本發(fā)明涉及衛(wèi)星電源控制器，具體涉及mppt與s3r融合拓撲電源控制器。

背景技術：

1、目前衛(wèi)星的能源系統(tǒng)主要有兩種方案，一是采用以順序開關s3r(分流電路)技術為代表的det(直接能量傳輸)方式，二是采用mppt(最大功率點跟蹤)技術。

2、其中s3r技術在太陽電池陣提供的能量有富余時，將多余的能量消耗在分流電路和太陽電池陣中。這種方法的優(yōu)點是電路拓撲結構簡單，控制方法簡便，電路能量傳輸效率高，魯棒性強，且太陽電池陣不會受到高開路電壓的影響。但是，這種方法太陽電池陣電壓被母線電壓鉗位，無法工作在最大功率點上，能量利用率較低。

3、mppt技術可以使太陽電池陣始終工作于最大功率點上，相比于s3r能源利用率可以提升10％～20％。這有助于減小太陽電池陣的面積，從而在減小衛(wèi)星體積重量的同時節(jié)約成本。但傳統(tǒng)的mppt技術在蓄電池充滿之后會使太陽電池陣逐漸偏離最大功率點，直至開路，在衛(wèi)星處于低溫出影工況下，高開路電壓可能對太陽方陣及控制器產(chǎn)生不利影響。此外，mppt電路拓撲結構以及控制方法相比于s3r更為復雜，所以相比之下，s3r的魯棒性更強。

4、現(xiàn)有技術中，專利文獻cn113703514a公開了“衛(wèi)星太陽電池陣mppt與s3r異構控制系統(tǒng)與方法”，通過峰值功率跟蹤旁路電路的切換，進行兩種控制方法異構的冷備份設計，在不增加過多硬件資源的情況下，提高了衛(wèi)星供電系統(tǒng)的可靠性安全性。

5、然而，現(xiàn)有技術并不能做到兼具mppt和s3r優(yōu)點并且規(guī)避上述mppt和s3r的缺點，少數(shù)兼具mppt和s3r功能的電源控制器也是將mppt功能和s3r功能進行簡單的備份，并不是兩種控制聯(lián)合工作，只有當一種控制出現(xiàn)故障時才會切換至另一種控制。當工作于mppt模式時提高了能源利用率，但蓄電池充滿電后太陽電池陣會處于開路狀態(tài)，當工作于s3r模式時又無法充分利用太陽電池陣的能源。

6、綜上所述，現(xiàn)有技術不能兼具mppt與s3r優(yōu)點且不能規(guī)避mppt充電開路高壓及s3r低效率的缺點，且即使兼具mppt與s3r功能的電源控制器也不能將兩種控制聯(lián)合工作。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術不能兼具mppt與s3r優(yōu)點且不能規(guī)避mppt充電開路高壓及s3r低效率的技術問題。

2、本發(fā)明所述的一種mppt與s3r融合拓撲電源控制器，所述的電源控制器包括mppt、s3r、模式切換電路、mppt硬件控制電路、s3r硬件控制電路、母線濾波電路、驅動電路1和驅動電路2；

3、模式切換電路實現(xiàn)對mppt和s3r相互切換；

4、mppt硬件控制電路采集太陽電池陣的輸入電壓信號vsa以及輸出電流信號isa并進行邏輯運算，輸出pwm信號用于控制mppt開關管；

5、s3r硬件控制電路采集母線電壓信號并進行運算處理，輸出pwm信號用于控制s3r開關管；

6、母線濾波電路用于穩(wěn)定母線電壓，并降低母線電壓紋波；

7、驅動電路1將mppt硬件控制電路輸出的pwm信號進行電平轉換，并提高信號的驅動能力；

8、驅動電路2將s3r硬件控制電路輸出的pwm信號進行電平轉換，并提高信號的驅動能力。

9、進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述的mppt包括二極管d1、二極管d3、電容c1、電容c2、電感l(wèi)1、電感l(wèi)2和開關管m1；

10、所述的s3r包括開關管m2和二極管d4；

11、太陽電池陣的正端與二極管d5的正極連接，二極管d5的負極與繼電器j1公共端a相連；

12、繼電器j1的節(jié)點b分別與二極管d4的正極、開關管m2的漏極相連，二極管d4的負極與母線濾波電路的正端相連；

13、繼電器j1的節(jié)點c與二極管d1的正極相連，二極管d1的負極分別與電容c1的一端、電感l(wèi)1的一端相連；

14、電感l(wèi)1的另一端分別與電容c2的一端、開關管m1的漏極相連；

15、電容c2的另一端分別與電感l(wèi)2的一端、二極管d2的正極相連；

16、開關管m1的源極分別與二極管d3的正極、二級管d2的負極相連；

17、太陽電池陣的負端分別與電容c1的另一端、電感l(wèi)2的另一端、開關管m2的源極、母線濾波電路的負端相連，母線濾波電路與蓄電池組相并聯(lián)；

18、驅動電路1一端與mppt硬件控制電路相連，另一端與開關管m1相連；

19、驅動電路2一端與s3r硬件控制電路相連，另一端與開關管m2相連。

20、進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述的模式切換電路包括滯回比較器1、滯回比較器2、與門1、與門2、或門、三極管q1、非門和三極管q2；

21、滯回比較器1的正輸入端接基準電壓vref1，負輸入端接母線電壓經(jīng)過分壓之后的電壓信號vbus1；

22、滯回比較器2的正輸入端與vbus1相連，負輸入端與基準電壓vref2相連；

23、與門1的兩個輸入端分別與滯回比較器1和滯回比較器2的輸出相連；

24、與門1的輸出與與門2的一個輸入端相連，與門2的另一個輸入端接控制信號mppt_control信號；

25、或門的一個輸入端與與門2的輸出相連，另一個輸入端與控制信號s3r_control相連，或門的輸出端分別與非門的輸入端、三極管q1的基極相連；

26、非門的輸出端與三極管q2的基極相連；

27、三極管q1的集電極接控制信號ctl1，發(fā)射極接地；

28、三極管q2的集電極接控制信號ctl2，發(fā)射極接地。

29、進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，通過所述的控制信號mppt_control和控制信號s3r_control設定電源控制器的工作模式，并通過控制信號ctl1和控制信號ctl2控制繼電器的導通通道切換電源控制器的控制模式。

30、進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，當所述的控制信號mppt_control為高電平，且控制信號s3r_control為低電平時，電源控制器在mppt和s3r切換；

31、當控制信號mppt_control為低電平，且控制信號s3r_control為低電平時，電源控制器設定為強制s3r模式；

32、當控制信號s3r_control為高電平時，電源控制器設定為強制mppt模式。

33、進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，當所述的控制信號mppt_control為高電平，且控制信號s3r_control為低電平時，電源控制器在mppt和s3r之間切換，具體為：

34、當滯回比較器2的電壓信號v4<電壓信號vbus1<滯回比較器1的電壓信號v1時，電源控制器工作于mppt；

35、當蓄電池組充滿后，電壓信號vbus1>滯回比較器1的電壓信號v1時，電源控制器工作于s3r；

36、當蓄電池組電壓＜滯回比較器1的電壓信號v2時，電源控制器工作于mppt；

37、當電壓信號vbus1＜滯回比較器2的電壓信號v4時，電源控制器工作于s3r；

38、當電壓信號vbus1＞滯回比較器2的電壓信號v3時，電源控制器工作于mppt。

39、進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述的滯回比較器1的電壓信號v1>滯回比較器1的電壓信號v2>滯回比較器2的電壓信號v3>滯回比較器2的電壓信號v4。

40、本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術不能兼具mppt與s3r優(yōu)點且不能規(guī)避mppt充電開路高壓及s3r低效率的技術問題。具體有益效果包括：

41、1、本發(fā)明所述的一種mppt與s3r融合拓撲電源控制器，現(xiàn)有技術不能兼具mppt與s3r優(yōu)點且不能規(guī)避mppt充電開路高壓及s3r低效率的缺點，為結局上述技術問題，本發(fā)明通過將mppt和s3r拓撲相融合，兼具mppt控制和s3r控制，二者相互冗余備份，既提高太陽電池陣能源的利用率又增加了系統(tǒng)的魯棒性；

42、2、本發(fā)明所述的一種mppt與s3r融合拓撲電源控制器，mppt硬件控制電路和s3r硬件控制電路能夠根據(jù)蓄電池電壓情況自主切換，又能通過指令強制切換，當其中一個控制模式出現(xiàn)故障時可以通過oc指令強制關閉當前模式并切換至另一個模式；

43、3、本發(fā)明所述的一種mppt與s3r融合拓撲電源控制器，常規(guī)模式下，當蓄電池電壓較低時，工作于mppt模式從而提高太陽電池陣能源利用率，電池電壓充滿后切換至s3r模式將多余的能量進行分流，防止開路高壓對太陽電池陣及控制器產(chǎn)生不利影響；

44、本發(fā)明所述的一種mppt與s3r融合拓撲電源控制器，采用純硬件電路完成mppt及s3r控制，具有響應速度快、魯棒性強、能源利用率高以及可靠性高的優(yōu)點。