一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统技术方案

一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统，包括：太阳电池分阵、MPPT电路、蓄电池包、二次电源和电源下位机。其中MPPT电路包括：MPPT(峰值功率跟踪)旁路电路、MPPT降压电路、MPPT硬件控制电路、MPPT旁路控制电路；电源下位机输出OC门(集电极开路门)电平指令通过MPPT旁路控制电路控制MPPT旁路电路的导通和关断状态，实现太阳电池阵输出功率在DET(直接传输模式)和MPPT两种模式下切换，同时，两种模式的切换控制算法由电源下位机内的处理器模块实现。块实现。块实现。

【技术实现步骤摘要】
一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统


[0001]本专利技术涉及一种卫星用MPPT电路和旁路电路的切换控制方法，属于卫星电源系统MPPT控制


技术介绍

[0002]卫星绕地球一圈的时间为轨道周期，通常情况下轨道周期包括阴影时间和光照时间，阴影时间是指卫星在轨道周期内不受太阳光照射的时间，光照时间是指卫星在轨道周期内受太阳光照射的时间。
[0003]电源分系统是指在卫星寿命期间提供能源的卫星子系统，卫星电源分系统一般为太阳电池阵—蓄电池组系统，由太阳电池阵、锂离子蓄电池包和电源调控设备组成。太阳电池阵作为唯一的发电设备，在光照时间受照发电为星上负载供电，同时为蓄电池组充电，当其输出功率大于负载用电和蓄电池充电所需功率时，多余能量经电源调控设备的条件不再输出到一次母线上。蓄电池组作为储能设备，在阴影时间为负载设备供电，在光照时间由太阳电池阵输出供给负载后的多余能量充电。
[0004]锂离子蓄电池组通常采用先恒流充电后限压充电的充电模式，即蓄电池组电压较低时采用大电流恒流充电，但此时的充电电流大小一般不超过0.3C；到达蓄电池组允许的最大电压后，转入恒压充电模式，即蓄电池组电压不再升高，而是逐步降低蓄电池组的充电电流，使锂离子蓄电池组不被过充电。
[0005]目前，电源调控设备内太阳电池阵输出到母线的功率调节方法应用最广泛的是采用顺序开关分流模式。但太阳电池阵输出电压受温度影响较大，当太阳电池阵输出功率采用顺序开关分流模式时，供电到母线的输出电压不能随温度变化而变化，则太阳电池的输出功率会有较大损失。受卫星轨道、姿态和构型的约束，当卫星在轨正常运行，太阳翼法线和太阳光矢量的夹角在一个轨道圈内变化较大时，太阳电池阵在受照发电时的温度也变化较大，所以此类卫星不宜采用顺序开关分流模式。太阳电池阵的峰值功率跟踪(MPPT)控制模式将完美解决太阳电池阵受温度影响的输出功率损失问题。
[0006]为了实现MPPT电路对一次母线的精确控制，并降低MPPT控制电路的自身热耗，MPPT硬件控制电路需要二次电源变换的
±
12V供电。由于卫星在轨太阳电池阵输出电压的变化范围较大，不能作为二次电源的输入，所以二次电源的输入只能采用一次母线。这带来一个自嵌套的MPPT电路无法自启动的问题，即给MPPT硬件控制电路供电的二次电源需要一次母线供电才能工作，但只有MPPT硬件控制电路工作后，太阳电池阵的输出才能经过MPPT电路的调节建立一次母线。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题是：本专利技术提供一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统，设计由功率开关管和二极管组成的MPPT旁路电路，由太阳电池阵输出经线性电源变换后供电的MPPT旁路控制电路，电源下位机输出的旁路控制电平指令通过MPPT旁路控制电
路实现对MPPT旁路电路的导通和关断控制，使电源系统加电后MPPT旁路电路必然处于接通状态，保证MPPT降压电路实现自启动；电源下位机内存储旁路控制电平指令的输出状态，断电时不丢失，在电源系统上电后，可通过软件管理，使旁路控制电平指令按存储状态输出，实现旁路模式(即DET模式)到MPPT模式的自动切换。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是：
[0009]一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统，包括：太阳电池分阵、MPPT电路、蓄电池包、一次母线正线、一次母线回线、二次电源和电源下位机；
[0010]太阳电池分阵在卫星位于阳照区时，将太阳光的能量转换为电能，通过MPPT电路给负载用电设备供电，并给蓄电池包充电；
[0011]MPPT电路有两种能量传输模式：MPPT模式和DET模式，任意时刻仅工作在一种模式下；
[0012]当工作在MPPT模式时，MPPT电路进行太阳电池分阵的峰值功率跟踪控制、降压变换和功率调节，MPPT电路由二次电源进行供电；
[0013]当工作在DET模式时，太阳电池分阵的输出正负端分别与一次母线正线、一次母线回线相连，此时太阳电池分阵的输出功率直接输出到一次母线上，MPPT电路由太阳电池分阵供电；
[0014]蓄电池包在卫星位于阴影区时，放电给二次电源和负载用电设备供电；
[0015]二次电源输入端的正线与一次母线正线连接，二次电源输入端的负线与一次母线回线连接，在阳照区时，二次电源通过MPPT电路接受太阳电池分阵的供电，将MPPT电路的输出进行电压变换后给电源下位机和MPPT电路供电；在阴影区时，二次电源接受蓄电池组的供电，并电压变换后给电源下位机和MPPT电路供电；
[0016]电源下位机采集一次母线电压，输出旁路控制电平指令给MPPT电路，旁路控制电平指令用于切换MPPT电路的工作状态。
[0017]优选地，太阳电池分阵共有n个，每个太阳电池阵分阵分别设置有对应的MPPT电路；
[0018]n个MPPT电路的输出端并联，n个MPPT电路的输出正线连接在一起形成一次母线正线；n个MPPT电路的输出回线连接在一起形成一次母线回线，n为正整数。
[0019]优选地，电源下位机对应n个MPPT电路输出n个旁路控制电平指令；旁路控制电平指令为OC门，其输出状态有高电平和高阻状态两种情况，当电源下位机未加电时，旁路控制电平指令的输出为高阻状态；反之为高电平状态；
[0020]当旁路控制电平指令输出高电平时，与其对应的MPPT电路工作在MPPT模式，太阳电池分阵的输出功率可调节；当旁路控制电平指令输出为高阻状态时，与其对应的MPPT电路工作在DET模式，太阳电池分阵的输出功率不可调节。
[0021]优选地，在太阳电池分阵受太阳光照射进行首次加电时，电源下位机未加电，电源下位机输出的旁路控制电平指令为高阻状态，MPPT电路工作在DET模式，太阳电池分阵通过工作在DET模式下的MPPT电路给二次电源供电，二次电源工作后进行电压变换后给MPPT硬件控制电路和电源下位机供电，电源下位机工作后通过地面指令将旁路控制电平指令由高阻状态切换为高电平状态，使MPPT电路工作在MPPT模式，进行太阳电池分阵的峰值功率跟踪控制、降压变换和功率调节。
[0022]优选地，当电源下位机软件热启动时，n个旁路控制电平指令全部按照高电平输出；设置DET与MPPT切换门限U1，当一次母线电压大于U1时，n个旁路控制电平指令全部强制输出高电平，其中U1＝Ud
×
k，k为蓄电池组的串联单体数；Ud为蓄电池组充满电状态下的单体电池电压。
[0023]优选地，蓄电池包包括：蓄电池组、放电开关K1和充电回路二极管D1；
[0024]蓄电池组正端分别通过放电开关继电器K1和充电回路二极管D1，与一次母线正线连接，蓄电池组负端与一次母线回线连接。
[0025]优选地，所述MPPT电路包括：MPPT旁路电路、MPPT降压电路、MPPT硬件控制电路和MPPT旁路控制电路；
[0026]MPPT旁路电路和MPPT降压电路并联在一起，接受太阳电池分阵的供电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统，其特征在于，包括：太阳电池分阵、MPPT电路、蓄电池包、一次母线正线、一次母线回线、二次电源和电源下位机；太阳电池分阵在卫星位于阳照区时，将太阳光的能量转换为电能，通过MPPT电路给负载用电设备供电，并给蓄电池包充电；MPPT电路有两种能量传输模式：MPPT模式和DET模式，任意时刻仅工作在一种模式下；当工作在MPPT模式时，MPPT电路进行太阳电池分阵的峰值功率跟踪控制、降压变换和功率调节，MPPT电路由二次电源进行供电；当工作在DET模式时，太阳电池分阵的输出正负端分别与一次母线正线、一次母线回线相连，此时太阳电池分阵的输出功率直接输出到一次母线上，MPPT电路由太阳电池分阵供电；蓄电池包在卫星位于阴影区时，放电给二次电源和负载用电设备供电；二次电源输入端的正线与一次母线正线连接，二次电源输入端的负线与一次母线回线连接，在阳照区时，二次电源通过MPPT电路接受太阳电池分阵的供电，将MPPT电路的输出进行电压变换后给电源下位机和MPPT电路供电；在阴影区时，二次电源接受蓄电池组的供电，并电压变换后给电源下位机和MPPT电路供电；电源下位机采集一次母线电压，输出旁路控制电平指令给MPPT电路，旁路控制电平指令用于切换MPPT电路的工作状态。2.根据权利要求1所述的一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统，其特征在于，太阳电池分阵共有n个，每个太阳电池阵分阵分别设置有对应的MPPT电路；n个MPPT电路的输出端并联，n个MPPT电路的输出正线连接在一起形成一次母线正线；n个MPPT电路的输出回线连接在一起形成一次母线回线，n为正整数。3.根据权利要求2所述的一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统，其特征在于，电源下位机对应n个MPPT电路输出n个旁路控制电平指令；旁路控制电平指令为OC门，其输出状态有高电平和高阻状态两种情况，当电源下位机未加电时，旁路控制电平指令的输出为高阻状态；反之为高电平状态；当旁路控制电平指令输出高电平时，与其对应的MPPT电路工作在MPPT模式，太阳电池分阵的输出功率可调节；当旁路控制电平指令输出为高阻状态时，与其对应的MPPT电路工作在DET模式，太阳电池分阵的输出功率不可调节。4.根据权利要求3所述的一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统，其特征在于，在太阳电池分阵受太阳光照射进行首次加电时，电源下位机未加电，电源下位机输出的旁路控制电平指令为高阻状态，MPPT电路工作在DET模式，太阳电池分阵通过工作在DET模式下的MPPT电路给二次电源供电，二次电源工作后进行电压变换后给MPPT硬件控制电路和电源下位机供电，电源下位机工作后通过地面指令将旁路控制电平指令由高阻状态切换为高电平状态，使MPPT电路工作在MPPT模式，进行太阳电池分阵的峰值功率跟踪控制、降压变换和功率调节。5.根据权利要求4所述的一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统，其特征在于，当电源下位机软件热启动时，n个旁路控制电平指令全部按照高电平输出；设置DET与MPPT切换门限U1，当一次母线电压大于U1时，n个旁路控制电平指令全部强制输出高电平，其中U1＝Ud
×
k，k为蓄电池组的串联单体数；Ud为蓄电池组充满电状态下的单体电池电压。
6.根据权利要求1～5任意之一所述的一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统，其特征在于，蓄电池包包括：蓄电池组、放电开关K1和充电回路二极管D1；蓄电池组正端分别通过放电开关继电器K1和充电回路二极管D1，与一次母线正线连接，蓄电池组负端与一次母线回线连接。7.根据权利要求1～5任意之一所述的一种实现MPPT降压电路自启动的卫星电源系统，其特征在于，所述MPPT电路包括：MPPT旁路电路、MPPT降压电路、MPPT硬件控制电路和MPPT旁路控制电路；MPPT旁路电路和MPPT降压电路并联在一起，接受太阳电池分阵的供电输出，进行旁路控制或降压控制后输出到一次母线；MPPT旁路控制电路接受电源下位机输出的旁路控制电平型指令；MPPT硬件控制电路输出控制信号控制MPPT降压电路；当MPPT旁路电路工作时，MPPT降压电路被短路不能工作，MPPT电路工作在DET模式；当MPPT旁路电路不工作，且MPPT硬件控制电路处于加电工作状态时，MPPT电路工作在MPPT模式；MPPT旁路电路的输入正端连接太阳电池分阵的正端，MPPT旁路电路的输入负端连接太阳电池分阵的负端，MPPT旁路电路的输出正端连接一次母线正线，MPPT旁路电路的输出负端连接一次母线回线；当MPPT旁路电路工作时，MPPT旁路电路将太阳电池分阵的输出直接与一次母线连接，其输出功率为当前的一次母线电压与其输出电流的乘积；MPPT降压电路的输入正端连接太阳电池分阵的正端，输入负端连接太阳电池分阵的负端，输出正端连接一次母线正线，输出负端连接一次母线回线；当MPPT降压电路工作时，太阳电池分阵工作在其最大功率输出点上，并将太阳电池分阵的输出电压降压为蓄电池组电压，当蓄电池组充电到满荷电态时，MPPT降压电路调整太阳电池分阵的工作点，降低太阳电池分阵的输出功率，直到输出功率为0，防止蓄电池组过充电；MPPT硬件控制电路作为MPPT降压电路的控制器，监测MPPT降压电路的输入电流电压和输出电流电压，并输出控制信号，控制MPPT降压电路，实现对太阳电池分阵最大功率点的跟踪...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏蛟，赵海峰，刘元默，张勇，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：