一種基于冗余mppt電路結(jié)構(gòu)的微納衛(wèi)星電源系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天器電氣系統(tǒng)總體領(lǐng)域，特別涉及一種基于冗余MPPT電路結(jié)構(gòu)的微納衛(wèi)星電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微納衛(wèi)星一般指質(zhì)量為lKg?10Kg的衛(wèi)星，其供電部分一般由太陽電池和蓄電池構(gòu)成。一方面，微納衛(wèi)星的外形尺寸極小，能夠用于布局太陽電池的面積也就極為有限；另一方面，太陽能電池的負(fù)載輸出曲線與外界條件(光照、溫度，以及負(fù)載電阻等)有關(guān)。為了使微納衛(wèi)星負(fù)載從有限的太陽電池面積獲得更多的能源，要求太陽能電池工作在最大功率點(diǎn)，同時(shí)還要求電源系統(tǒng)具備較高的效率。另外，微納衛(wèi)星由于受體積、重量、功耗等因素限制，其電源系統(tǒng)不能完全繼承大型衛(wèi)星冗余設(shè)計(jì)思路，需要需權(quán)衡考慮可靠性和有限冗余設(shè)計(jì)。
[0003]由于MPPT技術(shù)發(fā)展較晚，現(xiàn)有的微納衛(wèi)星電源系統(tǒng)一般不具備MPPT功能，極少部分小衛(wèi)星雖具備MPPT功能，但均通過MCU和復(fù)雜的算法來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)復(fù)雜，空間環(huán)境適應(yīng)能力較低。并且，僅能獲取多個(gè)太陽電池串聯(lián)后的最大功率，一旦其中某一片單體衰減較快，就不能有效獲取整串太陽電池的最大功率，另外，目前微納衛(wèi)星電源系統(tǒng)的輸入/輸出隔離多采用肖特基二極管實(shí)現(xiàn)功率隔離和合并，線路壓降大，系統(tǒng)效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上問題，本發(fā)明提供了一種冗余MPPT電路結(jié)構(gòu)的微納衛(wèi)星電源系統(tǒng)，具有可靠性高、能量轉(zhuǎn)換效率高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于冗余MPPT電路結(jié)構(gòu)的微納衛(wèi)星電源系統(tǒng)，包括控制組件、蓄電組件、m個(gè)開關(guān)組件、2n個(gè)發(fā)電組件；n為大于或等于1的自然數(shù);m為大于或等于1的自然數(shù)；
[0006]每兩個(gè)發(fā)電組件串聯(lián)形成發(fā)電組件組，發(fā)電組件組的正極端與其中一個(gè)開關(guān)組件相連接，發(fā)電組件組的負(fù)極端與蓄電組件的負(fù)極端相連接，開關(guān)組件的控制端分別與控制組件相連接；開關(guān)組件的兩端還分別與蓄電組件和/或其余開關(guān)組件的兩端相連接；
[0007]發(fā)電組件組的正極端還與控制組件的第一電壓輸入端相連接，蓄電組件的輸出端與控制組件的第二電壓輸入端相連接；
[0008]控制組件用于控制開關(guān)組件的斷開或閉合。
[0009]作為優(yōu)選的，還包括η個(gè)隔離二極管；
[0010]每一組發(fā)電組件組的正極端與一個(gè)隔離二極管的陽極相連接；隔離二極管的陰極與其中一個(gè)開關(guān)組件相連接。
[0011]作為優(yōu)選的，發(fā)電組件包括太陽能發(fā)電部件和帶有ΜΡΡΤ功能的DC/DC電路；
[0012]太陽能發(fā)電部件與DC/DC電路相并聯(lián)。
[0013]進(jìn)一步的，DC/DC電路包括升壓變換器。
[0014]進(jìn)一步的，太陽能發(fā)電部件包括太陽能電池。
[0015]作為優(yōu)選的，開關(guān)組件包括NM0S管或PM0S管。
[0016]作為優(yōu)選的，還包括第一分壓電阻組與第二分壓電阻組，第一分壓電阻組用于發(fā)電組件的正極端匯流后的分壓，第二分壓電阻組用于蓄電組件的正極端的分壓。
[0017]進(jìn)一步的，還包括BUCK電路，BUCK電路用于給蓄電組件充電。
[0018]進(jìn)一步的，BUCK電路包括電感、PM0S管、第一 NM0S管、第二 NM0S管和肖特基二極管；
[0019]電感的一端與蓄電組件的正極相連接，另一端分別與第一 NM0S管的一端、第二NM0S管的一端以及肖特基二極管的陰極相連接；肖特基二極管的陽極與第二 NM0S管的另一端以及蓄電組件的負(fù)極相連接；第一 NM0S管的另一端與PM0S管相連接，PM0S管的一端與第一分壓電阻組串聯(lián)，第一分壓電阻組的另一端與蓄電組件的負(fù)極相連接。
[0020]作為優(yōu)選的，控制組件為邏輯控制電路。
[0021]本發(fā)明中提供的衛(wèi)星電源系統(tǒng)相比現(xiàn)有技術(shù)的衛(wèi)星電源系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]系統(tǒng)搭載了 MPPT功能，并使用簡單的邏輯算法實(shí)現(xiàn)PM0S管和NM0S管的導(dǎo)通和斷開。
[0023]太陽能電池采用串聯(lián)加并聯(lián)的方式，即使一兩個(gè)太陽能電池老化，不會(huì)過多地影響系統(tǒng)整體的發(fā)電能力。
[0024]設(shè)備整體重量較輕，用于微納衛(wèi)星時(shí)不會(huì)過多地增加衛(wèi)星的整體重量。
[0025]設(shè)備整體具有可靠性高、能量轉(zhuǎn)換效率高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的電路設(shè)計(jì)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面參照附圖和具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0028]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于冗余MPPT電路結(jié)構(gòu)的微納衛(wèi)星電源系統(tǒng)，如圖1所示，包括控制組件、蓄電組件、m個(gè)開關(guān)組件、2n個(gè)發(fā)電組件；n為大于或等于1的自然數(shù)；m為大于或等于1的自然數(shù)；每兩個(gè)發(fā)電組件串聯(lián)形成發(fā)電組件組，發(fā)電組件組的正極端與其中一個(gè)開關(guān)組件相連接，發(fā)電組件組的負(fù)極端與蓄電組件的負(fù)極端相連接，開關(guān)組件的控制端分別與控制組件相連接；開關(guān)組件的兩端還分別與蓄電組件和/或其余開關(guān)組件的兩端相連接；發(fā)電組件組的正極端還與控制組件的第一電壓輸入端相連接，蓄電組件的輸出端與控制組件的第二電壓輸入端相連接；控制組件用于控制開關(guān)組件的斷開或閉合。
[0029]在本實(shí)施例中，還可以在每一個(gè)發(fā)電組件組的正極端上與一個(gè)隔離二極管的陽極相連接；隔離二極管的陰極匯流后形成輸入母線。輸入母線一方面與PM0S管Q1的漏極相連，然后通過Q1的源極將功率傳遞給輸出母線，供電給負(fù)載，另一方面，通過NM0S管Q2、電感L、NM0S管Q3和肖特基二極管D0構(gòu)成的降壓變換電路(BUCK電路)給蓄電池組充電。該BUCK電路包括電感L、PM0S管Q1、第一 NM0S管Q2、第二 NM0S管Q3和肖特基二極管；電感的一端與蓄電組件的正極相連接，另一端分別與第一 NM0S管的一端、第二 NM0S管的一端以及肖特基二極管的陰極相連接；肖特基二極管的陽極與第二 NM0S管的另一端相連接后，與蓄電組件的負(fù)極相連接；第一 NMOS管的另一端與PMOS管相連接，PMOS管與第一分壓電阻組串聯(lián)后，與蓄電組件的負(fù)極相連接。蓄電池組(蓄電組件)正極連接PMOS管Q4的漏極，然后通過Q4的源極將功率傳遞給輸出母線，供電給負(fù)載。邏輯控制電路(控制組件)連接NMOS管Q2、Q3的柵極，以及PMOS管Q1和Q4的柵極，實(shí)現(xiàn)對NMOS管Q2的PWM控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對NMOS管Q3的同步整流控制，以及對PMOS管Q1和Q4的通斷控制；電阻R1和R2作為輸入母線電壓分壓電阻(第一分壓電阻組)，電阻R3和R4作為電池組電壓分壓電阻(第二分壓電阻組)，分別將輸入母線電壓和電池組電壓反饋給邏輯控制電路，實(shí)現(xiàn)充、放電閉環(huán)控制。
[0030]在本實(shí)施例中，邏輯控制電路控制NM0S管Q2處于斬波工作模式，NM0S管Q3處于同步整流工作模式，實(shí)現(xiàn)NM0S管Q2、電感L、NM0S管Q3和肖特基二極管D0構(gòu)成的BUCK電路給蓄電池組進(jìn)行充電。該BUCK電路選用NM0S管Q2作為高端斬波開關(guān)，以及NM0S管Q3和二極管D0并聯(lián)構(gòu)成同步整流電路，邏輯控制電路控制Q2和Q3的柵極互補(bǔ)同頻率工作，采用PWM恒定頻率控制方式，PWM的占空比隨著電池組電壓Vbat變化而改變，從而控制對蓄電池組進(jìn)行恒流-恒壓充電。
[0031]在本實(shí)施例中，輸入母線與PM0S管Q1的漏極連接，輸出母線與PM0S管Q1的源極連接，蓄電池組正端與PM0S管Q4的漏極連接，輸出母線與PM0S管Q4的源極連接，邏輯控制電路通過判斷輸入母線電壓Vin和蓄電池組電壓Vbat，以實(shí)現(xiàn)對PM0S管Q1和Q4的通斷控制，使輸入母線與輸出母線之間正向低壓降導(dǎo)通和反向隔離，以及使蓄電池組與輸出母線之間正向低壓降導(dǎo)通和反向隔離。
[0032]當(dāng)輸入母線電壓Vin < Vbat+Ο.1V，邏