本發(fā)明屬于電源控制領(lǐng)域，尤其涉及一種衛(wèi)星電源控制器。

背景技術(shù)：

隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種用途的航天器不斷涌現(xiàn)，高功率、高可靠、輕量化成為當(dāng)前航天器發(fā)展的主要方向。因此，提高衛(wèi)星電源系統(tǒng)的功率密度和可靠性對于實現(xiàn)高功率、高可靠、輕量化的衛(wèi)星平臺具有重要意義。

提高太陽電池陣的最大輸出功率有助于降低衛(wèi)星整體重量從而實現(xiàn)提高衛(wèi)星電源系統(tǒng)的功率密度，同時，采取高可靠的電源系統(tǒng)架構(gòu)有助于提高衛(wèi)星平臺的可靠性。常規(guī)的衛(wèi)星電源控制器通常采用順序開關(guān)分流調(diào)節(jié)(S3R)或最大功率跟蹤控制(MPPT)方式來實現(xiàn)太陽電池陣的峰值功率跟蹤。然而，順序開關(guān)分流調(diào)節(jié)(S3R)可靠性雖高，但是峰值功率跟蹤效率較低；最大功率跟蹤控制(MPPT)峰值功率跟蹤效率雖高，但是可靠性較低，不能滿足未來衛(wèi)星平臺高可靠、高功率密度的供電需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種能夠兼顧S3R順序開關(guān)分流調(diào)節(jié)和MPPT最大功率跟蹤控制的電源控制器架構(gòu)，具有峰值功率跟蹤效率高和可靠性高的優(yōu)點。

一種衛(wèi)星電源控制器，用于跟蹤相互并聯(lián)的N個光伏電池陣的峰值功率，包括N個輸出二極管、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3、第二二極管D2、第三二極管D3、輸入電容C1、輸出電容Co、電感L1、輸入電壓傳感器、輸入電流傳感器、輸出電壓傳感器以及控制單元；

所述輸出二極管相互并聯(lián)，且正極各連接一個光伏電池陣，負(fù)極并點連接到第二二極管D2的正極；

所述第二二極管D2的負(fù)極依次串接第二開關(guān)S2、電感L1以及第三二極管D3的正端后，通過第三二極管D3的負(fù)極連接到輸出電容Co的正端和直流母線；

所述第三開關(guān)S3一端連接在第二開關(guān)S2和電感L1之間，另一端接地；

所述第一開關(guān)S1并聯(lián)在第二二極管D2和第二開關(guān)S2組成的串聯(lián)電路兩端；

所述輸入電容C1正端連接在第二二極管D2的負(fù)極和第二開關(guān)S2之間，同時負(fù)端接地；

所述輸入電壓傳感器和輸入電流傳感器在輸出二極管的負(fù)極并點端分別檢測光伏電池陣的輸入電壓v₁和輸入電流i₁；

所述輸出電壓傳感器在第三二極管D3的負(fù)極檢測光伏電池陣的輸出電壓v_O；

所述輸出電容Co正端連接直流母線，負(fù)端接地，用于穩(wěn)定輸出電壓v_O；

所述控制單元分別接收輸入電壓傳感器、輸入電流傳感器以及輸出電壓傳感器檢測的輸入電壓v₁、輸入電流i₁、輸出電壓v_O以及外部輸入的控制指令MPPT_EN，從而控制衛(wèi)星電源控制器的工作模式以及第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3的通斷，其中：

如果外部輸入的控制指令MPPT_EN為高電平，則衛(wèi)星電源控制器工作在MPPT控制模式，且第一開關(guān)S1關(guān)斷和第三開關(guān)S3關(guān)斷，第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3互補導(dǎo)通，其中第二開關(guān)S2的導(dǎo)通時間由輸入電壓v₁和輸入電流i₁計算得到的輸入功率決定，其中：如果輸入功率之間的差值變大，則第二開關(guān)S2的導(dǎo)通時間變長；如果輸入功率之間的差值變小，則第二開關(guān)S2的導(dǎo)通時間變短；如果輸入功率保持不變，則第二開關(guān)S2的導(dǎo)通時間不變，且該功率為光伏電池陣的峰值功率；

如果外部輸入的控制指令MPPT_EN為低電平，則衛(wèi)星電源控制器工作在S3R控制模式，且第一開關(guān)S1導(dǎo)通，第二開關(guān)S2關(guān)斷，第三開關(guān)S3的導(dǎo)通時間由輸出電壓v_O決定，其中：如果輸出電壓v_O變大，則第三開關(guān)S3的導(dǎo)通時間變長；如果輸出電壓v_O變小，則第三開關(guān)S3的導(dǎo)通時間變短；如果輸出電壓v_O保持不變，則第三開關(guān)S3的導(dǎo)通時間不變，且該輸出電壓v_O為光伏電池陣的最大輸出電壓，并對應(yīng)光伏電池陣的峰值功率。

一種衛(wèi)星電源控制器，所述控制單元包括MPPT控制單元、S3R控制單元、與門1、與門2、非門、S1驅(qū)動電路、S2驅(qū)動電路以及S3驅(qū)動電路；其中：

所述MPPT控制單元包括MPPT控制器、第一比較器以及第一三角波發(fā)生器；其中MPPT控制器根據(jù)接收的輸入電壓v₁和輸入電流i₁計算當(dāng)前輸入功率與上一時刻輸入功率的差值，然后輸出與該差值線性相關(guān)的控制電壓d_ref；第一比較器的兩個輸入端接收控制電壓d_ref和第一三角波發(fā)生器輸出的三角波V_tri，并將比較結(jié)果輸入與門1；

所述S3R控制單元包括減法器、PI控制器、限幅器、第二比較器以及第二三角波發(fā)生器；其中減法器的負(fù)端接收輸出電壓v_O，正端連接基準(zhǔn)電壓源，其中基準(zhǔn)電壓源的電壓值V_ref在光伏電池陣的峰值功率點電壓和最大電壓之間；PI控制器接收基準(zhǔn)電壓V_ref與輸出電壓v_O的差值，并對其進(jìn)行比例或積分調(diào)節(jié)；限幅器接收PI控制器輸出的調(diào)節(jié)信號，使自身輸出的限幅信號被限定在衛(wèi)星電源控制器的工作電壓范圍內(nèi)；第二比較器的兩個輸入端接收限幅器的限幅信號和第二三角波發(fā)生器的三角波V_tri，并將比較結(jié)果輸入與門2；

與門1的兩個輸入端接收MPPT控制單元輸出的比較結(jié)果和外部輸入的控制指令MPPT_EN，輸出端連接S2驅(qū)動電路；與門2的兩個輸入端接收S3R控制單元輸出的比較結(jié)果和外部輸入的經(jīng)過非門取反后的控制指令MPPT_EN，輸出端連接S3驅(qū)動電路；外部輸入的控制指令MPPT_EN經(jīng)過非門取反后，直接輸入S1驅(qū)動電路；

所述S1驅(qū)動電路、S2驅(qū)動電路以及S3驅(qū)動電路分別控制第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2以及第三開關(guān)S3的通斷，其中：

如果外部輸入的控制指令MPPT_EN為高電平，則S1驅(qū)動電路的輸入為低電平，與門1的輸入為高電平，與門2的輸入為低電平；S1驅(qū)動電路和S3驅(qū)動電路將第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3關(guān)斷；S2驅(qū)動電路輸出受MPPT控制單元控制，第二開關(guān)S2的導(dǎo)通時間由第一比較器輸出的比較結(jié)果的占空比決定；

如果外部輸入的控制指令MPPT_EN為低電平，則S1驅(qū)動電路的輸入為高電平，與門1的輸入為低電平，與門2的輸入為高電平；S1驅(qū)動電路將第一開關(guān)S1導(dǎo)通，S2驅(qū)動電路將第二開關(guān)S2關(guān)斷；S3驅(qū)動電路輸出受S3R控制單元控制，第三開關(guān)S3的導(dǎo)通時間由第二比較器輸出的比較結(jié)果的占空比決定；其中在S3R控制模式下，第二二極管D2阻斷輸入電容C1通過第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3對地形成放電回路；第三二極管D3阻斷輸出電容Co通過第三開關(guān)S3對地形成放電回路。

一種衛(wèi)星電源控制器，所述第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2以及第三開關(guān)S3為繼電器，驅(qū)動電路S1、驅(qū)動電路S2以及驅(qū)動電路S3通過控制繼電器的線包通電或斷電，來控制繼電器觸點開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷。

一種衛(wèi)星電源控制器，所述第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2以及第三開關(guān)S3為MOSFET，驅(qū)動電路S1、驅(qū)動電路S2以及驅(qū)動電路S3通過控制MOSFET的門極來控制MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷。

一種衛(wèi)星電源控制器，所述第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2以及第三開關(guān)S3為晶體管，驅(qū)動電路S1、驅(qū)動電路S2以及驅(qū)動電路S3通過控制晶體管的門極來控制晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷。

一種衛(wèi)星電源控制器，將2個以上的衛(wèi)星電源控制器相互并聯(lián)，得到大功率的衛(wèi)星電源控制器系統(tǒng)。

有益效果：

1、本發(fā)明提供一種衛(wèi)星電源控制器，將S3R順序開關(guān)分流調(diào)節(jié)和MPPT最大功率跟蹤控制相結(jié)合，用于提高衛(wèi)星電源系統(tǒng)峰值功率跟蹤效率和可靠性，從而實現(xiàn)高功率、高效率、高可靠的衛(wèi)星平臺。

2、本發(fā)明通過多個同樣的支路并聯(lián)，進(jìn)一步擴充了電源控制器的輸出功率、并提高衛(wèi)星電源系統(tǒng)的功率密度，從而實現(xiàn)降低衛(wèi)星整體重量，實現(xiàn)衛(wèi)星平臺的輕量化，降低衛(wèi)星的發(fā)射成本，提高衛(wèi)星的經(jīng)濟性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的衛(wèi)星電源控制器示意圖；

圖2為本發(fā)明的控制單元原理圖；

圖3為本發(fā)明的衛(wèi)星電源控制器級聯(lián)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，為本發(fā)明的衛(wèi)星電源控制器示意圖。一種衛(wèi)星電源控制器，用于跟蹤相互并聯(lián)的N個光伏電池陣的峰值功率，其特征在于，包括N個輸出二極管、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3、第二二極管D2、第三二極管D3、輸入電容C1、輸出電容Co、電感L1、輸入電壓傳感器、輸入電流傳感器、輸出電壓傳感器以及控制單元；

所述輸出二極管相互并聯(lián)，且正極各連接一個光伏電池陣，負(fù)極并點連接到第二二極管D2的正極；

所述第二二極管D2的負(fù)極連接第二開關(guān)S2，同時第二開關(guān)S2的另一端分別連接電感L1和第三開關(guān)S3；其中電感L1的另一端連接第三二極管D3的正端，第三開關(guān)S3的另一端接地；

所述第一開關(guān)S1并聯(lián)第二二極管D2和第二開關(guān)S2組成的串聯(lián)電路；

所述輸入電容C1正端連接在第二二極管D2的負(fù)極和第二開關(guān)S2之間，且負(fù)端接地；

所述第三二極管D3的負(fù)極連接到輸出電容Co的正端和直流母線；

所述輸入電壓傳感器和輸入電流傳感器在輸出二極管的負(fù)極并點端分別檢測光伏電池陣的輸入電壓v₁和輸入電流i₁；

所述輸出電壓傳感器在第三二極管D3的負(fù)極檢測光伏電池陣的輸出電壓v_O；

所述輸出電容Co正端連接直流母線，負(fù)端接地，用于穩(wěn)定輸出電壓v_O；

所述控制單元分別接收輸入電壓傳感器、輸入電流傳感器以及輸出電壓傳感器檢測的輸入電壓v₁、輸入電流i₁、輸出電壓v_O以及外部輸入的控制指令MPPT_EN，從而控制第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3的通斷以及衛(wèi)星電源控制器的工作模式，其中：

如果外部輸入的控制指令MPPT_EN為高電平，則衛(wèi)星電源控制器工作在MPPT控制模式，且第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3關(guān)斷，第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3互補導(dǎo)通，第二開關(guān)S2的導(dǎo)通時間由輸入電壓v₁和輸入電流i₁計算得到的輸入功率決定，其中：如果輸入功率之間的差值變大，則第二開關(guān)S2的導(dǎo)通時間變長；如果輸入功率之間的差值變小，則第二開關(guān)S2的導(dǎo)通時間變短；如果輸入功率保持不變，則第二開關(guān)S2的導(dǎo)通時間不變，且該功率為光伏電池陣的峰值功率；

如果外部輸入的控制指令MPPT_EN為低電平，則衛(wèi)星電源控制器工作在S3R控制模式，且第一開關(guān)S1導(dǎo)通，第二開關(guān)S2關(guān)斷，第三開關(guān)S3的導(dǎo)通時間由輸出電壓v_O決定，其中：如果輸出電壓v_O變大，則第三開關(guān)S3的導(dǎo)通時間變長；如果輸出電壓v_O變小，則第三開關(guān)S3的導(dǎo)通時間變短；如果輸出電壓v_O保持不變，則第三開關(guān)S3的導(dǎo)通時間不變，且該輸出電壓v_O為光伏電池陣的最大輸出電壓，并對應(yīng)光伏電池陣的峰值功率。

如圖2所示，為本發(fā)明的控制單元原理圖。所述控制單元包括MPPT控制單元、S3R控制單元、與門1、與門2、非門、S1驅(qū)動電路、S2驅(qū)動電路以及S3驅(qū)動電路；其中：

所述MPPT控制單元包括MPPT控制器、第一比較器以及第一三角波發(fā)生器；其中MPPT控制器根據(jù)接收的輸入電壓v₁和輸入電流i₁計算當(dāng)前輸入功率與上一時刻輸入功率的差值，然后輸出與該差值線性相關(guān)的控制電壓d_ref；第一比較器的兩個輸入端接收控制電壓d_ref和第一三角波發(fā)生器輸出的三角波V_tri，并將比較結(jié)果輸入與門1；

所述S3R控制單元包括減法器、PI控制器、限幅器、第二比較器以及第二三角波發(fā)生器；其中減法器的負(fù)端接收輸出電壓v_O，正端連接基準(zhǔn)電壓源，其中基準(zhǔn)電壓源的電壓值V_ref在光伏電池陣的最大功率點電壓和最大電壓之間；PI控制器接收基準(zhǔn)電壓V_ref與輸出電壓v_O的差值，并對其進(jìn)行比例或積分調(diào)節(jié)；限幅器接收PI控制器輸出的調(diào)節(jié)信號，使自身輸出的限幅信號被限定在衛(wèi)星電源控制器的工作電壓范圍內(nèi)；第二比較器的兩個輸入端接收限幅器的限幅信號和第二三角波發(fā)生器的三角波V_tri，并將比較結(jié)果輸入與門2；

與門1的兩個輸入端接收MPPT控制單元輸出的比較結(jié)果和外部輸入的控制指令MPPT_EN，輸出端連接S2驅(qū)動電路；與門2的兩個輸入端接收S3R控制單元輸出的比較結(jié)果和外部輸入的經(jīng)過非門取反后的控制指令MPPT_EN，輸出端連接S3驅(qū)動電路；外部輸入的控制指令MPPT_EN經(jīng)過非門取反后，直接輸入S1驅(qū)動電路；其中S1驅(qū)動電路、S2驅(qū)動電路以及S3驅(qū)動電路分別控制第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2以及第三開關(guān)S3的導(dǎo)通和關(guān)斷。

一種基于衛(wèi)星電源控制器的控制方法，其特征在于，如果外部輸入的控制指令MPPT_EN為高電平，則衛(wèi)星電源控制器工作在MPPT控制模式；S₁驅(qū)動電路的輸入為低電平，與門1的輸入為高電平，與門2的輸入為低電平；S₁驅(qū)動電路和S₃驅(qū)動電路將第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3關(guān)斷；S₂驅(qū)動電路輸出受MPPT控制單元控制，第二開關(guān)S2的導(dǎo)通時間由MPPT控制單元輸出的比較結(jié)果的占空比決定；

如果外部輸入的控制指令MPPT_EN為低電平，則衛(wèi)星電源控制器工作在S3R控制模式；S₁驅(qū)動電路的輸入為高電平，與門1的輸入為低電平，與門2的輸入為高電平；S₁驅(qū)動電路將第一開關(guān)S1導(dǎo)通，S₂驅(qū)動電路將第二開關(guān)S2關(guān)斷；S₃驅(qū)動電路輸出受S3R控制單元控制，第三開關(guān)S3的導(dǎo)通時間由S3R控制單元輸出的比較結(jié)果的占空比決定；第二二極管D2阻斷輸入電容C1通過第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3對地形成放電回路；第三二極管D3阻斷輸出電容Co通過第三開關(guān)S3對地形成放電回路。

一種衛(wèi)星電源控制器，所述第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2以及第三開關(guān)S3為繼電器，驅(qū)動電路S1、驅(qū)動電路S2以及驅(qū)動電路S3通過控制繼電器的線包通電或斷電，來控制繼電器觸點開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷。

一種衛(wèi)星電源控制器，所述第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2以及第三開關(guān)S3為MOSFET或晶體管，驅(qū)動電路S1、驅(qū)動電路S2以及驅(qū)動電路S3通過控制MOSFET或晶體管的門極來控制MOSFET或晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷。

如圖3所示，為本發(fā)明的衛(wèi)星電源控制器級聯(lián)示意圖。一種衛(wèi)星電源控制器，將至少2個衛(wèi)星電源控制器相互并聯(lián)，可得到大功率的衛(wèi)星電源控制器系統(tǒng)。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。