LEO卫星电源系统拓扑研究

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1、Vo1．2lNo．6航天器工程第21卷第6期60SPACECRAFTENGINEERING2012年12月LEO卫星电源系统拓扑研究陈琦赵长江马亮(JL京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要基于30个近地轨道(LEO)卫星任务及其电源系统应用情况，在系统层面上对5种电源系统拓扑进行了分析比较，包括配置方式、控制原理、效率及器件等。针对功率调节性能和器件组成规模，选择配有最大功率点跟踪(MPPT)的升一降压调节器(B2R)作为多适用的电源系统拓扑。此系统适应LEO卫星需求，属于拓扑用途广泛的电源系统，可通过合理配置热备份的功率调节模块来实现功率组合及可靠性设计，具有较高的

2、兼容性，能够满足中国LEO卫星任务需求。关键词近地轨道卫星；电源系统；拓扑；模块化中图分类号：V442文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2012．06．009AnalysisofElectricalPowerSystemTopologyforLEOSatellitesCHENQiZHAOChangjiangMALiang(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Basedon30lOWearthorbit(LEO)satellite

3、missionsandapplicationsofeleetricalpow—ersystem，thecomparisonoffiveelectricalpowersystemtopologiesatsystemlevelispresentedincludingconfiguration，principle，efficiencyanddevices．Themaximumpowerpointtracking(MPPT)buck—boostregulator(B2R)isselectedasaflexibleonebecauseofitsgoodcompromisebetweenr

4、egulatingperformancesandcompositioncost．MPPTB2RfulfilsLEOsatelliterequire—mentsandisoneofwidelyappliedelectricalpowersystems，andtherequiredreliabilityandmodularitycanbeenachievedbyarrangingpowerregulationmoduleinhotredundancy．ThistopologyprovidesahighlevelofflexibilityandsatisfiesvariousChin

5、eseLEOsatellitemissionneeds．Keywords：LEOsatellite；electricalpowersystem；topology；modularization许多不同的电源系统拓扑J，如串联顺序开关分流1引言调节器(S4R)功率调节系统概念，是2O世纪9O年代中末期由欧洲航天局(ESA)空间电源中心提出来模块化、高效的电源系统拓扑在不影响长期稳的，从2000年初开始使用。该系统比顺序开关分流定性的前提下，将会给近地轨道(LEO)卫星任务带调节器(S3R)效率更高，可节省3O的质量_2。]。而来质量、性能和成本上的重大优化。在大多数情况随着最大功率

6、点跟踪(MPPT)电源可靠性设计水平下，经过优化的电源(包括提高调节效率)将是实现的提高¨4]，配有MPPT的升一降压调节技术，使电源LEO卫星轻质、高效和低成本的关键因素。近年系统的模块化、通用化取得了较大进步_5]。以往优来，用于地球观测和科学研究的LEO卫星上采用了选通常是在细节和技巧上权衡]，而不是从模块化收稿日期：2012—05—21；修回日期：201208—15作者简介：陈琦(1974一)，男，博士，高级工程师，从事航天器供配电设计工作。Email：qw—chen@sina．corn。第6期陈琦等：LEO卫星电源系统拓扑研究角度考虑的多适用性方案。本文提出的电源拓扑

7、形测小卫星星座”(COSMO—Skymed)雷达卫星，“国际式是基于模块化和组合应用，能够最大限度地利用X射线观测台”(IXO)天文卫星，哨兵一1(Sentinel一1)模块组合出电源系统，以适应不同LEO卫星任务的卫星。需求和应用。2．1LEO卫星电源系统本文研究了3O个LEO卫星任务，主要以欧洲对于大多数LEO卫星，通常使用不调节母线阿斯特留姆(Astrium)公司和阿尔卡特(ETCA)公(蓄电池直接连接母线)。如图1所示，在30个卫星司空间电源产品为应用背景。这些任务包括：①地任务中，