具体实施方式

如图1所示为本发明的电源系统拓扑电路图，本发明提出了一种基于 MPPT技术的航天器电源系统，实现了MPPT电源系统初始工作状态可靠安全建立，便于各工作模式下的灵活测试应用，实现了蓄电池组充放电自主管理，采用分级控制调节方式，增强了系统的可靠性安全性，便于系统功率容量扩展，增强了系统适应性，系统具有太阳电池阵最大工作点跟踪能力，能适应温度及光照强度大范围变化的情形，很好的满足了以火星探测为代表的深空探测任务的需求。

本发明的具体实现主要包括以下几个方面：

(1)系统拓扑电路及工作原理

系统拓扑电路如附图1所示，包括多个MPPT功率调节模块、锂离子蓄电池组、一个或多个SR(分流调节)功率调节模块、一个或多个太阳电池阵等，能够实现太阳电池阵输出功率最大功率点跟踪控制，锂离子蓄电池组自主充电管理，一次母线安全可靠建立，故障自主隔离，MPPT与SR综合控制等功能，所述多个并联的MPPT功率调节模块，每个模块输入端连接一个太阳电池阵，输出端通过二极管隔离后汇聚成一次母线，SR功率调节模块的输出连接一次母线，与MPPT功率调节模块一起实现对母线的综合控制。MPPT功率调节模块内部由功率模块和MPPT控制电路组成，功率模块实现太阳电池阵输出功率到一次母线的变换，作为一种典型应用，图1中给出了一种SuperBuck变换主拓扑。MPPT控制电路实现MPPT和一次母线稳压控制，控制电路主要包括一次母线误差放大信号V_BEA产生电路和MPPT控制信号Vmppt产生电路，V_BEA信号产生电路由电阻R1、R2、R3、R4、R5和电容C5、二极管D4以及比较放大器U1组成，R1一端连接一次母线，另一端连接R2和R4，R2另一端接地，R4另一端连接U1的输入正，R1和R2实现对一次母线的分压采样，R3 一端连接一次母线稳压控制参考信号Vref1，另一端连接U1的输入负，通过 U1将一次母线电压采样信号和参考电压Vref1比较放大，并通过R5和C5串联组成的通路实现反馈，产生V_BEA信号，通过V_BEA信号实现对一次母线电压的稳压控制。Vmppt信号产生电路包括太阳电池阵电压和电流采样电路、MPPT 参考信号产生逻辑电路以及由比较放大器U2、电阻R6、电容C6构成的比较放大电路组成，MPPT参考信号产生逻辑电路对太阳电池阵实时输出电流电压进行处理，产生控制参考信号Vref，Vref连接到U2的输入负，U2正端输入太阳电池阵实时输出电压V_SA，V_SA和Vref通过U2、R6、C6构成的反馈放大电路进行比较放大，产生MPPT控制信号Vmppt，信号Vmppt和信号V_BEA通过二极管D4和D5隔离后进行连接，实现取小逻辑，最终产生控制信号Vc，Vc 送入到功率模块，实现对功率模块的控制，当Vmppt信号起作用时，实现MPPT 控制，当V_BEA信号起作用时实现一次母线稳压控制。多个MPPT功率调节模块，其中一个(或多个)作为备份模块，当主份模块故障后，将故障主份模块对应的太阳电池阵输出切换至备份模块，实现主份故障隔离，如附图1所示的一种典型应用，MPPT功率模块1和2位主份，3位备份，当模块1或2故障后，通过切换开关S1或S2将故障模块的输入切入备份模块3，实现故障的整体隔离。SR功率调节模块通过对一次母线的采样放大，产生驱动信号，实现对分流开关Q2的控制，其根据母线电压实现对相应太阳电池阵的分流控制，从而实现对一次母线电压的控制。一次母线与蓄电池充放电开关K1、负载开关 K2及母线滤波电容C一端连接，开关K1另一端连接蓄电池组正，K2另一端连接负载R，滤波电容C另一端与地连接。本发明电源系统具有太阳电池阵利用率高、锂离子蓄电池组自主充电管理、系统功率易扩展、母线品质高、加电灵活、可靠性高的特点，特别适用于环境温度变化大、系统比能量要求高的深空探测航天应用场合。

(2)系统工作状态建立过程

如附图1所示，由于MPPT调节模块的工作特点，需要蓄电池组接入一次母线后，才能启动MPPT模块，否则在一次母线端易产生不稳定电压，而如直接接通蓄电池组放电开关K2，则容易造成蓄电池对母线电容的大电流充电，有损坏电容阵及功率通路的危险，因此，本系统中通过MPPT调节模块和SR调节模块混合使用的方法解决上述问题，由于SR调节模块能够在蓄电池组不接入的情况下建立稳定一次母线，为此，先启动SR调节模块，建立一次母线，并对母线滤波电容充电，之后再接通蓄电池组放电开关K2，由于此时母线滤波电容C已经充满了电，因此接通K2后不会造成蓄电池组给母线滤波电容大电流充电，从而确保系统安全，K2接通后，再启动MPPT调节模块，系统工作状态建立。

(3)系统分级控制调节及蓄电池自主充电管理

多个MPPT型和SR型功率调节模块对蓄电池组的充电实现逐级控制，实现系统的高比能量、高可靠性。多个MPPT功率调节模块和SR功率调节模块从高到低依次设置不同的一次母线稳压控制电压，且MPPT功率调节模块的稳压控制电压低于SR功率调节模块的稳压控制电压，从而实现对锂离子蓄电池组的充电终止电压的逐级控制，在蓄电池组电压达到充电终止电压前，采用MPPT控制，使太阳电池阵以最大功率输出，增加太阳电池阵利用率，提高系统比能量，当蓄电池组电压到达充电终止电压后，再在维持蓄电池组电压不变的情况下实现对锂离子蓄电池组的恒压充电，保证蓄电池组的安全。由于不同 MPPT和SR功率调节模块的稳压控制电压逐级减小，便于系统控制，提高了系统稳定性，减小系统中设备、器件及电路承受的电应力，增强系统可靠性。

(4)系统性能提升的设计实现

提出的一种基于MPPT技术的电源系统拓扑电路，具有高比能量、容量易扩展，环境适应能力强的特点，高比能量的提高一是通过MPPT模块实现太阳电池阵的的最大功率输出，从而使更小的太阳电池阵单位面积，输出尽可能多的功率，减少系统重量与体积，提高比能量，此外，通过合理配比MPPT及SR模块数量，实现系统比能量的提高，由于SR模块效率要高于MPPT模块的效率，可以根据不同太阳电池阵的输出特性，配备不同数量比的SR及MPPT 模块，且SR模块及MPPT模块根据系统需求给不同类型的负载供电，从而实现系统综合效率的提高，例如，当环境温度变及光照变化大，SR模块仅为建立系统工作状态设置，则可减小SR模块数量以及该模块对应的太阳电池阵面积，仅保证满足其启动需求，尽量多的应用MPPT模块，使太阳电池阵最大功率输出。而在太用电池阵输出电压特性固定，且太阳电池阵到SR及MPPT模块较近的场合，则可以多设置SR模块，提高功率控制效率，从而提高整个系统的比功率，此外，结合太阳电池阵串并联单体电池的设计，可以根据太阳电池阵到MPPT模块的线路电阻大小，设置不同的MPPT模块升降压比及MPPT 模块与SR模块的数量比，当线路阻抗大时，可以设置MPPT模块为降压形式，并提高降压比，减小MPPT模块对应的太阳电池阵中并联电池串的串联数，从而降低MPPPT输入端的电流，减少线路损失，提高系统效率，此种情况下，则可以提高MPPT模块的数量比例。反之亦然。此外，该拓扑电路能够很容易进行系统功率容量扩展，只要增加MPPT及SR功率调节模块的数量，就可以达到扩展系统容量的目的。从而使系统不但能够适应小功率应用场合，还能适应大功率应用场合，增强了系统的适应性。

本发明电源系统具有太阳电池阵利用率高、锂离子蓄电池组自主充电管理、系统功率易扩展、母线品质高、加电灵活、可靠性高的特点，特别适用于环境温度变化大、系统比能量要求高的深空探测航天应用场合。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。