CN103337892A - 一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，该控制系统包含电路连接的太阳电池阵、分流调节器、功能切换开关、放电调节器、锂离子蓄电池组、放电开关、自主唤醒控制模块和自主休眠控制模块。本发明在卫星能源危机情况下，防止锂离子蓄电池组过放电，保护卫星电源实施自主断电休眠，并在卫星电源恢复至可工作范围时，进行自主唤醒供电，实现了卫星电源在轨自主控制，提高了卫星电源在轨工作的可靠性和安全性。

Description

一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统
技术领域
本发明涉及一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统。
背景技术
由于卫星在轨期间有可能产生能源危机、轨道偏离等故障，地面非可控弧段将无法做到实时遥控，而在可能遇到的故障期间，为了保存能量和保护卫星电源，可能进行自主休眠断电，等到电源能量累计后再自主唤醒加电，以实现不依靠地面监控而做出在轨自主管理控制。
在深空探测领域，更由于卫星与地球距离极长，通信信号按照光速来回需要较长时间（通常可能长达40min或以上），无法做到实时遥测、遥控，不依靠地面监控的在轨自主管理控制系统尤为关键。
为此，卫星用电源应该具有在轨自主休眠唤醒控制的功能。
目前没有发现类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明提供的一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，在卫星能源危机情况下，防止锂离子蓄电池组过放电，保护卫星电源实施自主断电休眠，并在卫星电源恢复至可工作范围时，进行自主唤醒供电，实现了卫星电源在轨自主控制，提高了卫星电源在轨工作的可靠性和安全性。
为了达到上述目的，本发明提供一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，该控制系统包含电路连接的太阳电池阵、分流调节器、功能切换开关、放电调节器、锂离子蓄电池组、放电开关、自主唤醒控制模块和自主休眠控制模块；
所述的分流调节器、电容阵和负载都并联在太阳电池阵两端，功能切换开关的一端连接太阳电池阵，另一端可选择连接放电调节器、电容阵和负载，或选择连接自主唤醒控制模块和锂离子蓄电池组，放电调节器连接功能切换开关、自主休眠控制模块和放电开关，自主唤醒控制模块连接功能切换开关、锂离子蓄电池组和放电开关，锂离子蓄电池组的一端连接自主唤醒控制模块和放电开关，另一端连接太阳电池阵，放电开关连接自主唤醒控制模块、锂离子蓄电池组、放电调节器和自主休眠控制模块，自主休眠控制模块连接放电调节器和放电开关，锂离子蓄电池组通过放电开关，经放电调节器到母线BUS+对负载供电，形成放电回路。
所述的控制系统还包含第二隔离二极管、第三隔离二极管和第四隔离二极管；所述的第二隔离二极管串联在功能切换开关连接太阳电池阵的一端，所述的第三隔离二极管串联在功能切换开关和锂离子蓄电池组之间，所述的第四隔离二极管串联在功能切换开关和放电调节器之间。
所述的太阳电池阵采用三结砷化镓太阳电池。
所述的分流调节器采用PWM脉宽调制电路。
所述的功能切换开关采用高可靠磁保持继电器。
所述的放电调节器采用BOOST升压型脉宽调制电路。
所述的锂离子蓄电池组包含串并联的锂离子蓄电池单体。
所述的放电开关采用高可靠磁保持继电器。
所述的自主唤醒控制模块采用比较电路输出指令驱动信号。
所述的自主休眠控制模块采用三取二硬件表决电路。
本发明采用硬件自主控制方式，实现卫星电源在轨自主休眠断电及自主唤醒供电功能，实现了卫星电源在轨自主控制，提高了卫星电源在轨工作的可靠性和安全性。
附图说明
图1是本发明的电路图。
具体实施方式
以下根据图1具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，该控制系统包含电路连接的太阳电池阵1、分流调节器2-1、功能切换开关3-1、放电调节器4-1、锂离子蓄电池组7、放电开关8、自主唤醒控制模块9和自主休眠控制模块10。
所述的分流调节器2-1、电容阵5和负载6都并联在太阳电池阵1两端，功能切换开关3-1的一端连接太阳电池阵1，另一端可选择连接放电调节器4-1、电容阵5和负载6，或选择连接自主唤醒控制模块9和锂离子蓄电池组7，放电调节器4-1连接功能切换开关3-1、自主休眠控制模块10和放电开关8，自主唤醒控制模块9连接功能切换开关3-1、锂离子蓄电池组7和放电开关8，锂离子蓄电池组7的一端连接自主唤醒控制模块9和放电开关8，另一端连接太阳电池阵1，放电开关8连接自主唤醒控制模块9、锂离子蓄电池组7、放电调节器4-1和自主休眠控制模块10，自主休眠控制模块10连接放电调节器4-1和放电开关8，锂离子蓄电池组7通过放电开关8，经放电调节器4-1到母线BUS+对负载6供电，形成放电回路。
所述的控制系统还包含第二隔离二极管2-2、第三隔离二极管3-2和第四隔离二极管4-2；所述的第二隔离二极管2-2串联在功能切换开关3-1连接太阳电池阵1的一端，所述的第三隔离二极管3-2串联在功能切换开关3-1和锂离子蓄电池组7之间，所述的第四隔离二极管4-2串联在功能切换开关3-1和放电调节器4-1之间。
所述的太阳电池阵1采用三结砷化镓太阳电池，将光能转换成电能。
所述的分流调节器2-1采用PWM脉宽调制电路，采用顺序开关调节方式。
所述的功能切换开关3-1采用高可靠磁保持继电器，用于将分流器调节器2-1的功率输出通过功能切换开关3-1切供电给负载供电或切充电给锂离子蓄电池组7充电。
所述的放电调节器4-1采用BOOST升压型脉宽调制电路。
所述的锂离子蓄电池组7由锂离子蓄电池单体串并联组成。
所述的放电开关8采用高可靠磁保持继电器，用于接通或断开锂离子蓄电池组7放电回路。
所述的自主唤醒控制9采用比较电路输出指令驱动信号。
所述的自主休眠控制模块10采用三取二硬件表决电路输出指令驱动信号。
当功能切换开关3-1切供电时，太阳电池阵1通过分流调节器2-1的分流调节，对负载6进行供电，多余功率通过分流调节器2-1分流，以达到稳定母线电压BUS+的目的。
当功能切换开关3-1切充电时，太阳电池阵1通过分流调节器2-1的分流调节，对锂离子蓄电池组7进行充电，锂离子蓄电池组7电压持续上升，当锂离子蓄电池组7充电至充电终止电压时，通过分流调节器2-1的控制，限制充电电流直至为零，锂离子蓄电池组7电压不再上升。
锂离子蓄电池组7经过放电开关8由放电调节器4-1升压调节至母线电压BUS+，稳定母线电压BUS+。
自主休眠控制模块10由锂离子蓄电池组7通过放电开关8进行供电并采样锂离子蓄电池组7的电压。
自主唤醒控制模块9由太阳电池阵1通过分流调节器2-1调节后经功能切换开关3-1切充电后供电，自主唤醒控制模块9用于比较的电压值直接采样于锂离子蓄电池组7。
卫星用电源在卫星能源危机情况下，锂离子蓄电池组7通过放电开关8，经放电调节器4-1到母线BUS+对负载6供电，形成放电回路，锂离子蓄电池组7电压持续下降，在锂离子蓄电池组7电压下降至最低工作电压前，分流调节器2-1的功率输出通过功能切换开关3-1切充电，当自主休眠控制模块10检测到锂离子蓄电池组7电压下降至最低工作电压时，自主休眠控制10电路自主发出指令驱动信号将放电开关8切换至关断状态，断开锂离子蓄电池组7的放电回路，卫星断电，卫星自主休眠；在太阳电池阵1接受持续光照将光能转换成电能后，通过分流调节器2-1调节，持续对锂离子蓄电池组7进行充电，锂离子蓄电池组7电压上升，当自主唤醒控制模块9检测到用于比较的锂离子蓄电池组7电压上升至设定唤醒阈值电压及达到恢复供电能力时，自主唤醒控制模块9自主发出指令驱动信号将放电开关8切换至接通状态，接通锂离子蓄电池组7的放电回路，卫星加电，卫星自主唤醒。
本发明解决了在卫星能源危机情况下，由于地面非可控弧段或深空通信距离长等因素无法对卫星电源的实时监控而采取的在轨自主管理控制。本发明保护了卫星电源，使其在轨工作能源危机时自主保护休眠，并且在恢复供电能力情况下自主唤醒供电，取得了卫星电源在轨自主控制管理、提高了卫星电源在轨工作可靠性和性能的有益效果。
本发明已运用在某卫星型号电源分系统控制系统中，在地面对该控制系统的功能、性能测试中详细验证，并且经过模拟空间环境试验验证，各项测试及试验证明，该自主休眠唤醒控制系统是安全的、可靠的。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，其特征在于，该控制系统包含电路连接的太阳电池阵（1）、分流调节器（2-1）、功能切换开关（3-1）、放电调节器（4-1）、锂离子蓄电池组（7）、放电开关（8）、自主唤醒控制模块（9）和自主休眠控制模块（10）；
所述的分流调节器（2-1）、电容阵（5）和负载（6）都并联在太阳电池阵（1）两端，功能切换开关（3-1）的一端连接太阳电池阵（1），另一端可选择连接放电调节器（4-1）、电容阵（5）和负载（6），或选择连接自主唤醒控制模块（9）和锂离子蓄电池组（7），放电调节器（4-1）连接功能切换开关（3-1）、自主休眠控制模块（10）和放电开关（8），自主唤醒控制模块（9）连接功能切换开关（3-1）、锂离子蓄电池组（7）和放电开关（8），锂离子蓄电池组（7）的一端连接自主唤醒控制模块（9）和放电开关（8），另一端连接太阳电池阵（1），放电开关（8）连接自主唤醒控制模块（9）、锂离子蓄电池组（7）、放电调节器（4-1）和自主休眠控制模块（10），自主休眠控制模块（10）连接放电调节器（4-1）和放电开关（8），锂离子蓄电池组（7）通过放电开关（8），经放电调节器（4-1）到母线BUS+对负载（6）供电，形成放电回路。
2.如权利要求1所述的卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，其特征在于，所述的控制系统还包含第二隔离二极管（2-2）、第三隔离二极管（3-2）和第四隔离二极管（4-2）；所述的第二隔离二极管（2-2）串联在功能切换开关（3-1）连接太阳电池阵（1）的一端，所述的第三隔离二极管（3-2）串联在功能切换开关（3-1）和锂离子蓄电池组（7）之间，所述的第四隔离二极管（4-2）串联在功能切换开关（3-1）和放电调节器（4-1）之间。
3.如权利要求1所述的卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，其特征在于，所述的太阳电池阵（1）采用三结砷化镓太阳电池。
4.如权利要求1所述的卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，其特征在于，所述的分流调节器（2-1）采用PWM脉宽调制电路。
5.如权利要求1所述的卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，其特征在于，所述的功能切换开关（3-1）采用高可靠磁保持继电器。
6.如权利要求1所述的卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，其特征在于，所述的放电调节器（4-1）采用BOOST升压型脉宽调制电路。
7.如权利要求1所述的卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，其特征在于，所述的锂离子蓄电池组（7）包含串并联的锂离子蓄电池单体。
8.如权利要求1所述的卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，其特征在于，所述的放电开关（8）采用高可靠磁保持继电器。
9.如权利要求1所述的卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，其特征在于，所述的自主唤醒控制模块（9）采用比较电路输出指令驱动信号。
10.如权利要求1所述的卫星用电源自主休眠唤醒控制系统，其特征在于，所述的自主休眠控制模块（10）采用三取二硬件表决电路。
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