成交流电压，然后转变为直流电压。本发明专利技术解决了无线传能的使用限制，利用太阳电池阵及其电压调节单元来满足无线传能对于输入端的电压需求，降低应用成本。

【技术实现步骤摘要】
一种恒压型航天器无线传能系统及其方法
本专利技术属于航天器电源
，尤其涉及一种恒压型航天器无线传能系统及其方法。
技术介绍
能源作为在轨服务的一个重要部分，担负着为航天器供电、扩充容量的目的。传统的通过有线连接进行供能的方式，对于对接机构的对接精度、接插件的设计、相关保护电路的要求颇高，且一旦出现短路“打火”，轻则造成接插件内插针的融化，重则造成航天器的能源短路，任务失败。磁耦合无线传能具有安全、可靠、无打火、对接精度要求低的优势，成为在轨供能的理想方式。但是，目前的磁耦合无线传能，其输出电压随负载大小变化较大，使负载的使用比较受限，一般有以下几种使用方法：1)给蓄电池充电，由于蓄电池能够起到箝位电压的作用，其能适应电压变化较大的场合。2)无线输出端稳压，一般通过串联一个宽输入范围的DC/DC实现。3)调节无线发送端中逆变电路的输入电压以匹配负载，实现稳压。现有的以上几种处理方法，都对磁耦合无线传能的使用造成了比较大的限制，需要额外的措施才能保证在空间中进行应用。并且太阳能作为主要的能量来源，其输出电压受光照强度、温度变化、寿命衰减的影响，需要额外的调节单元才能满足应用。若能结合磁耦合无线传能与太阳能输出调节的特点，将会大幅减少限制，为无线传能提供一个广阔的应用平台。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种恒压型航天器无线传能系统及其方法，解决无线传能的使用限制，利用太阳电池阵及其电压调节单元来满足无线传能对于输入端的电压需求，降低应用成本。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：根据本专利技术的一个方面，提供了一种恒压型航天器无线传能系统，包括：太阳电池阵、电压调节单元、逻辑与控制单元，磁耦合无线传能发送端和磁耦合无线传能接收端；其中，所述太阳电池阵用于将太阳能转换为电压不稳定的电能，并将电压不稳定的电能传输给所述电压调节单元；所述电压调节单元将电压不稳定的电能通过内部的升降压拓扑调节成所需电压，将所需电压通过可变母线传输给所述磁耦合无线传能发送端；所述逻辑与控制单元采集数据信号，将数据信号经过逻辑运算后产生驱动信号，将驱动信号进行变换后传递到所述电压调节单元，驱动其工作；磁耦合无线传能发送端将电压调节单元调节后的可变母线上的直流电压转变为交流电压，然后将交流电压转变成磁能传递给磁耦合无线传能接收端；磁耦合无线传能接收端将接收到的磁能转变成交流电压，然后将交流电压转变为直流电压。上述恒压型航天器无线传能系统中，所述逻辑与控制单元包括变量采集与处理模块、控制逻辑模块和脉冲产生驱动保护电路；其中，变量采集与处理模块采集数据信号，并进行处理以供控制逻辑模块进行运算；控制逻辑模块接收到变量采集与处理模块的数据信号后，按照预设的逻辑处理策略，实现预定的控制，并输出相应的控制信号调节电压调节单元内部升降压拓扑的工作状态；脉冲产生驱动保护电路接收到控制逻辑模块的控制信号后，转变成满足要求的驱动信号去控制电压调节单元内的开关管工作。上述恒压型航天器无线传能系统中，磁耦合无线传能发送端将电压调节单元调节后的可变母线上的电压，利用逆变电路将直流转变后高频的交流后，由发射端线圈将电能转变成磁能传递给磁耦合无线传能接收端。上述恒压型航天器无线传能系统中，磁耦合无线传能接收端利用接收线圈将接收到的磁能转变成交变的电能，再通过整流电路将交流变为直流供给使用。上述恒压型航天器无线传能系统中，逻辑与控制单元通过采集太阳电池阵电压、电流，处理后得到太阳电池阵的MPPT控制信号Vmppt；通过获取磁耦合无线传能接收端输出电压进行处理得到稳压控制信号Vout；将MPPT控制信号Vmppt和稳压控制信号Vout处理得到比较输出信号Vo，将比较输出信号Vo通过电压调节单元调节得到三角波控制信号Vo_pi，根据三角波控制信号Vo_pi在[v1,v5]区间的位置得到相对应的模式；其中，数值v1<v2<v3<v4<v5，将[v1,v2]区间设置为太阳电池阵空载待机模式，将[v2,v3]设置为太阳电池阵升压模式，将[v3,v4]设置为太阳电池阵直通模式，将[v4,v5]设置为太阳电池阵降压模式。上述恒压型航天器无线传能系统中，在太阳电池阵空载待机模式下，逻辑与控制单元未获得稳压母线信号，电压调节单元不工作。上述恒压型航天器无线传能系统中，在太阳电池阵升压模式下，逻辑与控制单元的预设的逻辑处理策略具体实现步骤为：1)若负载所需功率小于太阳电池阵输出功率时，稳压控制信号Vout小于MPPT控制信号Vmppt，比较输出信号Vo为Vout，经过PI调节获得Vo_pi位于[v2,v3]区间后，控制电压调节单元工作于升压模式下的限压调节状态；2)随着负载所需功率的增加，当太阳电池阵的输出最大功率逐渐等于小于磁耦合无线传输的需求时，则稳压控制信号Vout将大于MPPT控制信号Vmppt，比较输出信号Vo为Vmppt，经过PI调节后，控制电压调节单元工作于升压模式下的最大功率点调节状态。上述恒压型航天器无线传能系统中，在太阳电池阵直通模式下，逻辑与控制单元的预设的逻辑处理策略具体实现步骤为：太阳电池阵的输出最大功率等于磁耦合无线传输的需求；且太阳电池阵的输出电压正好为磁耦合无线传能发送端所需的电压，控制信号Vout将与MPPT控制信号Vmppt相等，比较输出信号Vo经过PI调节后Vo_pi位于[v3,v4]区间，此时电压调节单元中的升降压拓扑不工作，太阳电池阵与磁耦合无线发送端之间直接导通。上述恒压型航天器无线传能系统中，在太阳电池阵降压模式下，逻辑与控制单元的预设的逻辑处理策略具体实现步骤为：1)当太阳电池阵的输出功率能够满足磁耦合无线传输的需求；此时稳压控制信号Vout小于MPPT控制信号Vmppt，比较输出信号Vo为Vout，经过PI调节获得Vo_pi位于[v4,v5]区间后，控制电压调节单元工作于降压模式下的限压调节状态；2)随着负载的增加，当太阳电池阵的输出最大功率逐渐等于小于磁耦合无线传输的需求时；此时稳压控制信号Vout将大于MPPT控制信号Vmppt，比较输出信号Vo为Vmppt，经过PI调节后，控制电压调节单元工作于降压模式下的最大功率点调节状态。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种恒压型航天器无线传能方法，所述方法包括如下步骤：太阳电池阵将太阳能转换为电压不稳定的电能，并将电压不稳定的电能传输给电压调节单元；电压调节单元将电压不稳定的电能通过内部的升降压拓扑调节成所需电压，将所需电压通过可变电压母线传输给磁耦合无线传能发送端；逻辑与控制单元采集得到磁耦合无线传能发送端的数据信号，将数据信号经过逻辑运算后产生驱动信号，将驱动信号传输给脉冲产生驱动电路后进行变换后，传递到所述电压调节单元，驱动其工作；磁耦合无线传能发送端将电压调节单元调节后的可变母线上的电压，将直流转变后高频的交流后，将电能转变成磁能传递给磁耦合无线传能接收端；磁耦合无线传能接收端将接收到的磁能转变成交变的电能后，并将高频交流整流为直流电压。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：1)本专利技术解决了原有磁耦合无线传能对负载的限制，提出了一种恒压型航天器无线传能系统及其方法，使负载的不必进行适应性调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒压型航天器无线传能系统，其特征在于包括：太阳电池阵、电压调节单元、逻辑与控制单元，磁耦合无线传能发送端和磁耦合无线传能接收端；其中，所述太阳电池阵用于将太阳能转换为电压不稳定的电能，并将电压不稳定的电能传输给所述电压调节单元；所述电压调节单元将电压不稳定的电能通过内部的升降压拓扑调节成所需电压，将所需电压通过可变母线传输给所述磁耦合无线传能发送端；所述逻辑与控制单元采集数据信号，将数据信号经过逻辑运算后产生驱动信号，将驱动信号进行变换后传递到所述电压调节单元，驱动其工作；所述磁耦合无线传能发送端将电压调节单元调节后的可变母线上的直流电压转变为交流电压，然后将交流电压转变成磁能传递给磁耦合无线传能接收端；所述磁耦合无线传能接收端将接收到的磁能转变成交流电压，然后将交流电压转变为直流电压。

【技术特征摘要】
1.一种恒压型航天器无线传能系统，其特征在于包括：太阳电池阵、电压调节单元、逻辑与控制单元，磁耦合无线传能发送端和磁耦合无线传能接收端；其中，所述太阳电池阵用于将太阳能转换为电压不稳定的电能，并将电压不稳定的电能传输给所述电压调节单元；所述电压调节单元将电压不稳定的电能通过内部的升降压拓扑调节成所需电压，将所需电压通过可变母线传输给所述磁耦合无线传能发送端；所述逻辑与控制单元采集数据信号，将数据信号经过逻辑运算后产生驱动信号，将驱动信号进行变换后传递到所述电压调节单元，驱动其工作；所述磁耦合无线传能发送端将电压调节单元调节后的可变母线上的直流电压转变为交流电压，然后将交流电压转变成磁能传递给磁耦合无线传能接收端；所述磁耦合无线传能接收端将接收到的磁能转变成交流电压，然后将交流电压转变为直流电压。2.根据权利要求1所述的恒压型航天器无线传能系统，其特征在于：所述逻辑与控制单元包括变量采集与处理模块、控制逻辑模块和脉冲产生驱动保护电路；其中，所述变量采集与处理模块采集数据信号，并进行处理以供控制逻辑模块进行运算；所述控制逻辑模块接收到变量采集与处理模块的数据信号后，按照预设的逻辑处理策略，实现预定的控制，并输出相应的控制信号调节电压调节单元内部升降压拓扑的工作状态；所述脉冲产生驱动保护电路接收到控制逻辑模块的控制信号后，转变成满足要求的驱动信号去控制电压调节单元工作。3.根据权利要求1所述的恒压型航天器无线传能系统，其特征在于：磁耦合无线传能发送端将电压调节单元调节后的可变母线上的电压，利用逆变电路将直流转变后高频的交流后，由发射端线圈将电能转变成磁能传递给磁耦合无线传能接收端。4.根据权利要求1所述的恒压型航天器无线传能系统，其特征在于：磁耦合无线传能接收端利用接收线圈将接收到的磁能转变成交变的电能。5.根据权利要求2所述的恒压型航天器无线传能系统，其特征在于：逻辑与控制单元通过采集太阳电池阵电压、电流，处理后得到太阳电池阵的MPPT控制信号Vmppt；通过获取磁耦合无线传能接收端输出的电压进行处理得到稳压控制信号Vout；将MPPT控制信号Vmppt和稳压控制信号Vout处理得到比较输出信号Vo，将比较输出信号Vo通过电压调节单元调节得到三角波控制信号Vo_pi，根据三角波控制信号Vo_pi在[v1,v5]区间的位置得到相对应的模式；其中，数值v1<v2<v3<v4<v5，将[v1,v2]区间设置为太阳电池阵空载待机模式，将[v2,v3]设置为太阳电池阵升压模式，将[v3,v4]设置为太阳电池阵直通模式，将[v4,v5]设置为太阳电池阵降压模式。6.根据权利要求5所述的恒压型航天器无线传能系统，其特征在于：在太阳电池阵空载待机模式下，逻辑与控制单元未获得稳压母线信...

【专利技术属性】
技术研发人员：马亮，刘治钢，张晓峰，朱立颖，石海平，张文佳，杜青，蔺祥宇，白帆，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11