一种基于冗余mppt电路结构的微纳卫星电源系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航天器电气系统总体领域，特别涉及一种基于冗余MPPT电路结构的微纳卫星电源系统。
【背景技术】
[0002]微纳卫星一般指质量为lKg?10Kg的卫星，其供电部分一般由太阳电池和蓄电池构成。一方面，微纳卫星的外形尺寸极小，能够用于布局太阳电池的面积也就极为有限；另一方面，太阳能电池的负载输出曲线与外界条件(光照、温度，以及负载电阻等)有关。为了使微纳卫星负载从有限的太阳电池面积获得更多的能源，要求太阳能电池工作在最大功率点，同时还要求电源系统具备较高的效率。另外，微纳卫星由于受体积、重量、功耗等因素限制，其电源系统不能完全继承大型卫星冗余设计思路，需要需权衡考虑可靠性和有限冗余设计。
[0003]由于MPPT技术发展较晚，现有的微纳卫星电源系统一般不具备MPPT功能，极少部分小卫星虽具备MPPT功能，但均通过MCU和复杂的算法来实现，系统复杂，空间环境适应能力较低。并且，仅能获取多个太阳电池串联后的最大功率，一旦其中某一片单体衰减较快，就不能有效获取整串太阳电池的最大功率，另外，目前微纳卫星电源系统的输入/输出隔离多采用肖特基二极管实现功率隔离和合并，线路压降大，系统效率较低。
【发明内容】
[0004]针对以上问题，本发明提供了一种冗余MPPT电路结构的微纳卫星电源系统，具有可靠性高、能量转换效率高、体积小、结构简单、成本低等优点。
[0005]本发明的目的在于提供一种基于冗余MPPT电路结构的微纳卫星电源系统，包括控制组件、蓄电组件、m个开关组件、2n个发电组件；n为大于或等于1的自然数;m为大于或等于1的自然数；
[0006]每两个发电组件串联形成发电组件组，发电组件组的正极端与其中一个开关组件相连接，发电组件组的负极端与蓄电组件的负极端相连接，开关组件的控制端分别与控制组件相连接；开关组件的两端还分别与蓄电组件和/或其余开关组件的两端相连接；
[0007]发电组件组的正极端还与控制组件的第一电压输入端相连接，蓄电组件的输出端与控制组件的第二电压输入端相连接；
[0008]控制组件用于控制开关组件的断开或闭合。
[0009]作为优选的，还包括η个隔离二极管；
[0010]每一组发电组件组的正极端与一个隔离二极管的阳极相连接；隔离二极管的阴极与其中一个开关组件相连接。
[0011]作为优选的，发电组件包括太阳能发电部件和带有ΜΡΡΤ功能的DC/DC电路；
[0012]太阳能发电部件与DC/DC电路相并联。
[0013]进一步的，DC/DC电路包括升压变换器。
[0014]进一步的，太阳能发电部件包括太阳能电池。
[0015]作为优选的，开关组件包括NM0S管或PM0S管。
[0016]作为优选的，还包括第一分压电阻组与第二分压电阻组，第一分压电阻组用于发电组件的正极端汇流后的分压，第二分压电阻组用于蓄电组件的正极端的分压。
[0017]进一步的，还包括BUCK电路，BUCK电路用于给蓄电组件充电。
[0018]进一步的，BUCK电路包括电感、PM0S管、第一 NM0S管、第二 NM0S管和肖特基二极管；
[0019]电感的一端与蓄电组件的正极相连接，另一端分别与第一 NM0S管的一端、第二NM0S管的一端以及肖特基二极管的阴极相连接；肖特基二极管的阳极与第二 NM0S管的另一端以及蓄电组件的负极相连接；第一 NM0S管的另一端与PM0S管相连接，PM0S管的一端与第一分压电阻组串联，第一分压电阻组的另一端与蓄电组件的负极相连接。
[0020]作为优选的，控制组件为逻辑控制电路。
[0021]本发明中提供的卫星电源系统相比现有技术的卫星电源系统具有以下优点:
[0022]系统搭载了 MPPT功能，并使用简单的逻辑算法实现PM0S管和NM0S管的导通和断开。
[0023]太阳能电池采用串联加并联的方式，即使一两个太阳能电池老化，不会过多地影响系统整体的发电能力。
[0024]设备整体重量较轻，用于微纳卫星时不会过多地增加卫星的整体重量。
[0025]设备整体具有可靠性高、能量转换效率高、体积小、结构简单、成本低等优点。
【附图说明】
[0026]图1为本发明一实施例的电路设计图。
【具体实施方式】
[0027]下面参照附图和具体实施例来进一步说明本发明。
[0028]本发明的实施例提供了一种基于冗余MPPT电路结构的微纳卫星电源系统，如图1所示，包括控制组件、蓄电组件、m个开关组件、2n个发电组件；n为大于或等于1的自然数；m为大于或等于1的自然数；每两个发电组件串联形成发电组件组，发电组件组的正极端与其中一个开关组件相连接，发电组件组的负极端与蓄电组件的负极端相连接，开关组件的控制端分别与控制组件相连接；开关组件的两端还分别与蓄电组件和/或其余开关组件的两端相连接；发电组件组的正极端还与控制组件的第一电压输入端相连接，蓄电组件的输出端与控制组件的第二电压输入端相连接；控制组件用于控制开关组件的断开或闭合。
[0029]在本实施例中，还可以在每一个发电组件组的正极端上与一个隔离二极管的阳极相连接；隔离二极管的阴极汇流后形成输入母线。输入母线一方面与PM0S管Q1的漏极相连，然后通过Q1的源极将功率传递给输出母线，供电给负载，另一方面，通过NM0S管Q2、电感L、NM0S管Q3和肖特基二极管D0构成的降压变换电路(BUCK电路)给蓄电池组充电。该BUCK电路包括电感L、PM0S管Q1、第一 NM0S管Q2、第二 NM0S管Q3和肖特基二极管；电感的一端与蓄电组件的正极相连接，另一端分别与第一 NM0S管的一端、第二 NM0S管的一端以及肖特基二极管的阴极相连接；肖特基二极管的阳极与第二 NM0S管的另一端相连接后，与蓄电组件的负极相连接；第一 NMOS管的另一端与PMOS管相连接，PMOS管与第一分压电阻组串联后，与蓄电组件的负极相连接。蓄电池组(蓄电组件)正极连接PMOS管Q4的漏极，然后通过Q4的源极将功率传递给输出母线，供电给负载。逻辑控制电路(控制组件)连接NMOS管Q2、Q3的栅极，以及PMOS管Q1和Q4的栅极，实现对NMOS管Q2的PWM控制，同时实现对NMOS管Q3的同步整流控制，以及对PMOS管Q1和Q4的通断控制；电阻R1和R2作为输入母线电压分压电阻(第一分压电阻组)，电阻R3和R4作为电池组电压分压电阻(第二分压电阻组)，分别将输入母线电压和电池组电压反馈给逻辑控制电路，实现充、放电闭环控制。
[0030]在本实施例中，逻辑控制电路控制NM0S管Q2处于斩波工作模式，NM0S管Q3处于同步整流工作模式，实现NM0S管Q2、电感L、NM0S管Q3和肖特基二极管D0构成的BUCK电路给蓄电池组进行充电。该BUCK电路选用NM0S管Q2作为高端斩波开关，以及NM0S管Q3和二极管D0并联构成同步整流电路，逻辑控制电路控制Q2和Q3的栅极互补同频率工作，采用PWM恒定频率控制方式，PWM的占空比随着电池组电压Vbat变化而改变，从而控制对蓄电池组进行恒流-恒压充电。
[0031]在本实施例中，输入母线与PM0S管Q1的漏极连接，输出母线与PM0S管Q1的源极连接，蓄电池组正端与PM0S管Q4的漏极连接，输出母线与PM0S管Q4的源极连接，逻辑控制电路通过判断输入母线电压Vin和蓄电池组电压Vbat，以实现对PM0S管Q1和Q4的通断控制，使输入母线与输出母线之间正向低压降导通和反向隔离，以及使蓄电池组与输出母线之间正向低压降导通和反向隔离。
[0032]当输入母线电压Vin < Vbat+Ο.1V，逻