微小卫星电源系统及相关地面试验设备的研究

摘要

微纳技术(MNT)和微电子机械系统(MEMS)技术的发展为投资成本低、研制周期短、功能密度高的微小型航天器的发展提供了契机。浙江大学研制的ZDPS-1A卫星在轨运行一年多的结果表明,其电源系统功能正常,性能良好,但也尚存一些不足之处。本课题在ZDPS-1A卫星电源系研制经验的基础上,针对某型号微小卫星的具体任务要求,提出了一种小型、高效、长寿命、高可靠性的电源系统设计方案。此方案采用经过ZDPS-1A卫星在轨验证的国内效率最高的三结砷化镓太阳能电池作为一次能源,采用锂离子电池作为二次能源,采用高效率工业级器件完成功率变换和分配电路。在电路拓扑结构上,选择了MPPT代替在ZDPS-1A上应用的DET结构,以提高太阳能电池的能量利用率,并对MPPT进行了软硬件设计和初步测试。提高了ZDPS-1A上工作不理想的分流模块的分流能力和加入了模块的控制功能。根据某型号微小卫星的具体参数,建立了电源系统仿真模型,对比分析了MPPT结构和DET结构下的太阳能电池能量利用率,并得到了采用MPPT结构下,某型号微小卫星太阳能电池面积和卫星能量平衡的关系。
　　 同时,为了满足卫星能量平衡半实物仿真的要求,设计以及实现了一个适合于微小卫星地面试验应用的太阳能电池模拟装置。此装置具有恒压输出、恒流输出和模拟输出三种工作方式,利用降压型DC／DC芯片和数字电位器实现了低功耗的功率输出电路。测试结果表明,系统恒压输出误差<2.6％,纹波<200 mV；恒流输出误差<2％；模拟输出误差<5.62％。