一种太阳电池阵功率调节融合系统的制作方法

1.本发明涉及太阳电池阵，尤其涉及一种太阳电池阵功率调节融合系统。


背景技术：

2.太阳电池阵的主要功能时，当太阳电池阵被太阳光照到时，有功率输出，向卫星各用电设备供电，同时向蓄电池组充电。
3.当前的卫星电源控制器设计中，太阳电池阵输出功率调节一般采用单一的调节方式，但都各有优缺点。
4.对于s3r调节方式，蓄电池组直接连接在一次电源母线上，母线电压收到蓄电池组电压钳位，在蓄电池组电压较低时，母线电压也较低，进而导致太阳电池输出功率降低。
5.对于s4r调节方式，母线电压在光照时基本是一个较高的稳定值，太阳电池阵输出功率较s3r有所提升，但太阳电池阵的输出能力仍无法被完全发挥出来。
6.对于mppt调节方式，在卫星有功率需求时，太阳电池阵能够工作在最大功率点，能源利用率最大，但在蓄电池组充满电后，mppt可能会工作在开路模式，特别是在卫星刚出地影时，太阳电池阵温度较低，开路电压会更高，这就使得太阳电池阵设计时需要较大的串间距，电源控制器内对应的器件也需要选择高耐压值器件，以及增加印制导线间距，整体资源消耗更大。
7.鉴于上述三种调节方式的各自优缺点，为资源利用最大化，需要设计一种融合系统，在充分利用太阳电池阵输出功率的同时，也能够避免高电压带来的设计成本增加。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种太阳电池阵功率调节融合系统。
9.本发明提供了一种太阳电池阵功率调节融合系统，包括第一太阳电池阵输出功率调节电路、第二太阳电池阵输出功率调节电路和模式转换电路，所述模式转换电路包括与门u1、滞环比较器u2和滞环比较器u3，所述滞环比较器u2的反相输入端接电源母线电压vbus，所述滞环比较器u2的同相输入端接设计值vref2，所述滞环比较器u3的反相输入端接太阳电池阵温度采样电压vt，所述滞环比较器u3的同相输入端接设计值vref1，所述滞环比较器u2和滞环比较器u3的输出端分别与所述与门u1的输入端连接，所述与门u1的输出端分别与所述第一太阳电池阵输出功率调节电路、第二太阳电池阵输出功率调节电路连接，用于所述第一太阳电池阵输出功率调节电路、第二太阳电池阵输出功率调节电路的切换；第一太阳电池阵输出功率调节电路为s3r调节电路或者s4r调节电路，所述第二太阳电池阵输出功率调节电路为mppt调节电路；当电源母线电压vbus低于设计值vref2时，滞环比较器u2输出为高电平，如果此时太阳电池阵温度采样电压vt低于设计值vref1时，即太阳电池阵温度为高温时，滞环比较器u3输出为高电平，与门u1输出为高电平，则第一太阳电池阵输出功率调节电路被禁止，第二太阳电池阵输出功率调节电路开始工作在mppt模式；
如果太阳电池阵温度采样电压vt高于设计值vref1时，即太阳电池阵温度为低温时，滞环比较器u3输出为低电平，与门u1输出为低电平，则第二太阳电池阵输出功率调节电路被禁止，第一太阳电池阵输出功率调节电路开始工作在s3r模式或s4r模式；如果电池母线电压vbus高于设计值vref2时，滞环比较器u2输出为低电平，此时，不论太阳电池阵温度高低，与门u1都输出为低电平，第二太阳电池阵输出功率调节电路被禁止，第一太阳电池阵输出功率调节电路开始工作在s3r模式或s4r模式。
10.作为本发明的进一步改进，所述模式转换电路还包括电阻r1和电阻r2，所述电阻r1的一端接电源母线电压vbus, 所述电阻r1的另一端与所述电阻r2的一端连接，所述电阻r2的另一端接地，所述滞环比较器u2的反相输入端连接在所述电阻r1、电阻r2之间。
11.作为本发明的进一步改进，所述s3r调节电路包括功率输入通路的pmos管v1、分流电路的nmos管v2、隔离二极管d1、pmos管v3、pmos管v4和pwm控制器，其中，所述pmos管v1的源极接太阳电池阵输入功率sas，所述pmos管v1的漏极接隔离二极管d1的阳极，所述pmos管v1的栅极接pmos管v3的源极，所述隔离二极管d1的阴极接电源母线电压vbus，所述pmos管v3的漏极接地，所述pmos管v3的栅极接与门u1的输出端，所述nmos管v2的漏极接pmos管v1的漏极的输出端，所述nmos管v2的源极接地，所述nmos管v2的栅极接pwm控制器，所述pmos管v4的源极接供电电压vcc1，所述pmos管v4的漏极接pwm控制器的输入端，所述pmos管v4的栅极接与门u1的输出端，所述pmos管v4是pwm控制器电源输入端的控制开关，所述pmos管v3是功率pmos管v1通断的控制开关。
12.作为本发明的进一步改进，所述mppt调节电路包括mppt主功率管v5、续流二极管d2、储能电感l1、pmos管v6、三极管v7和mppt控制器，所述pmos管v6的源极接供电电压vcc2，所述pmos管v6的漏极接mppt控制器的输入端，所述pmos管v6的栅极接三极管v7的集电极，所述三极管v7的发射极接地，所述三极管v7的基极接门u1的输出端，所述mppt主功率管v5的漏极接太阳电池阵输入功率sas，所述mppt主功率管v5的源极接储能电感l1的一端，所述mppt主功率管v5的栅极接mppt控制器的输出端，所述储能电感l1的另一端接电源母线电压vbus，所述续流二极管d2的阳极接地，所述续流二极管d2的阴极接mppt主功率管v5的源极，所述pmos管v6是mppt控制器的控制开关，由三极管v7驱动。
13.作为本发明的进一步改进，所述mppt调节电路还包括理想二极管，所述理想二极管连接于所述储能电感l1、电源母线电压vbus之间，所述理想二极管为mppt调节电路与电源母线vbus之间的隔离二极管。
14.当电源母线电压vbus低于设计值vref2时，滞环比较器u2输出为高电平，如果此时太阳电池阵温度采样电压vt低于设计值vref1时，即太阳电池阵温度为高温时，滞环比较器u3输出为高电平，与门u1输出为高电平，pmos管v3和pmos管v4都处于断开状态，进而pmos管v1也处于断开状态，s3r调节电路被禁止，三极管v7为导通状态，使得pmos管v6处于导通状态，供电电压vcc2向mppt控制器供电，调节电路开始工作在mppt模式；如果太阳电池阵温度采样电压vt高于设计值vref1时，即太阳电池阵温度为低温时，滞环比较器u3输出为低电平，与门u1输出为低电平，三极管v7处于断开状态，进而pmos管v6为断开状态，mppt调节电路被禁止，pmos管v3和pmos管v4都处于接通状态，进而pmos管v1处于导通状态，供电电压vcc1开始向pwm控制器供电，调节电路开始工作在s3r模式；如果电源母线电压vbus高于设计值vref2时，滞环比较器u2输出为低电平，此时，
不论太阳电池阵温度高低，与门u1都输出为低电平，三极管v7处于断开状态，进而pmos管v6为断开状态，mppt调节电路被禁止，pmos管v3和pmos管v4都处于接通状态，进而pmos管v1处于导通状态，供电电压vcc1开始向pwm控制器供电，调节电路开始工作在s3r模式。
15.本发明的有益效果是：提供了一种太阳电池阵功率调节融合系统，在充分利用太阳电池阵输出功率的同时，也能够避免高电压带来的设计成本增加。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的方案。
17.图1是本发明一种太阳电池阵功率调节融合系统的电路图。
18.图2是本发明一种太阳电池阵功率调节融合系统的局部放大图。
具体实施方式
19.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
20.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
23.一种太阳电池阵功率调节融合系统，用于在母线电压低于一定值时，启动最大功率点跟踪（mppt）工作模式，当母线电压高于一定值时，切换至顺序分流调节（s3r）工作模式或串联型顺序分流调节（s4r）模式，两种模式之间能够实现平稳转换。
24.本实施例以mppt和s3r融合设计方法为例，进行设计说明。
25.如图1至图2所示，sas为太阳电池阵输入功率。功率输入通路的pmos管v1、分流电路的nmos管v2、太阳电池阵和一次电源母线vbus之间的隔离二极管d1、pmos管v4、pmos管v3和pwm控制器构成了基本的s3r调节电路，pmos管v4是pwm控制器电源输入端的控制开关，pmos管v3是功率pmos管v1通断的控制开关。
26.mppt主功率管v5、续流二极管d2、储能电感l1、pmos管v6、三极管v7、mppt控制器和
理想二极管构成了基本的mppt调节电路，其中，pmos管v6是mppt控制器的控制开关，由三极管v7驱动，理想二极管为mppt功率调节电路与一次电源母线vbus之间的隔离二极管。
27.与门u1、滞环比较器u1、滞环比较器u3、电阻r1和电阻r2构成了基本的模式转换电路。
28.当母线电压vbus低于设计值vref2时，滞环比较器u2输出为高电平，如果此时太阳电池阵温度采样电压vt低于设计值vref1时，即太阳电池阵温度为高温时，滞环比较器u3输出为高电平，与门u1输出为高电平，pmos管v3和pmos管v4都处于断开状态，进而pmos管v1也处于断开状态，s3r调节电路被禁止。三极管v7为导通状态，使得pmos管v6处于导通状态，vcc2向mppt控制器供电，调节电路开始工作在mppt模式。
29.如果太阳电池阵温度采样电压vt高于设计值vref1时，即太阳电池阵温度为低温时，滞环比较器u3输出为低电平，与门u1输出为低电平，v7处于断开状态，进而pmos管v6为断开状态，mppt调节电路被禁止。pmos管v3和pmos管v4都处于接通状态，进而pmos管v1处于导通状态，vcc1开始向pwm控制器供电，调节电路开始工作在s3r模式。
30.如果母线电压vbus高于设计值vref2时，滞环比较器u2输出为低电平，此时，不论太阳电池阵温度高低，与门u1都输出为低电平，三极管v7处于断开状态，进而pmos管v6为断开状态，mppt调节电路被禁止。pmos管v3和pmos管v4都处于接通状态，进而pmos管v1处于导通状态，vcc1开始向pwm控制器供电，调节电路开始工作在s3r模式。
31.本发明提供的一种太阳电池阵功率调节融合系统，具有以下改进：（1）将mppt和s3r（s4r）进行了融合设计，能够根据在轨实际状态进行自主模式转换；（2）mppt调节电路与一次电源母线之间引入理想二极管，降低功率传输损耗，提升太阳电池阵能源利用率；（3）引入母线电压和太阳电池阵温度作为控制信号，只有在母线电压较低，且太阳电池阵温度较高时，才启动mppt工作模式。
32.发明提供的一种太阳电池阵功率调节融合系统，将mppt技术和s3r（s4r）进行了融合设计，能够有效利用太阳电池阵输出功率，同时避免了开路以及低温状态下出现高电压的情况。技术新颖，模式转换方式简单可靠，易于实现。
33.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。