一种星载开关分流调节系统研究

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1、第22卷第2期航天器工程V01．22No．21111生!旦兰里垒曼兰堡堡垒!!兰堕鱼!堕垦垦垦!堕鱼!!一种星载开关分流调节系统研究崔波曾毅马亮(JL京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要提出了一种新的开关分流调节系统的设计方法，将太阳电池阵划分为大阵和小阵，采用数模混合控制的方法对大小阵进行分别控制，让大阵工作在常供电或常分流态，仅有小阵处于开关调节状态，有效解决了寄生电容对开关分流调节系统的影响。采用基于Saber和MATLAB／Simulink软件的仿真环境，对新的开关分流调节系统进行了仿真验

2、证。结果表明，文章提出的开关分流调节系统设计方法合理可行，系统稳态和瞬态工作特性能够满足航天器在轨运行的需求。关键词航天器；太阳电池阵；寄生电容；开关分流调节；仿真中图分类号：V422文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．02．014ResearchonSwitchShuntRegulatorSysteminSpacecraftCUIBoZENGYiMALiang(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beij

3、ing100094，China)Abstract：Anewswitchshuntregulatorpowersystemforspacecraftispresented．Thesolararrayisdividedintobigsectionsandsmallsections，andtheregulatoriscontrolledbymixedanalog—digitalcontrolmethodtomakeonlysmallsectionsworkinswitchingstate．Thisdesignef

4、fectivelyreducestheinfluenceofparasiticcapacitanceofsolararrayonswitchshuntregulatorsystem．BasedonSaberandMATLAB／Simulinksimulationenvironment，theprincipleofnewswitchshuntregulatorsystemisverified．Thesimulationresultsshowthatthedesignisreasonableandpractic

5、able，andboththesystemsteadystateandtransientoperatingcharacteristicscanmeetthedemandofthespacecraft．Keywords：spacecraft；solararray；parasiticcapacitance；switchshuntregulation；simulation1引言近年来，为提高空间电源系统的比能量，高效的三结砷化镓电池逐渐广泛应用于各类型的航天器。但在同等电压及功率等级下，采用三结砷化镓单体的电池阵

6、与传统的采用单晶硅单体的太阳电池阵相比，其寄生电容会增大5倍左右。采用三结砷化镓单体后，太阳电池阵寄生电容的增大对分流调节电路的影响也随着三结砷化镓电池的应用日渐凸显，开关分流调节过程中寄生电容充放电造成的能量损耗上升，导致分流调节器发热量增大，同时电容放电瞬间的浪涌电流对开关管也会造成过应力影响[1。]。顺序开关分流调节器(SequentialSwitchingShuntRegulator，S3R)以其优异的动态响应特性、高能量传递效率、较低的热耗等优点，目前广泛应用于国内外高轨航天器的电源系统中[5]。

7、本文在顺序开关分流调节技术的基础上，提出了一种新的开关收稿日期：2013—01—06；修回日期：2013—03—06基金项目：国家重大航天工程作者简介：崔波(1982一)，男，硕士，从事航天器电源系统总体设计工作。Email：tritonl2@gmail．corn。航天器工程分流调节系统的设计方法，采用大小阵混合的方式排布太阳电池阵，并通过数模混合控制的方式实现大小阵分流系统的协同工作。相比传统的顺序开关分流系统，在同等电压、同等功率等级下，处于开关分流调节状态的分阵的规模大幅减小，分阵寄生电容对分流调节系

8、统的影响也得到了有效避免。2S3R调节功率损耗分析将太阳电池阵等效为一个理想的太阳电池阵并联电池阵的寄生电容，分流调节所产生的损耗可以划分为以下三部分：①供电导通损耗，包括分流状态下分流开关管上的导通损耗和供电状态下在隔离二极管上的导通损耗；②不考虑寄生电容的情况下，开关的开通和关断特性引起的交流开关损耗；③太阳电池阵寄生电容在开关调节过程中充放电引起的功率损耗。供电导通损耗仅取决于供电通路的阻抗和通路电流的大小