基于 MPPT 功能的星载电源系统设计与实现
立方星星载电源系统是卫星最为关键的子系统之一。电源系统的功能是采集
卫星太阳能电池板产生的电能,并对电能进行转换、存储和分配来为立方星各分
系统提供电源。本设计采用基于 MPPT 功能的立方星星载电源系统,可有效采
集太阳能并通过 MPPT 电压转换器实现电压输出,并储能于锂离子电池,通过
三种不同输出电压的 DC/DC 转换进行能量输送于立方星的用电终端。同时除立
方星外,此方案可用于其他类型航天器的在轨电源控制,管理其太阳电池板的工
作。
标签:MPPT 功能;立方星;星载电源
一、设计背景
立方星目前应用广泛,其拥有的体积小、重量轻、投资与运营成本低、研制
周期短与应用最新技术等诸多优点,使其在空间技术中发展良好并拥有很大的发
展潜力。在太阳能布片面积紧张的情况下,对电源系统提出了更高的要求,这就
需要微小卫星电源系统在资源有限的情况下,采用更高效率的器件与运作方式,
使用更先进的电路技术,真正实现性能高、重量轻和体积小的目标,这也是微小
卫星优化设计的必然趋势。
因此本设计考虑使用具有 MPPT 功能的转换器对太阳能输入进行转换,对
卫星电源系统进行充电管理,从而对卫星电源控制进行优化。其中 MPPT 系统
是一个非耗散性分系统,它严格按航天器的需要输出功率,最大输出时可达太阳
能电池阵峰值功率。同时它能根据太阳能电池阵的输出动态的改变工作点,而在
能量需求超过峰值功率时跟踪峰值工作点,之后转换器再以不同的电压和电流将
输入功率转化为相应的输出功率。从而使本设计做到有效利用太阳能资源,在太
空环境多变的情况下对于微小卫星电源系统提高效率具有优势。
二、设计目的
本设计采用基于 MPPT 功能的立方星星载电源系统,可有效采集太阳能并
通过 MPPT 电压转换器实现电压输出,并储能于锂离子电池,通过三种不同输
出电压的 DC/DC 转换进行能量输送于立方星的用电终端。
系统原理框图如图 1 所示。
本系统旨在实现以下功能:
1.电压输入:输入电压(也即太阳板输出电压)范围6V~12V,每路最大输
入电流 3A;
2.电压输出:单路 5V 直接输出,最大电流 3A,有硬件过流保护;单路 3.3V