一种MPPT与S3R融合拓扑电源控制器的制作方法

本发明涉及卫星电源控制器，具体涉及mppt与s3r融合拓扑电源控制器。

背景技术：

1、目前卫星的能源系统主要有两种方案，一是采用以顺序开关s3r(分流电路)技术为代表的det(直接能量传输)方式，二是采用mppt(最大功率点跟踪)技术。

2、其中s3r技术在太阳电池阵提供的能量有富余时，将多余的能量消耗在分流电路和太阳电池阵中。这种方法的优点是电路拓扑结构简单，控制方法简便，电路能量传输效率高，鲁棒性强，且太阳电池阵不会受到高开路电压的影响。但是，这种方法太阳电池阵电压被母线电压钳位，无法工作在最大功率点上，能量利用率较低。

3、mppt技术可以使太阳电池阵始终工作于最大功率点上，相比于s3r能源利用率可以提升10％～20％。这有助于减小太阳电池阵的面积，从而在减小卫星体积重量的同时节约成本。但传统的mppt技术在蓄电池充满之后会使太阳电池阵逐渐偏离最大功率点，直至开路，在卫星处于低温出影工况下，高开路电压可能对太阳方阵及控制器产生不利影响。此外，mppt电路拓扑结构以及控制方法相比于s3r更为复杂，所以相比之下，s3r的鲁棒性更强。

4、现有技术中，专利文献cn113703514a公开了“卫星太阳电池阵mppt与s3r异构控制系统与方法”，通过峰值功率跟踪旁路电路的切换，进行两种控制方法异构的冷备份设计，在不增加过多硬件资源的情况下，提高了卫星供电系统的可靠性安全性。

5、然而，现有技术并不能做到兼具mppt和s3r优点并且规避上述mppt和s3r的缺点，少数兼具mppt和s3r功能的电源控制器也是将mppt功能和s3r功能进行简单的备份，并不是两种控制联合工作，只有当一种控制出现故障时才会切换至另一种控制。当工作于mppt模式时提高了能源利用率，但蓄电池充满电后太阳电池阵会处于开路状态，当工作于s3r模式时又无法充分利用太阳电池阵的能源。

6、综上所述，现有技术不能兼具mppt与s3r优点且不能规避mppt充电开路高压及s3r低效率的缺点，且即使兼具mppt与s3r功能的电源控制器也不能将两种控制联合工作。

技术实现思路

1、本发明解决了现有技术不能兼具mppt与s3r优点且不能规避mppt充电开路高压及s3r低效率的技术问题。

2、本发明所述的一种mppt与s3r融合拓扑电源控制器，所述的电源控制器包括mppt、s3r、模式切换电路、mppt硬件控制电路、s3r硬件控制电路、母线滤波电路、驱动电路1和驱动电路2；

3、模式切换电路实现对mppt和s3r相互切换；

4、mppt硬件控制电路采集太阳电池阵的输入电压信号vsa以及输出电流信号isa并进行逻辑运算，输出pwm信号用于控制mppt开关管；

5、s3r硬件控制电路采集母线电压信号并进行运算处理，输出pwm信号用于控制s3r开关管；

6、母线滤波电路用于稳定母线电压，并降低母线电压纹波；

7、驱动电路1将mppt硬件控制电路输出的pwm信号进行电平转换，并提高信号的驱动能力；

8、驱动电路2将s3r硬件控制电路输出的pwm信号进行电平转换，并提高信号的驱动能力。

9、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的mppt包括二极管d1、二极管d3、电容c1、电容c2、电感l1、电感l2和开关管m1；

10、所述的s3r包括开关管m2和二极管d4；

11、太阳电池阵的正端与二极管d5的正极连接，二极管d5的负极与继电器j1公共端a相连；

12、继电器j1的节点b分别与二极管d4的正极、开关管m2的漏极相连，二极管d4的负极与母线滤波电路的正端相连；

13、继电器j1的节点c与二极管d1的正极相连，二极管d1的负极分别与电容c1的一端、电感l1的一端相连；

14、电感l1的另一端分别与电容c2的一端、开关管m1的漏极相连；

15、电容c2的另一端分别与电感l2的一端、二极管d2的正极相连；

16、开关管m1的源极分别与二极管d3的正极、二级管d2的负极相连；

17、太阳电池阵的负端分别与电容c1的另一端、电感l2的另一端、开关管m2的源极、母线滤波电路的负端相连，母线滤波电路与蓄电池组相并联；

18、驱动电路1一端与mppt硬件控制电路相连，另一端与开关管m1相连；

19、驱动电路2一端与s3r硬件控制电路相连，另一端与开关管m2相连。

20、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的模式切换电路包括滞回比较器1、滞回比较器2、与门1、与门2、或门、三极管q1、非门和三极管q2；

21、滞回比较器1的正输入端接基准电压vref1，负输入端接母线电压经过分压之后的电压信号vbus1；

22、滞回比较器2的正输入端与vbus1相连，负输入端与基准电压vref2相连；

23、与门1的两个输入端分别与滞回比较器1和滞回比较器2的输出相连；

24、与门1的输出与与门2的一个输入端相连，与门2的另一个输入端接控制信号mppt_control信号；

25、或门的一个输入端与与门2的输出相连，另一个输入端与控制信号s3r_control相连，或门的输出端分别与非门的输入端、三极管q1的基极相连；

26、非门的输出端与三极管q2的基极相连；

27、三极管q1的集电极接控制信号ctl1，发射极接地；

28、三极管q2的集电极接控制信号ctl2，发射极接地。

29、进一步地，在本发明的一个实施例中，通过所述的控制信号mppt_control和控制信号s3r_control设定电源控制器的工作模式，并通过控制信号ctl1和控制信号ctl2控制继电器的导通通道切换电源控制器的控制模式。

30、进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述的控制信号mppt_control为高电平，且控制信号s3r_control为低电平时，电源控制器在mppt和s3r切换；

31、当控制信号mppt_control为低电平，且控制信号s3r_control为低电平时，电源控制器设定为强制s3r模式；

32、当控制信号s3r_control为高电平时，电源控制器设定为强制mppt模式。

33、进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述的控制信号mppt_control为高电平，且控制信号s3r_control为低电平时，电源控制器在mppt和s3r之间切换，具体为：

34、当滞回比较器2的电压信号v4<电压信号vbus1<滞回比较器1的电压信号v1时，电源控制器工作于mppt；

35、当蓄电池组充满后，电压信号vbus1>滞回比较器1的电压信号v1时，电源控制器工作于s3r；

36、当蓄电池组电压＜滞回比较器1的电压信号v2时，电源控制器工作于mppt；

37、当电压信号vbus1＜滞回比较器2的电压信号v4时，电源控制器工作于s3r；

38、当电压信号vbus1＞滞回比较器2的电压信号v3时，电源控制器工作于mppt。

39、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的滞回比较器1的电压信号v1>滞回比较器1的电压信号v2>滞回比较器2的电压信号v3>滞回比较器2的电压信号v4。

40、本发明解决了现有技术不能兼具mppt与s3r优点且不能规避mppt充电开路高压及s3r低效率的技术问题。具体有益效果包括：

41、1、本发明所述的一种mppt与s3r融合拓扑电源控制器，现有技术不能兼具mppt与s3r优点且不能规避mppt充电开路高压及s3r低效率的缺点，为结局上述技术问题，本发明通过将mppt和s3r拓扑相融合，兼具mppt控制和s3r控制，二者相互冗余备份，既提高太阳电池阵能源的利用率又增加了系统的鲁棒性；

42、2、本发明所述的一种mppt与s3r融合拓扑电源控制器，mppt硬件控制电路和s3r硬件控制电路能够根据蓄电池电压情况自主切换，又能通过指令强制切换，当其中一个控制模式出现故障时可以通过oc指令强制关闭当前模式并切换至另一个模式；

43、3、本发明所述的一种mppt与s3r融合拓扑电源控制器，常规模式下，当蓄电池电压较低时，工作于mppt模式从而提高太阳电池阵能源利用率，电池电压充满后切换至s3r模式将多余的能量进行分流，防止开路高压对太阳电池阵及控制器产生不利影响；

44、本发明所述的一种mppt与s3r融合拓扑电源控制器，采用纯硬件电路完成mppt及s3r控制，具有响应速度快、鲁棒性强、能源利用率高以及可靠性高的优点。