CN105515158A - 一种高可靠卫星电源控制器数字控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种高可靠卫星电源控制器数字控制系统，其核心单元为PMU；每个PSR对应一个PMU，所述PMU和高可靠性总线HRBUS连接；所述PMU包括DEMA、DBCM1、DBCM2、1/4表决器和PSR数字控制器，所述HRBUS由四组高速串行总线组成，每个PMU接收来自四组高速串行总线的DMEA、DBCM1、DBCM2数据，然后经过1/4表决器产生外环控制信号，输出到PSR数字控制器，产生DPWM信号，实现对PSR的控制。本发明的数字控制系统，满足卫星电源控制器高可靠性要求，减小其失效率；同时，采用数字控制和ASIC技术，提高了集成度，减小了电路面积。

Description

一种高可靠卫星电源控制器数字控制系统
技术领域
本发明涉及卫星电源控制器技术领域，尤其涉及一种高可靠卫星电源控制器数字控制系统。
背景技术
全调节母线的电源控制器PCU（PowerConditioningUnit）在卫星供配电系统所起的作用相当重要，无论卫星处于光照区还是地影区，功率调节系统PSR（PowerSupplyRegulator）都使母线电压恒定在某一额定值。即由统一的MEA母线误差放大信号对电源分系统实现统一管理，MEA对PSR进行调度，通过三域控制，达到稳定母线电压的目的，PCU的示意图如附图1所示，在PCU系统中PSR被等效为压控电流源，在MEA调度下为滤波电容充放电进而稳定母线电压。当太阳电池阵的输出功率满足不了负载需要时，PSR工作在BDR（BatteryDischargeRegulator）模式进行母线电压调节，向输出母线提供功率；当太阳电池阵的输出功率大于负载需要但满足不了预先设置的电池组充电电流的要求时，PSR工作在BCR（BatteryChargeRegulator）模式进行母线电压调节；当太阳电池阵的输出功率大于负载和充电电流的需要时，PSR工作在SR（SunRegulator）模式进行母线电压调节。
除MEA之外，蓄电池充电管理单元BCM是另一个重要的主控制单元，它产生VBCM信号，PSR在VBCM作用下，实现蓄电池充电管理和母线调节，当卫星处于光照期时，PSR对蓄电池组进行充电，可实现恒流和恒压两种充电模式，并根据蓄电池组状态自动由恒流充电模式转为恒压充电模式，防止蓄电池组的过充；还可以根据太阳阵的供电能力及整星负载情况，自动实现恒流充电调节与MEA控制母线稳压调节的相互切换。
附图2所示为传统的采用模拟分立器件控制的PCU控制系统框图，PSR采用并联模式实现模块化设计，PSR1A控制器、PSR2A控制器、PSR3A控制器、PSR1B控制器、PSR2B控制器、PSR3B控制器为各PSR模块所对应的控制器，实现PCU的内环控制。1/4MEA为外环MEA控制器，1/4BCM1为蓄电池1的BCM控制器、1/4BCM2为蓄电池的BCM控制器，这三个控制器均采用四冗余的设计，需要占用很大的PCB面积。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种高可靠冗余的卫星电源控制器数字控制系统。
本发明通过以下技术方案实现：
一种高可靠冗余的卫星电源控制器数字控制系统，所述系统采用电源管理单元PMU和高可靠性总线HRBUS实现；每个功率调节系统PSR对应一个PMU，所述PMU包括数字化MEA（DEMA）、数字化BCM1（DBCM1）、数字化BCM1（DBCM2）、1/4表决器和PSR数字控制器，其中，DMEA、DBCM1、DBCM2构成了电源控制器PCU的外环控制器，PSR数字控制器为PCU的内环控制器；所述HRBUS由HRBUS_V0、HRBUS_V1、HRBUS_V2、HRBUS_V3四组高速串行总线组成，每个PMU接收来自四组高速串行总线的DMEA、DBCM1、DBCM2数据，然后经过1/4表决器产生外环控制信号，输出到PSR数字控制器，产生DPWM信号，实现对PSR的控制。
作为本发明的进一步改进，PCU的内环控制器和外环控制器集成到一个ASIC单元。
作为本发明的进一步改进，所述1/4表决器为数字表决器。、
作为本发明的进一步改进，HRBUS_V0、HRBUS_V1、HRBUS_V2、HRBUS_V3四组高速串行总线分别由四个独立的PMU单元来驱动。
另一方面，本发明还提供了一种数字功率调节系统DPSR，所述DPSR
包括两个TPR（ThreePortRegulator）单元，分别连接母线、蓄电池和太阳阵，在本发明的PMU控制下，以太阳电池阵为能量来源，实现母线调节、蓄电池充放电功能。
本发明的有益效果是：本发明的高可靠冗余的卫星电源控制器数字控制系统，满足数字化卫星电源控制器高可靠性要求，减小整个数字控制系统的失效率；同时，采用数字控制和ASIC技术，提高了集成度，减小了电路面积。
附图说明
图1是现有技术中的全调节母线的电源控制器结构框图；
图2是现有技术中的采用模拟分立器件控制的PCU控制系统框图；
图3是本发明的高可靠冗余的卫星电源控制器数字控制系统框图；
图4是本发明实现数字功率调节系统DPSR的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的高可靠冗余的卫星电源控制器数字控制系统如附图3所示，该系统采用数字控制器（PMU-PowerManagementUnit）实现，称之为DPSR控制器。PMU1A、PMU2A、PMU3A、PMU1B、PMU2B、PMU3B为各PSR模块所对应的控制器，以上控制器采ASIC实现。
每个DPSR控制器包括DMEA（数字化MEA）、DBCM1（数字化BCM）、DBCM2、1/4表决器、PSR数字控制器等几个子单元，其中，DMEA、DBCM1DBCM2构成了PCU的外环控制器，PSR数字控制器为PCU的内环控制器。PCU的内环控制器和外环控制器集成到一个ASIC单元，1/4表决器为数字表决器。采用这种数字化、集成化设计之后，PCU的控制系统省去了1/4MEA、1/4BCM1、1/4BCM2这三个单元，大大提高了集成度。
为保证系统的可靠性，本发明提出了HRBUS（HighReliabilityBUS）串行总线技术，如附图3所示，HRBUS由HRBUS_V0、HRBUS_V1、HRBUS_V2、HRBUS_V3四组高速串行总线组成，实现高可靠数字表决。
HRBUS_V0由PMU1A驱动，HRBUS_V1由PMU1B驱动，HRBUS_V2由PMU2A驱动，HRBUS_V3由PMU1A驱动。每个PMU接收来自四组高速串行总线的DMEA、DBCM1、DBCM2数据，然后经过1/4表决器产生外环控制信号，输出到数字化的PSR内环控制器，产生DPWM信号，实现对PSR的控制。
采用本发明所提出的PMU构建的PSR单元如附图4所示，每个PSR包括两个TPR（ThreePortRegulator）单元，分别连接母线、蓄电池和太阳阵，在PMU控制下，以太阳电池阵为能量来源，实现母线调节、蓄电池充放电功能。
综上所述，本发明的高可靠冗余的卫星电源控制器数字控制系统（1）采用数字控制和ASIC技术，将MEA、BCM1、BCM2、1/4Voter、PSRController功能进行集成化设计，从而省去传统PCU的1/4MEA、1/4BCM1、1/4BCM2单元。
（2）提出了HRBUS串行总线技术，实现外环控制器的四冗余设计，保证了PCU的可靠性。
（3）HRBUS由HRBUS_V0、HRBUS_V1、HRBUS_V2、HRBUS_V3四组高速串行总线组成，实现高可靠数字表决。
（4）HRBUS_V0、HRBUS_V1、HRBUS_V2、HRBUS_V3四组高速串行总线分别由独立的PMU驱动。
（5）每个PMU接收来自HRBUS_V0、HRBUS_V1、HRBUS_V2、HRBUS_V3四组高速串行总线的DMEA、DBCM1、DBCM2数据，然后经过1/4Voter数字表决器产生外环控制信号，输出到数字化的PSR内环控制器，产生DPWM信号，实现对PSR的控制。
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。

Claims (5)

1.一种高可靠卫星电源控制器数字控制系统，其特征在于：所述系统采用电源管理单元PMU实现；每个功率调节系统PSR对应一个PMU，所述PMU和高可靠性总线HRBUS连接；所述PMU包括数字化MEA（DEMA）、数字化BCM1（DBCM1）、数字化BCM1（DBCM2）、1/4表决器和PSR数字控制器，其中，DMEA、DBCM1、DBCM2构成了电源控制器PCU的外环控制器，PSR数字控制器为PCU的内环控制器；所述HRBUS由HRBUS_V0、HRBUS_V1、HRBUS_V2、HRBUS_V3四组高速串行总线组成，每个PMU接收来自四组高速串行总线的DMEA、DBCM1、DBCM2数据，然后经过1/4表决器产生外环控制信号，输出到PSR数字控制器，产生DPWM信号，实现对PSR的控制。
2.根据权利要求1所述的卫星电源控制器数字控制系统，其特征在于：PCU的内环控制器和外环控制器集成到一个ASIC单元。
3.根据权利要求1所述的卫星电源控制器数字控制系统，其特征在于：所述1/4表决器为数字表决器。
4.根据权利要求1所述的卫星电源控制器数字控制系统，其特征在于：HRBUS_V0、HRBUS_V1、HRBUS_V2、HRBUS_V3四组高速串行总线分别由四个独立的PMU单元来驱动。
5.一种数字功率调节系统DPSR，所述DPSR包括两个三端口调节器TPR，所述TPR分别连接母线、蓄电池和太阳阵，在根据权利要求1-4任一项所述的PMU控制下，以太阳电池阵为能量来源，实现母线调节、蓄电池充放电功能。
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