一種基于冗余mppt電路結構的微納衛星電源系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航天器電氣系統總體領域，特別涉及一種基于冗余MPPT電路結構的微納衛星電源系統。
【背景技術】
[0002]微納衛星一般指質量為lKg?10Kg的衛星，其供電部分一般由太陽電池和蓄電池構成。一方面，微納衛星的外形尺寸極小，能夠用于布局太陽電池的面積也就極為有限；另一方面，太陽能電池的負載輸出曲線與外界條件(光照、溫度，以及負載電阻等)有關。為了使微納衛星負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，同時還要求電源系統具備較高的效率。另外，微納衛星由于受體積、重量、功耗等因素限制，其電源系統不能完全繼承大型衛星冗余設計思路，需要需權衡考慮可靠性和有限冗余設計。
[0003]由于MPPT技術發展較晚，現有的微納衛星電源系統一般不具備MPPT功能，極少部分小衛星雖具備MPPT功能，但均通過MCU和復雜的算法來實現，系統復雜，空間環境適應能力較低。并且，僅能獲取多個太陽電池串聯后的最大功率，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，目前微納衛星電源系統的輸入/輸出隔離多采用肖特基二極管實現功率隔離和合并，線路壓降大，系統效率較低。

【發明內容】

[0004]針對以上問題，本發明提供了一種冗余MPPT電路結構的微納衛星電源系統，具有可靠性高、能量轉換效率高、體積小、結構簡單、成本低等優點。
[0005]本發明的目的在于提供一種基于冗余MPPT電路結構的微納衛星電源系統，包括控制組件、蓄電組件、m個開關組件、2n個發電組件；n為大于或等于1的自然數;m為大于或等于1的自然數；
[0006]每兩個發電組件串聯形成發電組件組，發電組件組的正極端與其中一個開關組件相連接，發電組件組的負極端與蓄電組件的負極端相連接，開關組件的控制端分別與控制組件相連接；開關組件的兩端還分別與蓄電組件和/或其余開關組件的兩端相連接；
[0007]發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組件的斷開或閉合。
[0009]作為優選的，還包括η個隔離二極管；
[0010]每一組發電組件組的正極端與一個隔離二極管的陽極相連接；隔離二極管的陰極與其中一個開關組件相連接。
[0011]作為優選的，發電組件包括太陽能發電部件和帶有ΜΡΡΤ功能的DC/DC電路；
[0012]太陽能發電部件與DC/DC電路相并聯。
[0013]進一步的，DC/DC電路包括升壓變換器。
[0014]進一步的，太陽能發電部件包括太陽能電池。
[0015]作為優選的，開關組件包括NM0S管或PM0S管。
[0016]作為優選的，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]進一步的，還包括BUCK電路，BUCK電路用于給蓄電組件充電。
[0018]進一步的，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，第一分壓電阻組的另一端與蓄電組件的負極相連接。
[0020]作為優選的，控制組件為邏輯控制電路。
[0021]本發明中提供的衛星電源系統相比現有技術的衛星電源系統具有以下優點:
[0022]系統搭載了 MPPT功能，并使用簡單的邏輯算法實現PM0S管和NM0S管的導通和斷開。
[0023]太陽能電池采用串聯加并聯的方式，即使一兩個太陽能電池老化，不會過多地影響系統整體的發電能力。
[0024]設備整體重量較輕，用于微納衛星時不會過多地增加衛星的整體重量。
[0025]設備整體具有可靠性高、能量轉換效率高、體積小、結構簡單、成本低等優點。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明一實施例的電路設計圖。
【具體實施方式】
[0027]下面參照附圖和具體實施例來進一步說明本發明。
[0028]本發明的實施例提供了一種基于冗余MPPT電路結構的微納衛星電源系統，如圖1所示，包括控制組件、蓄電組件、m個開關組件、2n個發電組件；n為大于或等于1的自然數；m為大于或等于1的自然數；每兩個發電組件串聯形成發電組件組，發電組件組的正極端與其中一個開關組件相連接，發電組件組的負極端與蓄電組件的負極端相連接，開關組件的控制端分別與控制組件相連接；開關組件的兩端還分別與蓄電組件和/或其余開關組件的兩端相連接；發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組件的斷開或閉合。
[0029]在本實施例中，還可以在每一個發電組件組的正極端上與一個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后，與蓄電組件的負極相連接。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，實現對NMOS管Q2的PWM控制，同時實現對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，實現充、放電閉環控制。
[0030]在本實施例中，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，實現NM0S管Q2、電感L、NM0S管Q3和肖特基二極管D0構成的BUCK電路給蓄電池組進行充電。該BUCK電路選用NM0S管Q2作為高端斬波開關，以及NM0S管Q3和二極管D0并聯構成同步整流電路，邏輯控制電路控制Q2和Q3的柵極互補同頻率工作，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行恒流-恒壓充電。
[0031]在本實施例中，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，以實現對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通和反向隔離。
[0032]當輸入母線電壓Vin < Vbat+Ο.1V，邏