CN117639198A - 提升卫星供电系统故障生存能力的电源控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提升卫星供电系统故障生存能力的电源控制装置及控制方法，电源控制装置包括隔离恒流调节器ICCR和辅助误差放大器AEA，ICCR功率输入端连接蓄电池组，ICCR输出端连接全调节母线，AEA与ICCR相连，ICCR工作模式受辅助误差放大器AEA控制。本发明的有益效果是：本发明采用MEA和AEA分布式联合四域控制使得电源控制装置具备五种工作区，既不影响电源控制装置的正常工作模式，又能通过短路电流自调节电路在负载短路故障期间充分利用蓄电池的储存能量，为后级短路故障点提供可持续的供电通路直至将短路点熔断，从设计根源上解决了短路故障后母线掉电的问题，提高了供电系统的故障生存能力。

Description

提升卫星供电系统故障生存能力的电源控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及卫星电源供配电及控制技术领域，尤其涉及一种提升卫星供电系统可靠性、提升故障生存能力的电源控制装置及控制方法。

背景技术

图1所示为传统的全调节母线架构电源控制装置连接关系示意图，卫星所有负载单机均使用同一条母线供电，称为集中式供电母线。在卫星光照期，太阳阵列通过电源控制器装置内的太阳阵功率调节器APR提供供电母线为卫星负载供电、通过电源控制器装置内的蓄电池充电调节器BCR为蓄电池充电；在地影期，蓄电池释放储存能量，通过电源控制器装置内的放电调节器BDR提供母线为负载供电；电源控制器装置的APR、BCR和BDR在MEA闭环控制下能够在卫星全寿命周期内为卫星提供稳定的全调节母线，供电母线具备优良的稳态和瞬态供电品质，因此该架构被广泛应用于大功率导航、通信等高价值、长寿命卫星中。但集中式供电母线也存在其不足之处，如在某一单机负载发生短路故障情况下，供电母线会出现电压降低甚至掉电，影响整星所有单机正常工作。典型的解决方案是在各用电负载输入端设计过流保护电路或熔断器等过流装置，当用电负载单机发生故障时，过流装置断开故障单机与供电母线的连接，防止故障扩散影响其他单机正常工作。该方案能消除用电单机负载短路故障带来的影响，但在用电单机负载过流装置前端至供电源之间：如电源控制装置内部、其与用电单机之间的供电电缆等(图1中A、B点之间任何一点)发生短路故障时，过流保护装置将无法起到保护隔离作用，下面结合两种常用供电体制的放电链路进行短路故障分析：

图2为欧空局ESA SB4000平台简化放电链路图，蓄电池通过蓄电池继电器盒(BCRB)连接电源控制装置的BDR，BDR的输入和输出之间具备两条供电通路：①是BDR功率拓扑通路，在电池侧设计过流保护开关；②是D5和D6组成的放电二极管通路。在用电单机过流装置前端发生短路故障初始时刻，母线电压从正常值开始跌落，但高于输入蓄电池组电压，此时BDR功率拓扑工作在限流输出模式，为故障点提供稳定的放电电流、通路②二极管反向截止；当母线电压下跌至蓄电池电压时，通路②二极管导通；通路①拓扑内部二极管D1～D4常通，拓扑不再工作在限流模式，短路点电流急剧增加，当超过通路①过流保护阈值时，电池侧过流开关自主断开，通路①被切断；之后短路电流仅能通过通路②提供，若故障短期内无法消除，急剧增加的短路电流将在短时间内烧毁通路②的D5和D6，可能造成器件焊点或内部熔融，产生多余物导致故障扩散，引起电源控制装置单机失效，出现母线掉电等难以恢复的故障模式。

图3为ESA NG(新一代架构)平台简化放电链路图，为了提高安全性，它在SB4000基础上去掉了不可控供电通路②，不再设置蓄电池继电器盒和放电二极管D5和D6，仅保留了1条放电通路。但其增加了短路故障保护时间拓宽电路，当用电单机过流装置前端发生短路故障、母线电压跌落至电池电压时，拓宽电路将起作用，既提升了母线对故障点的熔断能力，又确保了通路安全性。但其仅在一定程度了提高了电源系统的熔断能力，遇到强短路故障时熔断能力仍不足以消除短路点故障，急剧增加的短路电流超过保护阈值且持续时间烧过拓宽电路规定时间后，功率拓扑过流保护电路将断开电池侧开关，母线与蓄电池的连接将被断开且无法自主接入，母线仍会出现掉电的情况。

综上，现行的母线供电架构在卫星出现强短路故障时会引起整星掉电甚至失效，造成巨大的经济损失，影响卫星任务的执行。目前只能通过加强生产过程控制、二次绝缘防护、多余物控制等方式降低用电单机过流装置前端短路故障发生概率，未从设计根源上解决问题。

发明内容

本发明提供了一种提升卫星供电系统故障生存能力的电源控制装置，包括全调节母线、以及与所述全调节母线相连的太阳阵功率调节器APR、蓄电池充电调节器BCR、蓄电池放电器BDR、全调节母线误差放大器MEA，该电源控制装置还包括隔离恒流调节器ICCR和辅助误差放大器AEA，ICCR功率输入端连接蓄电池组，ICCR输出端连接全调节母线，AEA与ICCR相连，ICCR工作模式受辅助误差放大器AEA控制。

作为本发明的进一步改进，辅助误差放大器AEA采样全调节母线电压和ICCR的输出电流，AEA内部采用双PID串联闭环控制，AEA包括外环和内环，外环为电压控制环，内环为电流控制环，经过内部PID运算输出Vaea信号，外环和内环根据负载情况自主切换控制ICCR工作在恒流或待机两种工作模式下。

作为本发明的进一步改进，APR采用基于直接能量传输的S3R拓扑或基于最大功率跟踪MPPT的DCDC变换器，BCR和BDR分别采用非隔离式降压、升压拓扑，APR、BCR和BDR均通过并联方式实现变换功率的扩展。

作为本发明的进一步改进，全调节母线误差放大器MEA采样全调节母线，MEA经内部PID运算输出Vmea信号，控制APR、BCR、BDR模块的工作模式，实现能源调度。

作为本发明的进一步改进，ICCR包括功率拓扑电路、辅助电源和控制电路，所述功率拓扑电路与所述辅助电源相连，所述辅助电源与所述控制电路相连。

作为本发明的进一步改进，所述外环包括第四运放和第五运放，第五运放的反相输入端连接第四运放的输出端，第五运放的同相输入端为预置限压基准Vrefa。

作为本发明的进一步改进，所述内环包括第一运放、第二运放、第三运放和第六运放，第三运放的反相输入端连接第一运放的输出端，第三运放的同相输入端通过二极管取低电路连接第二运放和第五运放的输出端，第二运放与第六运放相连，第六运放与第四运放相连。

作为本发明的进一步改进，所述第四运放为母线电压调理电路，所述第五运放为电压环PI电路，所述第一运放为电流电压转换电路，所述第六运放为母线电压比例变换电路，所述第二运放为ICCR短路电流自调节电路。

本发明还公开了一种基于本发明所述电源控制装置的控制方法，通过MEA和AEA分布式联合控制的方法，使得电源系统在正常工况时，MEA控制APR、BCR和BDR调节卫星太阳电池阵、蓄电池、负载功率平衡，为卫星提供稳定的供电全调节母线，ICCR和AEA处于待机模式不输出功率；在发生负载短路故障时，AEA控制ICCR介入工作，持续为短路故障点提供可控的熔断电流，短路阻抗越低ICCR输出熔断电流愈大，短路故障点温升越高，直至将短路点烧毁后，母线电压自动恢复至正常值，电源系统自主解除短路故障，恢复至正常工况。

作为本发明的进一步改进，AEA和MEA分布式四域控制，正常工况时MEA优先级高于AEA；短路工况时AEA工作优先级高于MEA；AEA的外环和MEA的采样控制点均为全调节母线，采样控制范围不能重合并留有死区，MEA的稳压控制点Vm高于AEA的限压控制点Va。

作为本发明的进一步改进，供电系统正常工作时，MEA控制APR、BCR、BDR输出稳定的母线电压Vm，AEA的电压外环控制ICCR的输出电压为Va，其低于全调节母线电压Vm，因此ICCR工作在待机模式下，不对母线输出功率。

作为本发明的进一步改进，当系统负载单机发生短路故障时，AEA控制ICCR工作在恒流模式下，AEA内部设置了短路电流自调节电路，母线电压越低ICCR输出电流越大，能够为母线短路故障点提供更大的熔断能量。

作为本发明的进一步改进，光照期太阳电池阵所产生的能量将通过APR调节后传到母线，BCR将母线上的部分能量储存在蓄电池组中，地影期或太阳电池阵输出功率不足时蓄电池能量通过BDR释放到母线上为卫星提供稳定的供电全调节母线，在MEA控制下母线电压值恒为Vm。

本发明的有益效果是：本发明在传统电源控制装置(ARP、BCR、BDR、MEA)基础上增加了隔离恒流调节器ICCR和辅助误差放大器AEA两种模块，采用MEA和AEA分布式联合四域控制使得电源控制装置具备五种工作区，既不影响电源控制装置的正常工作模式，又能通过短路电流自调节电路在负载短路故障期间充分利用蓄电池的储存能量，为后级短路故障点提供可持续的供电通路直至将短路点熔断，从设计根源上解决了短路故障后母线掉电的问题，提高了供电系统的故障生存能力。

附图说明

图1是传统的全调节母线架构电源控制装置连接关系示意图；

图2是欧空局ESA SB4000平台简化放电链路图；

图3是ESA NG(新一代架构)平台简化放电链路图；

图4是本发明提出的隔离恒流充电调节器ICCR设计框图；

图5是本发明提出的辅助误差放大器AEA设计框图；

图6是本发明提出的MEA和AEA分布式四域联合控制图；

图7是本发明提出的电源控制装置输出I-V特性曲线图；

图8是本发明的电源控制装置原理图。

具体实施方式

如图8所示，本发明公开了一种提升卫星供电系统故障生存能力的电源控制装置，包括全调节母线、以及与所述全调节母线相连的太阳阵功率调节器APR、蓄电池充电调节器BCR、蓄电池放电器BDR、全调节母线误差放大器MEA，该电源控制装置还包括隔离恒流调节器ICCR和辅助误差放大器AEA，ICCR功率输入端连接蓄电池组，ICCR输出端连接全调节母线，ICCR具备宽输入、输出范围工作的特点，尤其是具备在输出低压甚至0电压时可正常输出功率的能力；ICCR内部无输入到输出的“寄生二极管”放电通路，在母线电压低至蓄电池电压时，内部无不可控放电通路；AEA与ICCR相连，ICCR工作模式受辅助误差放大器AEA控制，具备待机和恒流两种工作模式，可通过并联方式实现变换功率的扩展。

正常工作时，MEA控制APR、BCR和BDR调节卫星太阳电池阵、蓄电池、负载功率平衡，光照期太阳电池阵所产生的能量将通过APR调节后传到母线，BCR则将母线上的部分能量储存在蓄电池组中，地影期或太阳电池阵输出功率不足时蓄电池能量通过BDR释放到母线上为卫星提供稳定的供电全调节母线，在MEA控制下母线电压值恒为Vm。

如图2、3所示，BDR包括电池侧开关电路、母线侧开关电路和功率拓扑电路。正常工作时，电池放电电流值在安全范围内，电池侧开关V1处于导通状态；当放电电流超过内部功率器件可承受阈值上限Ipro时，电池侧开关V1将断开。BDR功率拓扑为非隔离式拓扑，如HE-boost拓扑包括开关管V2、V3、变压器T、电感Lboost和整流二极管D1～D4组成，通过调节开关管V2和V3占空比D实现电压变换，输出母线电压Vbus与输入电池电压Vin的关系为：

Vbus＝(1+2*D)*Vin，其中0≤D<0.5 公式1

BDR具备两种工作模式：

(1)升压模式

当占空比大于0时，输出电压Vbus将大于输入电压Vin，实现升压变换，最大升压比例为2倍，此时BDR工作在升压模式下。

(2)直接供电模式

当占空比为0时，电池电流通过拓扑内变压器T、电感Lboost和整流二极管D1～D4组成的寄生供电通路直接流向母线，由于变压器T和电感Lboost饱和，等效为mΩ级内阻的电阻，可基本忽略压降，因此此时拓扑可等效为二极管，输出电压等于输入电压减去二极管压降(约0.7V)，BDR工作在直接供电模式下。

辅助误差放大器AEA采样全调节母线电压和ICCR的输出电流，AEA内部采用双PID串联闭环控制，AEA包括外环和内环，外环为电压控制环，内环为电流控制环，经过内部PID运算输出Vaea信号，外环和内环根据负载情况自主切换控制ICCR工作在恒流或待机两种工作模式下，Vaea越大，ICCR输出电流越大，AEA内部采用三取二或四区二冗余方式实现。

APR、BCR、BDR分别负责光照期太阳电池阵功率调节、光照期平台蓄电池充电调节和地影期平台蓄电池放电调节，三者间歇工作，生成全调节母线。APR采用基于直接能量传输的S3R拓扑或基于最大功率跟踪MPPT的DCDC变换器，BCR和BDR分别采用非隔离式降压、升压拓扑，APR、BCR和BDR均通过并联方式实现变换功率的扩展。

全调节母线误差放大器MEA采样全调节母线，MEA经内部PID运算输出Vmea信号，控制APR、BCR、BDR模块的工作模式，实现能源调度，保证母线电压在正常工况的稳态和动态情况下始终稳定在某一恒定值。母线误差放大器采用三冗余或四冗余以提高可靠性。

如图4所示，ICCR包括功率拓扑电路、辅助电源和控制电路，所述功率拓扑电路与所述辅助电源相连，所述辅助电源与所述控制电路相连。

ICCR可适应宽输入、输出电压范围，尤其是在输出低压甚至近零电压时具备可正常输出功率的能力；ICCR输入和输出之间采用变压器隔离，可采用正激、半桥、全桥式等功率拓扑，同BDR功率拓扑最大区别在于不存在“寄生二极管”放电通路，以典型的全桥拓扑为例，在母线电压低至蓄电池电压时，可通过PI调节、移相控制等保证输出电流的受控，不存在不可控放电通路；ICCR可通过并联方式实现变换功率的扩展，其工作模式受辅助误差放大器AEA控制，输出电流与AEA输出信号Vaea成正比，具体为：

I_ICCR＝n*Vaea，n为输出电流与Vaea信号的转换比例系数；公式2

当Vaea＝0时，I_ICCR＝0，此时ICCR模块不对母线输出功率，工作在待机模式下；

当Vaea>0时,I_ICCR＝n*Vaea>0，此时ICCR模块对母线输出功率，工作在恒流模式下。

如图5所示，辅助误差放大器AEA输入信号包括母线电压Vbus和ICCR模块输出电流I_ICCR，输出信号Vaea送至各ICCR模块。AEA包括外环(外环也称为电压控制外环)和内环(内环也称为电流控制内环)，其中电压控制外环由第四运放A4和第五运放A5及外围电路组成，第四运放A4为母线电压调理电路，第五运放A5为电压环PI电路，第五运放A5的反相输入端连接第四运放A4的输出(V_A4＝k1*Vbus)，同相输入端为预置限压基准Vrefa，基准大小为：

Vrefa＝k1*Va 公式3

其中Va为预置AEA稳压控制电压。

第五运放A5的输出：

V_A5＝H(V)*(Vrefa-k1*Vbus)＝H(V)*k1*(Va-Vbus) 公式4

其中H(V)为电压环PI的传递函数。

电流控制内环由第一运放A1、第二运放A2、第三运放A3和第六运放A6组成，第一运放A1为电流电压转换电路，将ICCR模块输出电流转换为电压值，其输出信号

V_A1＝j1*I_ICCR，其中j1为转换系数 公式5

第六运放A6为母线电压比例变换电路，其输出信号V_A6＝m1*Vbus，其中m1为变换比例系数；

第二运放A2为ICCR短路电流自调节电路，增加该电路前A2输出V_A2仅由预置恒流基准Irefa确认，增加后输出V_A2由预置恒流基准Irefa和V_A6决定，即

V_A2＝Irefa(1+R2/R1)-m1*Vbus*R2/R1 公式6

以常用母线电压100V计算，低母线电压下输出电流可增加5-10倍。

电流内环PI电路A3的反相输入端连接第一运放A1的输出V_A1，同相输入端Vs通过二极管取低电路连接第二运放A2和第五运放A5的输出，用公式表示Vs为：

Vs＝min{V_A2，V_A5}＝min{V_A2，V_A5}＝min{Irefa(1+R2/R1)

-m1*Vbus*R2/R1，H(V)*k1*(Va-Vbus)}公式7第三运放A3采用单电源供电，其输出最小值应不低于0，A3的输出端为Vaea：

Vaea＝max{H(I)*(Vs-V_A1)，0}＝max{H(I)*(min{Irefa(1+R2/R1)

-m1*Vbus*R2/R1，H(V)*k1*(Va-Vbus)}-j1*I_ICCR)，0}

其中H(I)为电流环PI的传递函数公式8

本发明还公开了一种基于本发明所述电源控制装置的控制方法，通过MEA和AEA分布式联合控制的方法，使得电源系统在正常工况时，MEA控制APR、BCR和BDR调节卫星太阳电池阵、蓄电池、负载功率平衡，为卫星提供稳定的供电全调节母线，ICCR和AEA处于待机模式不输出功率；在发生负载短路故障时，AEA控制ICCR介入工作，持续为短路故障点提供可控的熔断电流，短路阻抗越低ICCR输出熔断电流愈大，短路故障点温升越高，直至将短路点烧毁后，母线电压自动恢复至正常值。

本发明采用AEA和MEA分布式四域控制，二者相互联合且具备优先级排序，正常工况时MEA优先级高于AEA；短路工况时AEA工作优先级高于MEA；AEA的外环和MEA的采样控制点均为全调节母线，采样控制范围不能重合并留有死区，MEA的稳压控制点Vm高于AEA的限压控制点Va。

供电系统正常工作时，MEA控制APR、BCR、BDR输出稳定的母线电压Vm，AEA的电压外环控制ICCR的输出电压为Va，其低于全调节母线电压Vm，因此ICCR工作在待机模式下，不对母线输出功率。

当系统负载单机发生短路故障时，AEA控制ICCR工作在恒流模式下，AEA内部设置了短路电流自调节电路，母线电压越低ICCR输出电流越大，以期为故障母线提供更大的可控熔断能量。采用本发明控制方法的电源控制装置输出I-V曲线分为5个工作区：正常工作区、BDR限流工作区、电流激增区、过流保护点和ICCR限流工作区。当供电系统正常工作时，电源控制装置工作在正常工作区。当负载发生强短路故障时，会历经正常工作区→BDR限流工作区→电流激增区→过流保护点→ICCR限流工作区，直至故障短路点熔断，自主恢复至正常工作区。

光照期太阳电池阵所产生的能量将通过APR调节后传到母线，BCR将母线上的部分能量储存在蓄电池组中，地影期或太阳电池阵输出功率不足时蓄电池能量通过BDR释放到母线上为卫星提供稳定的供电全调节母线，在MEA控制下母线电压值恒为Vm。

图6所示为系统MEA和AEA分布式四域联合控制图，纵坐标为母线电压Vbus，当母线电压Vbus等于Vm时，同传统的MEA三域控制方式一致，电源控制装置根据太阳电池功率、负载功率自动调节APR、BCR、BDR三个模块的工作状态，稳定母线电压为Vm；当母线电压降低至Va时，AEA介入工作，系统工作在ICCR域，ICCR模块以恒流模式对母线输出功率。

图7为MEA和AEA四域控制下电源控制装置输出I-V特性曲线，包括正常工作区、BDR限流工作区、电流激增区、过流保护点和ICCR限流工作区等五个工作区，下面将结合单机负载正常、故障工况和上述电源控制装置各模块工作原理介绍各工作区的工作特性：

(1)正常工作区

用电负载单机用电量在正常设计范围内时，用电量低于电源控制装置的供电能力Ilim，并有一定裕量。母线负载用电电流在0～Ilim之间波动时，MEA稳定母线电压为Vm，APR、BCR、BDR各模块依据传统三域控制方式联合工作，BDR工作在升压工作模式。

按照公式7计算AEA模块输出Vaea1＝0，ICCR模块输出电流为0，工作在待机模式下，不对母线输出功率。

(2)BDR限流工作区

用电负载单机发生短路或其他故障导致用电功率增加时，在最坏情况下该故障发生在地影期，此时太阳电池通过APR输出电流为0，电源控制装置的输出能力受BDR模块限制，在用电功率超限后，电源控制装置对外输出稳定的电流，电流值为BDR限流值Ilim，BDR虽工作在升压模式下，但因该电流值小于短路故障点需求电流，输出母线电压会逐渐下降，下降过程中：

母线电压Vbus高于Va时，H(V)*k1*(Va-Vbus)>0，按照公式7计算输出Vaea2＝0，ICCR模块输出电流为0，工作在待机模式下，不对母线输出功率，母线电压持续下降。

母线电压Vbus低于Va时，H(V)*k1*(Va-Vbus)<0，按照公式7计算输出Vaea2＝H(I)*(Irefa(1+R2/R1)-m1*Vbus*R2/R1-j1*I_ICCR)，附图5中AEA电流内环闭环受控，ICCR工作在恒流模式下，依据虚短原理，ICCR输出电流为I_ICCR2＝(Irefa(1+R2/R1)-m1*Vbus*R2/R1)/j1，母线电压持续下降，ICCR输出电流随母线电压下降逐步增加。

(3)电流激增区

当母线电压降至蓄电池电压Vbat时，BDR内部“寄生二极管”常导通，BDR由升压模式转变为直接供电模式，蓄电池组通过BDR内部二极管直接对母线供电，母线电压被蓄电池电压Vbat嵌位且维持不变，即Vbus3＝Vbat-Vd，流经BDR拓扑供电电流骤增；

此过程中母线电压Vbat-Vd低于Va，AEA电流内环闭环受控，ICCR工作在恒流模式下，对母线输出恒定电流I_ICCR3＝(Irefa(1+R2/R1)-m1*(Vbat-Vd)*R2/R1)/j1。

(4)BDR过流保护点

当流经BDR拓扑的供电电流骤增至BDR可承受上限Ipro时，为了防止故障蔓延产生不可逆损伤，BDR模块过流保护电路将断开电池侧开关V1，切断蓄电池与BDR功率拓扑及母线的连接。在V1断开的瞬间，输出母线电压仍被嵌位在Vbat-Vd，流经BDR拓扑二极管的电流由Ipro降至0。

此时AEA电流内环闭环受控，ICCR工作在恒流模式下，对母线输出电流I_ICCR4＝(Irefa(1+R2/R1)-m1*(Vbat-Vd)*R2/R1)/j1。

在此工作点，电源控制装置母线电压仍被嵌位在Vbat-Vd，对母线输出电流由Ipro+I_ICCR4降低为I_ICCR4。

(5)ICCR限流工作区

V1断开后BDR供电通路被切断，电源控制装置内仅有ICCR模块可对母线输出电流，AEA电流内环闭环受控，ICCR工作在恒流模式下，对母线输出恒定电流

I_ICCR5＝(Irefa(1+R2/R1)-m1*Vbus5*R2/R1)/j1 公式9

由于该电流值小于短路故障点需求电流，母线电压由Vbat-Vd迅速下降至较低幅值，该幅值大小为：

Vbus5＝I_ICCR*(r_harness+r_fail)，其中r_harness为通路寄生阻抗，包括互联电缆及搭接阻抗等，r_fail为故障短路点阻抗。 公式10

由公式9可知，母线电压下降过程中ICCR模块输出电流随之增加，可增加电源控制装置输出能力、提供更大熔断能量。

将公式9代入公式10中得，在最低母线电压下，ICCR输出最大电流为

由于强短路时短路阻抗(r_harness+r_fail)低至几十mΩ级，因此(r_harness+r_fail)<<R1，(r_harness+r_fail)<<R2，公式11可以简化为：

从公式12可知，ICCR最大输出恒流值由图5中预置电流基准Irefa、电流电压转换系数j1、电阻R1和R2阻值确定。

该恒定电流将持续施加在短路故障点上，产生功率为

该部分功率将转换为热耗，使得短路故障点持续发热。由于增加短路电流自调节电路后将短路电流提升了5-10倍，按照提升10倍计算，短路点热耗最大增加100倍，大幅提升了电源控制装置的短路故障熔断能力，随着时间的积累故障点温度逐渐升高，至熔化温度后故障点将熔融断开。

故障点断开后，在AEA控制下ICCR模块将母线电压建立至Va，该电压下BDR模块可自主启动，并在MEA控制下将母线电压由Va建立至正常值Vm，电源系统进入正常工作区，电源控制装置自主恢复正常工作。即在发生负载强短路故障后，电源控制装置具备了故障下的自主恢复能力，故障生存能力得以有效提升。

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 (13)

1.一种提升卫星供电系统故障生存能力的电源控制装置，包括全调节母线、以及与所述全调节母线相连的太阳阵功率调节器APR、蓄电池充电调节器BCR、蓄电池放电器BDR、全调节母线误差放大器MEA，其特征在于：该电源控制装置还包括隔离恒流调节器ICCR和辅助误差放大器AEA，ICCR功率输入端连接蓄电池组，ICCR输出端连接全调节母线，AEA与ICCR相连，ICCR工作模式受辅助误差放大器AEA控制。

2.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于：辅助误差放大器AEA采样全调节母线电压和ICCR的输出电流，AEA内部采用双PID串联闭环控制，AEA包括外环和内环，外环为电压控制环，内环为电流控制环，经过内部PID运算输出Vaea信号，外环和内环根据负载情况自主切换控制ICCR工作在恒流或待机两种工作模式下。

3.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于：APR采用基于直接能量传输的S3R拓扑或基于最大功率跟踪MPPT的DCDC变换器，BCR和BDR分别采用非隔离式降压、升压拓扑，APR、BCR和BDR均通过并联方式实现变换功率的扩展。

4.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于：全调节母线误差放大器MEA采样全调节母线，MEA经内部PID运算输出Vmea信号，控制APR、BCR、BDR模块的工作模式，实现能源调度。

5.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于：ICCR包括功率拓扑电路、辅助电源和控制电路，所述功率拓扑电路与所述辅助电源相连，所述辅助电源与所述控制电路相连。

6.根据权利要求2所述的电源控制装置，其特征在于：所述外环包括第四运放(A4)和第五运放(A5)，第五运放(A5)的反相输入端连接第四运放(A4)的输出端，第五运放(A5)的同相输入端为预置限压基准Vrefa。

7.根据权利要求6所述的电源控制装置，其特征在于：所述内环包括第一运放(A1)、第二运放(A2)、第三运放(A3)和第六运放(A6)，第三运放(A3)的反相输入端连接第一运放(A1)的输出端，第三运放(A3)的同相输入端通过二极管取低电路连接第二运放(A2)和第五运放(A5)的输出端，第二运放(A2)与第六运放(A6)相连，第六运放(A6)与第四运放(A4)相连。

8.根据权利要求7所述的电源控制装置，其特征在于：所述第四运放(A4)为母线电压调理电路，所述第五运放(A5)为电压环PI电路，所述第一运放(A1)为电流电压转换电路，所述第六运放(A6)为母线电压比例变换电路，所述第二运放(A2)为ICCR短路电流自调节电路。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述电源控制装置的控制方法，其特征在于：通过MEA和AEA分布式联合控制的方法，使得电源系统在正常工况时，MEA控制APR、BCR和BDR调节卫星太阳电池阵、蓄电池、负载功率平衡，为卫星提供稳定的供电全调节母线，ICCR和AEA处于待机模式不输出功率；在发生负载短路故障时，AEA控制ICCR介入工作，持续为短路故障点提供可控的熔断电流，短路阻抗越低ICCR输出熔断电流愈大，短路故障点温升越高，直至将短路点烧毁后，母线电压自动恢复至正常值，电源系统自主解除短路故障，恢复至正常工况。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：AEA和MEA分布式四域控制，正常工况时MEA优先级高于AEA；短路工况时AEA工作优先级高于MEA；AEA的外环和MEA的采样控制点均为全调节母线，采样控制范围不能重合并留有死区，MEA的稳压控制点Vm高于AEA的限压控制点Va。

11.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：供电系统正常工作时，MEA控制APR、BCR、BDR输出稳定的母线电压Vm，AEA的电压外环控制ICCR的输出电压为Va，其低于全调节母线电压Vm，因此ICCR工作在待机模式下，不对母线输出功率。

12.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：当系统负载单机发生短路故障时，AEA控制ICCR工作在恒流模式下，AEA内部设置了短路电流自调节电路，母线电压越低ICCR输出电流越大，能够为母线短路故障点提供更大的熔断能量。

13.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：光照期太阳电池阵所产生的能量将通过APR调节后传到母线，BCR将母线上的部分能量储存在蓄电池组中，地影期或太阳电池阵输出功率不足时蓄电池能量通过BDR释放到母线上为卫星提供稳定的供电全调节母线，在MEA控制下母线电压值恒为Vm。