航天器太阳电池阵分流技术研究

对航天器太阳电池阵分流技术进行了归纳总结,对PWM,S3R和S4R三种开关分流调节技术进行了详细的原理分析,比较总结各自的技术特点。并对S3R和S4R技术进行了深入研究,对S3R技术进行了详细的设计与计算,对S4R技术典型工况进行了详细分析与实验验证。同时对三种开关分流技术做出了评价。     

一种新的航天器电源系统拓扑

介绍了一种新的航天器电源系统拓扑结构,通过采用最大功率跟踪控制器控制顺序开关系统调节（S3R）分流调节器,并使用升压变换器获得稳定的100V一次输出母线,使得太阳电池阵功率被充分使用。这种拓扑结构已被用于欧洲贝皮·哥伦布水星探测器,并可为我国航天器电源技术发展提供借鉴。     

高压大功率S3MPR电源控制器设计与验证

针对航天器平台一级能源变换高压大功率的应用需求,采用并联式DC/DC变换器的最大功率点跟踪(MPPT)拓扑结构,设计一种顺序开关分流最大功率调节(S~3MPR)电源控制器。为了解决传统S~3MPR技术的算法电路复杂、跟踪精度低等问题,兼顾航天器应用环境的特殊性,通过采用模拟电路实现的方式设计出一种基于交错扰动方法的MPPT控制算法电路。该算法可以实现太阳电池阵电压电流输出较大范围内精确跟踪其最大功率输出。研制了5 kW功率(10路太阳电池阵)的原理样机对设计进行试验验证,结果表明:电源控制器性能良好,满足高压大功率航天器平台的应用需求。     

基于S3MPR拓扑和电导增量法的空间电源系统研究

为满足高分辨率光学和雷达遥感卫星、深空探测器等航天器日益增长的电能需求,文章提出了一种基于顺序开关分流最大功率调节器(S3MPR)拓扑电路的电导增量峰值功率跟踪方法,克服了传统最大功率点跟踪(MPPT)变换器拓扑质量比功率低、效率不高的缺点,可减少最大功率点附近的振荡现象。搭建了Matlab-Saber的联合仿真平台和半物理试验平台,对所提出的电路和跟踪方法进行了验证。结果表明:基于S3MPR电路的电导增量峰值功率跟踪方法,可以实现对太阳电池阵最大功率点的有效跟踪,并具有较好的跟踪效率,证明仿真和试验平台合理有效。     

卫星S3R功率调节电源系统稳定性分析

针对大功率脉冲型负载应用造成的卫星电源系统运行不稳定问题,依据稳定性阻抗判据,建立以顺序开关分流调节器(S3R)为拓扑的电源系统在正常工作状态时输出阻抗的小信号模型。通过仿真对输出阻抗的影响因素进行分析,采用注入电信号的方法测量卫星电源系统的输出阻抗,并在小卫星平台上进行测试验证。结果表明,通过测试能够有效地获得电源系统的输出阻抗,并可由此确定卫星平台电源系统的稳定性指标要求。     

一种星载开关分流调节系统研究

提出了一种新的开关分流调节系统的设计方法,将太阳电池阵划分为大阵和小阵,采用数模混合控制的方法对大小阵进行分别控制,让大阵工作在常供电或常分流态,仅有小阵处于开关调节状态,有效解决了寄生电容对开关分流调节系统的影响。采用基于Saber和MATLAB/Simulink软件的仿真环境,对新的开关分流调节系统进行了仿真验证。结果表明,文章提出的开关分流调节系统设计方法合理可行,系统稳态和瞬态工作特性能够满足航天器在轨运行的需求。     

一种新型的充放电及分流一体化空间电源控制技术

为满足卫星轻量化需求,本文对一体化的空间电源调节技术进行了研究。采用一种新型的集蓄电池充放电与并联分流一体化功率拓扑结构和功率调节控制策略,可实现使用单一电路完成太阳阵分流、电池充电控制、电池放电调节三种功能。介绍了新型拓扑的工作模式、功率调节控制策略及其实现方法,通过Pspice软件进行了电路建模与原理仿真,结果证明此方法有效。     

S4R功率调节技术在航天器上的仿真研究与实现

对于大功率母线的航天器,传统的母线功率调节技术因为诸多缺点已经不能适应母线功率不断增大的要求。S4R作为一种新型的卫星母线调节技术能够很好的控制母线电压,同时具有优良的电池充、放电特性和很高的效率。在对国、内外S4R技术研究的基础上,从S4R的工作原理出发,给出了S4R功率调节技术的实现策略。在此基础上进行了实际电路的仿真分析,最后给出了部分实际的工作波形.并展望了其应用前景。     

噪声整形高压大功率空间EPS研究

高压大功率及模块化安装的卫星功率平台,采用S4R(Sequential Series Shunt Switch Regulator)功率调节技术。针对提高高压大功率空间EPS的效率及动态响应,采用非线性重叠调用和2阶噪声整形调制技术,解决了基于S4R型功率EPS单纯增加输出滤波电容来提高平台动态性能及效率问题。仿真及实验结果表明了该方法的有效性。     

一种深空探测器高比能智能电源系统设计

提出一种深空探测器电源系统设计方案,采用高转换效率三结砷化镓太阳电池、半刚性基板轻量化技术及高比能锂离子蓄电池组;提出并采用一种基于顺序开关分流(S3R)结构的扰动交错法最大功率点跟踪(MPPT)技术,提高了太阳能源利用率;提出并采用一种适应空间电源的机内测试技术(BIT),以提升电源自主管理能力。32%效率三结砷化镓太阳电池及其半刚性基板,已经通过鉴定试验验证。能量密度195W·h/kg的钴酸锂离子蓄电池组及MPPT和BIT技术,已经应用到国内航天器正样产品;经过验证,MPPT追踪速度为毫秒级,追踪精度可达98%。文章提出的设计可为深空探测器电源系统轻量化和电源能量自主管理需求提供解决途径。     

LEO卫星电源系统拓扑研究

基于30个近地轨道（LEO）卫星任务及其电源系统应用情况,在系统层面上对5种电源系统拓扑进行了分析比较,包括配置方式、控制原理、效率及器件等。针对功率调节性能和器件组成规模,选择配有最大功率点跟踪（MPPT）的升一降压调节器（B2R）作为多适用的电源系统拓扑。此系统适应LEO卫星需求,属于拓扑用途广泛的电源系统,可通过合理配置热备份的功率调节模块来实现功率组合及可靠性设计,具有较高的兼容性,能够满足中国LEO卫星任务需求。     

基于非隔离型Weinberg变换器的放电调节单元分析与应用

文章以高压、大功率的载人航天器电源控制系统放电调节单元为应用背景,分析了非隔离型Weinberg变换器的拓扑特点、工作模态及小信号模型,对采用稳压环和限流环并联控制的环路进行建模、稳定性分析及验证测试。结果表明,基于非隔离型Weinberg变换器的放电调节单元具有良好的电能转换特性,能满足载人航天器电源新型应用的要求。     

载人航天器放电调节器稳定性研究

电源系统的稳定性是保证载人航天器在轨飞行可靠安全的要素之一。文章研究了应用混合型功率调节技术的电源系统放电调节器的建模方法,获得了系统开环传递函数,进行了仿真验证,在此基础上分析了影响放电调节器稳定性的因素,表明系统中存在过大的延迟会使系统的稳定性大幅降低甚至造成不稳定,地面试验结果验证了此结论的正确性。     

嫦娥四号中继星供配电系统设计与应用（英文）

A 28 V-half-regulated power bus topology and an integrated PCDU(Power Conditioning and Distribution Unit) were adopted to meet the energy demand for the Chang'e 4 relay satellite. This paper first introduces the mission features and composition of the PSDS(Power Supply and Distribution System) for the Chang'e 4 relay satellite. Due to this satellite's unusual orbit, operational mode and project restrictions, special analysis and design was conducted on the PSDS from the perspective of weight-reduction, power management, and reliability and so on. Extreme low temperature storage of SA(Solar Array) was considered and how the antenna affects the SA was analyzed. A new kind of high-specific-energy 45 Ah(Ampere-hour) battery cell was used for the first time. To make sure that the satellite would successfully pass the long shadow zones, a 100% DOD(Depth of Discharge) experiment was carried out on the battery. Since the sunlight is almost always available and there are very few times for the battery to charge or discharge, battery care to extend its lifetime is also discussed. PCDU is a device that integrates power conditioning and power distribution in one unit. The PCDU on Chang'e 4 relay satellite can output more power with less weight because of the adoption of a 28 V-half-regulated power bus topology which was also used for the first time and used lighter material for its mechanical framework. Experiment under low temperature on PCDU was conducted as well and a hot backup equalizing charge technique which is beneficial to keep performance of the battery is illustrated. The power distribution module, which is a module of PCDU, enhances the power utilization security by utilizing a static impedance measurement and build-in-test to avoid possible short circuits. As for EED(Electrical Explosive Device) module, a protection plug was specially designed and three switches with different functions were connected in series to prevent the EED from exploding by error. In addition, the allowable minimum EED bus voltage for each EED was evaluated in case of low battery voltage caused by the possible postponement of the launching time. Complete verification experiments on the ground were conducted to confirm the correctness of the design and on-orbit test data conformed to the expected results and theoretical calculation. The power supply and distribution system has been working normally since the day the Chang'e 4 relay satellite was launched into space.     

一种空间锂离子电池非耗散型均衡方法

针对空间锂离子电池串联使用的单体电压均衡问题,文章提出一种应用双向反激DC/AC变换器的非能量耗散型均衡控制方法。串联锂离子电池中容量较高的单体能量可以通过DC/AC变换器,在时序脉冲的控制下,经过公用母线进入容量较低的单体,从而实现单体之间电压的均衡。通过对变压器副边电压的分时采集可提供单体电压遥测,避免了高共模电压条件对测量带来的影响。文章利用Multisim软件对所提出的方法的功能和性能进行了仿真分析,结果证明了其有效性。     

锂离子蓄电池在DFH-4平台上的应用研究

在东方红四号(DFH-4)平台上应用锂离子电池,将大大减少供配电分系统的重量和体积,提高卫星的承载能力,增加经济效益。文章通过分析锂离子电池在空间应用的特点,结合DFH-4平台能力提升的迫切需求,提出了锂离子电池替代氢镍蓄电池的可行性方案,并对应用锂离子电池带来的接口变化以及适应性进行了深入的剖析,其分析结果可为卫星型号研制提供参考。     

一种金属膜片式气体减压阀研制

为满足某推进分系统压力调节流量范围大、控制要求精度高、可靠性高且需满足长时间在轨使用的要求，研制了一种高精度金属膜片式气体减压阀。对该逆向卸荷金属膜片式气体减压阀的方案设计、结构特点、关键技术以及达到的技术指标进行了总结，并给出了飞行试验验证结果，经飞行试验验证，减压阀飞行工作状态良好，满足使用要求。