CN102723756A

CN102723756A - 一种卫星用全数字电源控制器

Info

Publication number: CN102723756A
Application number: CN2012101998302A
Authority: CN
Inventors: 沈志诚; 王颖艳; 王益军
Original assignee: Shanghai Institute of Satellite Engineering
Current assignee: Shanghai Institute of Satellite Engineering
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明公开了一种卫星用全数字电源控制器，包括：分流器，充电控制器，放电调节器，均衡控制器，基于DSP的中央处理器。该电源控制器采用三域控制方式，分为分流域、充电域、放电域，通过DSP采样母线电压对三域进行区分。均衡控制器通过DSP采样各个锂电池单体的电压,在DSP软件中实现均衡控制算法，从而实现各个单体间的均衡控制。本发明实现了卫星电源***的全数字控制，节省了大量的硬件电路，如MEA电路，PWM产生电路等，提高了***地集成性，也从根本上大大提高的***的可靠性。

Description

一种卫星用全数字电源控制器

技术领域

本发明涉及卫星用电源控制器，更确切的说是基于DSP控制为核心的全数字卫星用电源控制器。

背景技术

卫星电源分***通常采用太阳电池阵—蓄电池体系、可调节直流母线***供电方案，寿命期间，电源分***完成对星上各分***负载的不间断供电，包括长期功率、短期功率和火工品的引爆。光照期完成太阳电池阵能源采集，把太阳光能转化为电能，对负载供电和给蓄电池组充电，在阴影期由蓄电池通过放电调节器向母线供电或光照期负载功率超过太阳电池阵供电能力时，由蓄电池补充供电。

目前卫星常用的电源***控制器的MEA电路，分流器的PWM的产生电路，充电控制器的PWM产生电路，放电调节器的PWM产生电路，均衡控制器的开关管驱动电路都是通过相应的硬件电路搭建而成，每一路PWM输出都需要相应的PWM硬件生成电路，电路设计复杂，集成度低，所用的电子元器件也较多，所用的电子元器件越多，产品的可靠性就越低，而且产品所需的设计和调试时间也越长。

为此，电源控制器应该尽量提高***的集成度，减少电子元器件，节省产品的开发周期，特别是对于应用在快速响应等小卫星上，电源控制器的设计、调试周期要求短，体积、重量都要求尽量的小，所以，对电源控制器的集成度要求较高。

传统的太阳阵的分布方式有合阵式、分阵式，常用的功率调节技术有S3R型、S4R型、混合型等，本发明基于合阵式的S3R型。但是，同样可以应用在分阵式，S4R型，混合型等。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决现有的电源控制器的集成度不高，电子硬件电路较复杂等缺点，本发明提出一种卫星用全数字电源控制器，利用本发明，通过DSP实现对母线电压的采样，对分流器、充电控制器、放电调节器各个相应管子实现PWM控制，对蓄电池充电电流的采样，对放电调节器反馈电压的采样，对蓄电池电压的采样，对三域控制算法的软件实现，对均衡控制算法的软件实现，对放电调节器输出电压的软件闭环控制，对充电控制器限流充电控制等，大大减少了硬件电路的搭建，减少了电子元器件的使用，提高了***的集成度，从而，也提高了***的可靠性。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于DSP的全数字电源控制器，该装置包括：

分流器，用于光照期太阳阵输出能量过剩时分流多余的能量；

充电控制器，用于光照期给蓄电池充电时控制充电电流；

放电调节器，用于阴影期或者光照期蓄电池联合供电时蓄电池输出能量给整星供电；

均衡控制器，用于锂电池在充放电过程中的均衡控制；以及

基于DSP的中央处理器，用于实现分流器、充电控制器、放电调节器的开关管的PWM控制，以及母线电压的采样，蓄电池电压的采样，放电调节器输出电流的采样，充电控制器充电电流的采样，三域控制算法的实现，均衡控制算法的实现，充电控制器分流控制的实现，放电调节器闭环控制的实现等。

本发明电源控制器的三域控制通过DSP采样母线电压，在DSP软件中实现三域的电压的划分并进行相应的控制。所述三域控制方式分为分流域、充电域、放电域，通过DSP采样母线电压对三域进行区分，在分流域内，根据设定的母线电压值判断***处于全分流，不分流，或者是部分分流状态，在部分分流状态下，通过DSP的PWM输出口对相应的分流器进行PWM控制以实现部分分流；在充电域状态下，通过DSP的PWM输出口实现对充电控制器进行控制，实现限流恒流充电；在放电域状态下，DSP的PWM输出口对放电调节器进行控制以实现放电控制。

本发明所述分流器的开关管的控制通过DSP的PWM输出端控制实现。

本发明所述充电控制器的开关管的控制通过DSP的PWM输出端控制实现。

本发明所述放电调节器的开关管的控制通过DSP的PWM输出端控制实现，输出电压的闭环控制通过DSP软件实现。

本发明所述蓄电池组各个单体的电压采样通过DSP实现。

本发明所述均衡控制器的开关管通过DSP的I/O口输出控制实现。

本发明所述均衡控制器的均衡控制算法通过DSP中软件实现。

本发明全数字电源控制器，由于采用上述技术方案，PWM输出全部由DSP实现，从而不需要给分流器、充电控制器、放电调节器配置单独的PWM产生电路，大大简化了硬件电路的设计；利用DSP采样母线电压并通过软件实现三域控制算法，省去了通过大量的比较电路实现三域控制的方法；采用DSP采样放电调节器的输出电流并在软件中实现放电调节器的闭环控制，省去了通过搭建硬件闭环控制电路实现反馈控制的方法；采用DSP采样充电控制器的充电电流并在软件中实现限流充电的算法，省去了搭建专用的限流硬件电路；采用DSP采样蓄电池，并在软件中实现均衡控制算法，并通过DSP的I/O口完成均衡控制器的开关管的控制，省去了用于完成均衡控制算法的专用的下位机的架设；所以，本发明大大简化了电源控制器的设计，同时由于省去了很多电子元器件，也提高了产品的可靠性。

附图说明

图1是本发明卫星全数字电源控制器的设备结构框图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1是本发明卫星全数字电源控制器设备结构框图；如图1的实施例所示，该装置包括：分流器SHUNT；DSP中央处理器；充电控制器BCR；放电调节器BDR；均衡控制器；其中：分流器用于光照期太阳阵输出能量过剩时分流多余的能量；充电控制器用于光照期给蓄电池充电时控制充电电流；放电调节器用于阴影期或者光照期蓄电池联合供电时蓄电池输出能量给整星供电；均衡控制器用于锂电池在充放电过程中的均衡控制；基于DSP的中央处理器用于实现分流器、充电控制器、放电调节器的开关管的PWM控制，以及母线电压的采样，蓄电池电压的采样，放电调节器输出电流的采样，充电控制器充电电流的采样，三域控制算法的实现，均衡控制算法的实现，充电控制器分流控制的实现，放电调节器闭环控制的实现等。

本实施例中，分流器SHUNT：主要由分流开关管及相应的开关管的PWM驱动电路组成；

本实施例中，充电控制器BCR：主要由充电电流采样电路，充电分流开关管及相应的开关管的PWM驱动电路组成；

本实施例中，放电调节器BDR:采用的是降压型放电调节器，如果采用升压型放电调节器，本发明的方案同样适用；

本实施例中，均衡控制器：主要由分流开关管和蓄电池采样电压调理电路组成；

本实施例中，DSP中央处理器：主要由DSP以及采样母线电压的电压调理电路组成。

本实施例中，母线电压经过电压调理电路后变换到DSP能接受的AD输入电压范围内（0~3.3V），DSP将模拟的电压量转换成相应的数字电压量，通过软件实现对母线电压的三域划分，使得该电源控制器在检测到母线电压处于分流域内实现对太阳阵输出电流的分流，并且对相应的部分分流开关管通过PWM输出口实现PWM控制；在检测到母线电压处于充电控制域内，实现对蓄电池的充电控制，并根据采样到的充电电流，通过软件实现对充电开关管的PWM控制，从而实现限流充电控制；在检测到母线电压处于放电调节域范围内，对蓄电池的放电控制，采样放电调节器的输出电压，在DSP中通过软件实现放电调节器的闭环控制，保证放电调节器输出相应的稳定电压值；在蓄电池充电时，实时采样各节单体的电压，通过软件实现均衡控制算法，驱动相应的蓄电池分流开关管，完成对蓄电池组各个单体的均衡控制；

从以上描述可以看出，本实施例电源控制器采用三域控制方式，分为分流域、充电域、放电域，通过DSP采样母线电压对三域进行区分，在分流域内，根据设定的母线电压值判断***处于全分流，不分流，或者是部分分流状态，在部分分流状态下，通过DSP的PWM输出口对相应的开关管实现PWM控制以实现部分分流。在充电域状态下，通过DSP的PWM输出口实现对充电控制器的开关管进行控制，实现限流恒流充电。在放电域状态下，DSP的PWM输出口对放电调节器的开关管进行控制以实现放电控制。均衡控制器通过DSP采样各个锂电池单体的电压，在DSP软件中实现均衡控制算法，从而实现各个单体间的均衡控制。

综上所述，本发明基于DSP的全数字电源控制器，通过DSP实现对母线电压的采样，对分流器、充电控制器、放电调节器各个相应管子实现PWM控制，对蓄电池充电电流的采样，对放电调节器反馈电压的采样，对蓄电池电压的采样，对三域控制算法的软件实现，对均衡控制算法的软件实现，对放电调节器输出电压的软件闭环控制，对充电控制器软件限流充电控制等，对原有的电源控制器的硬件电路进行了简化，使得***的可靠性得到提高，系统的重量和体积都可以相应的减小，产品的集成度大大提高，缩短了产品的设计和调试周期。

以上为本发明的优选实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明的卫星用全数字电源控制器进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围，比如，应用在分阵形式的太阳阵，运用在S4R或混合型功率调节***中，运用在升压模式的放电调节器中，运用在镉镍电池组、氢镍电池组中，运用在更多路的分流器中，运用在更多路的放电调节器中，或者运用双DSP、多DSP的模式，这样，倘若这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims

1.一种卫星用全数字电源控制器，其特征在于，该装置包括：

充电控制器，用于光照期给蓄电池充电时控制充电电流；

均衡控制器，用于锂电池在充放电过程中的均衡控制；以及

基于DSP的中央处理器，用于实现分流器、充电控制器、放电调节器的开关管的PWM控制，以及母线电压的采样，蓄电池电压的采样，放电调节器输出电流的采样，充电控制器充电电流的采样，三域控制算法的实现，均衡控制算法的实现，充电控制器分流控制的实现，放电调节器闭环控制的实现。

2.如权利要求1所述的卫星用全数字电源控制器，其特征在于：该电源控制器的三域控制通过DSP采样母线电压，在DSP软件中实现三域的电压的划分并进行相应的控制。

3.如权利要求2所述的卫星用全数字电源控制器，其特征在于：所述三域控制方式分为分流域、充电域、放电域，通过DSP采样母线电压对三域进行区分，在分流域内，根据设定的母线电压值判断***处于全分流，不分流，或者是部分分流状态，在部分分流状态下，通过DSP的PWM输出口对相应的分流器进行PWM控制以实现部分分流；在充电域状态下，通过DSP的PWM输出口实现对充电控制器进行控制，实现限流恒流充电；在放电域状态下，DSP的PWM输出口对放电调节器进行控制以实现放电控制。

4.如权利要求1-3任一项所述的卫星用全数字电源控制器，其特征在于：所述分流器的开关管的控制通过DSP的PWM输出端控制实现。

5.如权利要求1-3任一项所述的卫星用全数字电源控制器，其特征在于：所述充电控制器的开关管的控制通过DSP的PWM输出端控制实现。

6.如权利要求1-3任一项所述的卫星用全数字电源控制器，其特征在于：所述放电调节器的开关管的控制通过DSP的PWM输出端控制实现，输出电压的闭环控制通过DSP软件实现。

7.如权利要求1-3任一项所述的卫星用全数字电源控制器，其特征在于：所述蓄电池组各个单体的电压采样通过DSP实现。

8.如权利要求1-3任一项所述的卫星用全数字电源控制器，其特征在于：所述均衡控制器的开关管通过DSP的I/O口输出控制实现。

9.如权利要求1-3任一项所述的卫星用全数字电源控制器，其特征在于：所述均衡控制器的均衡控制算法通过DSP中软件实现。