CN107902110B - 一种开放式架构高集成mppt标准化模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开放式架构高集成MPPT标准化模块，其包括多个MPPT标准化子模块；每个MPPT标准化子模块包括一个DC/DC电路，一个隔离二极管、一个保护二极管以及一个正输入端口、一个负输入端口、一个正输出端口和一个负输出端口。本发明所提供的MPPT标准化模块拓扑具有开放性，可通过MPPT标准化子模块的输入、输出端口不同的连接实现输入并联和输出串联、并联或串并联等形式，灵活实现输出电压提升、输出功率扩展，适应了微纳卫星多任务下快速组装、灵活扩展的需求；通过输入并联+输出串联、并联或串并联的方式解决了传统的输入太阳电池串联数过多而带来的一致性问题，提升了MPPT的跟踪精度，提升了太阳电池阵能量的利用率。

Description

一种开放式架构高集成MPPT标准化模块
技术领域
本发明涉及航天器电源系统设计领域，具体涉及一种开放式架构高集成MPPT标准化模块。
背景技术
微纳卫星具有成本低、研制周期短、体积小、质量轻、载荷适应能力强等优点，适合作为快速响应、战术侦查、商业遥感以及技术试验等多种航天任务平台。为了完成不同任务，需选择不同载荷，作为承载平台的微纳卫星也会具有多种类型，因此针对微纳卫星多任务、多功率、多母线的电源系统需求，微纳卫星电源系统应满足功能和功率可扩展、高质量/体积比功率、高能源利用率以及高功率调节及变换效率等要求。
最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)方式电源系统适应了微纳卫星高能源利用率的需求，针对微纳卫星多母线体制功率变换的需求，传统的解决方式是“特定太阳电池串联数设计+特定功率变换”的定制化的设计方法。这种设计方法不足主要有：一方面，由于整个模块需要多个太阳电池片串联工作，其输出电流是由具有最小输出电流特性的太阳电池片决定的，如果多个太阳电池片输出电流一致性较差，就会出现整个模块输出最大功率点时，实际内部多个太阳电池片没有工作在最大功率点的情况，会造成能量巨大的浪费；另一方面，这种定制化设计和生产的方式无法满足微纳卫星母线电压(比如：3.6V—7.2V—14.4V)、输出功率(比如：10W—30W—100W)可扩展需求，电源系统的研制周期长，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种开放式架构高集成MPPT标准化模块，以解决上述现有技术的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种开放式架构高集成MPPT标准化模块，其包括多个MPPT标准化子模块；每个MPPT标准化子模块包括一个DC/DC电路，一个隔离二极管、一个保护二极管以及一个正输入端口、一个负输入端口、一个正输出端口和一个负输出端口；每个DC/DC电路具有一个正输入端口、一个负输入端口、一个正输出端口和一个负输出端口；所述DC/DC电路的正输入端口和MPPT标准化子模块的正输入端口连接；所述DC/DC电路的负输入端口和MPPT标准化子模块的负输入端口连接；所述隔离二极管的正端与DC/DC电路的正输出端口连接；所述保护二极管的负端分别与隔离二极管的负端和MPPT标准化子模块的正输出端口连接；所述保护二极管的正端分别与DC/DC电路的负输出端口和MPPT标准化子模块的负输出端口连接。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，其还包括封装结构，用于将集成电路裸芯片、平面电感以及其它微型器件进行组合封装。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，所述MPPT标准化子模块的正输入端口和负输入端口与太阳电池阵连接。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，所述多个MPPT标准化子模块的输出端口并联连接。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，所述多个MPPT标准化子模块的输出端口串联连接。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，所述多个MPPT标准化子模块的输出端口先串联后并联连接。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，其包括N个MPPT标准化子模块，N为大于或等于4的偶数；第1个到第N/2个以及第N/2+1个到第N个MPPT标准化子模块的输出端口分别串联连接；第1个和第N/2+1个MPPT标准化子模块的正输出端口以及第N/2个和第N个MPPT标准化子模块的负输出端口分别并联连接。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)MPPT标准化模块拓扑具有开放性，可通过MPPT标准化子模块的输入、输出端口不同的连接实现输入并联和输出串联、并联或串并联等形式，灵活实现输出电压提升、输出功率扩展，适应了微纳卫星多任务下快速组装、灵活扩展的需求；
(2)通过输入并联+输出串联、并联或串并联的方式解决了传统的输入太阳电池串联数过多而带来的一致性问题，提升了MPPT的跟踪精度，提升了太阳电池阵能量的利用率；
(3)对MPPT标准化模块进行集成化封装，提高了电源模块的集成化水平、抗辐照能力，适应了微纳卫星小型化、轻量化的发展趋势。
附图说明
图1为本发明开放式架构高集成MPPT标准化模块的结构示意图；
图2为本法明实施例1的结构示意图；
图3为本法明实施例2的结构示意图；
图4为本法明实施例3的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种开放式架构高集成MPPT标准化模块，其包括多个MPPT标准化子模块1；每个MPPT标准化子模块1包括一个DC/DC电路11，一个隔离二极管12、一个保护二极管13以及一个正输入端口14、一个负输入端口15、一个正输出端口16和一个负输出端口17；每个DC/DC电路11具有一个正输入端口111、一个负输入端口112、一个正输出端口113和一个负输出端口114；所述DC/DC电路11的正输入端口111和MPPT标准化子模块1的正输入端口14连接；所述DC/DC电路11的负输入端口112和MPPT标准化子模块1的负输入端口15连接；所述隔离二极管12的正端与DC/DC电路11的正输出端口113连接；所述保护二极管13的负端分别与隔离二极管12的负端和MPPT标准化子模块1的正输出端口16连接；所述保护二极管13的正端分别与DC/DC电路11的负输出端口114和MPPT标准化子模块1的负输出端口17连接。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，其还包括封装结构，对MPPT标准化模块进行集成化封装，可以采用多芯片组件技术，结合低温共烧陶瓷技术与薄膜布线技术，将多个LSI/VLSI/ASIC集成电路裸芯片、平面电感以及其它微型元器件，组装在同一块高密度多层互连基板上，形成一个高集成模组。
如图2-4所示，上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，所述MPPT标准化子模块1的正输入端口14和负输入端口15与太阳电池阵2连接。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，所述多个MPPT标准化子模块1的输出端口并联连接。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，所述多个MPPT标准化子模块1的输出端口串联连接。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，所述多个MPPT标准化子模块1的输出端口先串联后并联连接。
上述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其中，其包括N个MPPT标准化子模块1，N为大于或等于4的偶数；第1个到第N/2个以及第N/2+1个到第N个MPPT标准化子模块1的输出端口分别串联连接；第1个和第N/2+1个MPPT标准化子模块1的正输出端口16以及第N/2个和第N个MPPT标准化子模块1的负输出端口17分别并联连接。
实施例1
假设MPPT标准化子模块输出电压为3.3V，如图2所示，为一种3.3V的MPPT标准化模块的功率扩展实施例结构图。该MPPT标准化模块包括4个MPPT标准化子模块1；其中，第1个到第4个MPPT标准化子模块1的正输出端口16并联连接，第1个到第4个MPPT标准化子模块1的负输出端口17并联连接。
实施例2
假设MPPT标准化子模块输出电压为3.3V，如图3所示，为一种7.2V的MPPT标准化模块的电压和功率扩展实施例结构图。该MPPT标准化模块包括4个MPPT标准化子模块1；其中，第1个MPPT标准化子模块1的负输出端口17与第2个MPPT标准化子模块1的正输出端口16串联连接；第3个MPPT标准化子模块1的负输出端口17与第4个MPPT标准化子模块1的正输出端口16串联连接；第1个MPPT标准化子模块1的正输出端口16与第3个MPPT标准化子模块1的正输出端口16并联连接；第2个MPPT标准化子模块1的负输出端口17与第4个MPPT标准化子模块1的负输出端口17并联连接。
实施例3
假设MPPT标准化子模块输出电压为3.3V，如图4所示，为一种14.4V的MPPT标准化模块的电压和功率扩展实施例结构图。该MPPT标准化模块包括4个MPPT标准化子模块1；其中，第1个MPPT标准化子模块1的负输出端口17与第2个MPPT标准化子模块1的正输出端口16串联连接；第2个MPPT标准化子模块1的负输出端口17与第3个MPPT标准化子模块1的正输出端口16串联连接；第3个MPPT标准化子模块1的负输出端口17与第4个MPPT标准化子模块1的正输出端口16串联连接。
综上所述，本发明所提供的MPPT标准化模块拓扑具有开放性，可通过MPPT标准化子模块的输入、输出端口不同的连接实现输入并联和输出串联、并联或串并联等形式，灵活实现输出电压提升、输出功率扩展，适应了微纳卫星多任务下快速组装、灵活扩展的需求。通过输入并联+输出串联、并联或串并联的方式解决了传统的输入太阳电池串联数过多而带来的一致性问题，提升了MPPT的跟踪精度，提升了太阳电池阵能量的利用率。对MPPT标准化模块进行集成化封装，提高了电源模块的集成化水平、抗辐照能力，适应了微纳卫星小型化、轻量化的发展趋势。
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 (7)

1.一种开放式架构高集成MPPT标准化模块，其特征在于，包括多个MPPT标准化子模块；每个MPPT标准化子模块包括一个DC/DC电路，一个隔离二极管、一个保护二极管以及一个正输入端口、一个负输入端口、一个正输出端口和一个负输出端口；每个DC/DC电路具有一个正输入端口、一个负输入端口、一个正输出端口和一个负输出端口；所述DC/DC电路的正输入端口和MPPT标准化子模块的正输入端口连接；所述DC/DC电路的负输入端口和MPPT标准化子模块的负输入端口连接；所述隔离二极管的正端与DC/DC电路的正输出端口连接；所述保护二极管的负端分别与隔离二极管的负端和MPPT标准化子模块的正输出端口连接；所述保护二极管的正端分别与DC/DC电路的负输出端口和MPPT标准化子模块的负输出端口连接。
2.如权利要求1所述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其特征在于，其还包括封装结构，用于将集成电路裸芯片、平面电感以及其它微型器件进行组合封装。
3.如权利要求1所述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其特征在于，所述MPPT标准化子模块的正输入端口和负输入端口与太阳电池阵连接。
4.如权利要求1所述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其特征在于，所述多个MPPT标准化子模块的输出端口并联连接。
5.如权利要求1所述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其特征在于，所述多个MPPT标准化子模块的输出端口串联连接。
6.如权利要求1所述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其特征在于，所述多个MPPT标准化子模块的输出端口先串联后并联连接。
7.如权利要求6所述的开放式架构高集成MPPT标准化模块，其特征在于，其包括N个MPPT标准化子模块，N为大于或等于4的偶数；第1个MPPT标准化子模块的负输出端口与第N/2个MPPT标准化子模块的正输出端口串联连接；第N/2+1个MPPT标准化子模块的负输出端口与第N个MPPT标准化子模块的正输出端口串联连接；第1个MPPT标准化子模块的正输出端口与第N/2+1个MPPT标准化子模块的正输出端口并联连接；第N/2个MPPT标准化子模块的负输出端口与第N个MPPT标准化子模块的负输出端口并联连接。
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