具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的s4r電源控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于太陽(yáng)電池的具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的S4R電源控制方法及裝置，在太陽(yáng)電池陣與S4R電路之間連接最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，采集太陽(yáng)電池陣的輸出功率；將太陽(yáng)電池陣輸出電壓信號(hào)和輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為A/D所能接受的信號(hào)并通過(guò)信號(hào)線與A/D轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端通過(guò)信號(hào)線與單片機(jī)通用數(shù)字輸入口相連，單片機(jī)通用數(shù)字輸出口通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器相連，D/A轉(zhuǎn)換器輸出端通過(guò)信號(hào)線與S4R主誤差放大器相連。將S4R技術(shù)與最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)結(jié)合，提高了太陽(yáng)電池陣?yán)寐剩徊捎贸?jí)電容代替?zhèn)鹘y(tǒng)蓄電池作為儲(chǔ)能元件，太陽(yáng)電池陣工作在最大功率點(diǎn)，提高了電源功率密度。
【專利說(shuō)明】具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的S4R電源控制方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于深空探測(cè)航天器供電電源技術(shù)，具體涉及一種用于太陽(yáng)電池的具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的S4R電源控制方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在深空探測(cè)所面臨的諸多挑戰(zhàn)中，動(dòng)力與能源問(wèn)題極為迫切。現(xiàn)代航天器飛行功率逐漸增加，達(dá)到數(shù)十千瓦，且越來(lái)越多的應(yīng)用在對(duì)近地軌道應(yīng)用，這要求航天器儲(chǔ)能器件能快速重復(fù)充放電。S4R (The Serial Sequential Switching Shunt Regulator)拓?fù)浼夹g(shù)采用高效率低質(zhì)量的開(kāi)關(guān)串聯(lián)調(diào)節(jié)器代替龐大的BCR(Battery Charge Regulator)模塊，初步解決了 S3R(The Sequential Switching Shunt Regulator)功率質(zhì)量比與效率較低的局限性，卻也帶來(lái)了新的問(wèn)題。由于S4R只對(duì)電池電壓低于總線電壓時(shí)的可調(diào)總線系統(tǒng)起作用，并且蓄電池充電時(shí)處于較高的放電深度，因此相比較于帶有BCR的S3R拓?fù)?，S4R拓?fù)渲邢蛐铍姵爻潆姷奶?yáng)電池陣單元將工作在較低的功率點(diǎn)，造成較大的功率浪費(fèi)，并延長(zhǎng)了蓄電池充電時(shí)間。
[0003]對(duì)于深空探測(cè)器而言，其壽命初期和末期所遭受的光強(qiáng)、溫度變化差異較大，如火星探測(cè)器在火星軌道的平均太陽(yáng)光強(qiáng)僅為地球軌道的0.43，且在一個(gè)公轉(zhuǎn)周期內(nèi)光強(qiáng)還有±19%的變化。因此，采用固定參考工作點(diǎn)不能使太陽(yáng)電池陣輸出功率最大。在這種條件下，采用MPPT最大功率跟蹤方式，按照負(fù)載功率需求控制太陽(yáng)電池陣輸出功率，可以最大限度利用太陽(yáng)電池陣輸出功率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種用于太陽(yáng)電池的具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的S4R電源控制方法及裝置，通過(guò)對(duì)S4R型電源的特殊設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有最大功率點(diǎn)跟蹤的功能，所設(shè)計(jì)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器解決了 S4R在充電過(guò)程中太陽(yáng)能電池陣?yán)眯实偷碾y題，超級(jí)電容充放電控制器解決了 S4R充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。
[0006]技術(shù)方案
[0007]—種用于太陽(yáng)電池的具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的S4R電源控制方法，其特征在于步驟如下:
[0008]步驟1:以相等固定時(shí)間間隔t檢測(cè)太陽(yáng)電池陣輸出功率P1，并記錄保存每次檢測(cè)前最近一次的太陽(yáng)電池陣輸出功率PO和每次檢測(cè)前間隔時(shí)間t以內(nèi)的的S4R主誤差放大器參考給定值refO，如果是首次檢測(cè)則設(shè)定PO為零，設(shè)定refO為零；
[0009]步驟2:每次檢測(cè)完后比較Pl與PO，并根據(jù)下式計(jì)算S4R主誤差放大器參考給定值refl，并在下一次檢測(cè)前維持S4R主誤差放大器參考給定值為ref I:
「 ^.(-1, Pl < PO
[0010]Sign = I1, ρι > p0
[0011]0.05Xrefmax < Au < 0.2Xrefmax
jU1Γ(-- < (I
[0012]refl = jreli) + sign x Au, (I < i c'i'l < rd.max
I refmax,refl > refmax
[0013]步驟3:根據(jù)主誤差放大器參考給定值ref 1，S4R將太陽(yáng)電池陣輸出電流按下式變換為加載到負(fù)載上的輸出電壓U:

refl
[0014]U =——,O < K < I
K
[0015]步驟4:S4R將滿足負(fù)載需求后剩余的太陽(yáng)電池陣輸出功率以充電電流形式輸送給超級(jí)電容。
[0016]一種實(shí)現(xiàn)所述方法的S4R電源裝置，包括太陽(yáng)電池陣和S4R電路，其特征在于還包括最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，最大功率點(diǎn)跟蹤控制器的輸入端連接太陽(yáng)電池陣的輸出，采集太陽(yáng)電池陣的輸出功率；最大功率點(diǎn)跟蹤控制器的輸出端連接S4R電路的主誤差放大器的輸入端；所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制器包括檢測(cè)與調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)和D/A轉(zhuǎn)換器；檢測(cè)與調(diào)理電路將太陽(yáng)電池陣輸出電壓信號(hào)和輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為A/D所能接受的信號(hào)并通過(guò)信號(hào)線與A/D轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端通過(guò)信號(hào)線與單片機(jī)通用數(shù)字輸入口相連，單片機(jī)通用數(shù)字輸出口通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器相連，D/A轉(zhuǎn)換器輸出端通過(guò)信號(hào)線與S4R主誤差放大器相連。
[0017]所述S4R電路采用TI公司的LM318或LM311，或IR公司的IRF540。
[0018]有益效果
[0019]本發(fā)明提出的一種用于太陽(yáng)電池的具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的S4R電源控制方法及裝置，在太陽(yáng)電池陣與S4R電路之間連接最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，采集太陽(yáng)電池陣的輸出功率；將太陽(yáng)電池陣輸出電壓信號(hào)和輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為A/D所能接受的信號(hào)并通過(guò)信號(hào)線與A/D轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端通過(guò)信號(hào)線與單片機(jī)通用數(shù)字輸入口相連，單片機(jī)通用數(shù)字輸出口通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器相連，D/A轉(zhuǎn)換器輸出端通過(guò)信號(hào)線與S4R主誤差放大器相連。
[0020]本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)的優(yōu)越性在于:
[0021]1、將S4R技術(shù)與最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)結(jié)合，提高了太陽(yáng)電池陣?yán)寐剩?br> [0022]2、采用超級(jí)電容代替?zhèn)鹘y(tǒng)蓄電池作為儲(chǔ)能元件，太陽(yáng)電池陣工作在最大功率點(diǎn)，提高了電源功率密度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1:本發(fā)明方法流程示意圖
[0024]圖2:本發(fā)明裝置示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0025]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0026]本實(shí)施例的裝置:太陽(yáng)電池陣輸出端與最大功率點(diǎn)跟蹤控制器中的檢測(cè)與調(diào)理電路輸入端相連，檢測(cè)與調(diào)理電路將太陽(yáng)電池陣輸出電壓信號(hào)和輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為A/D所能接受的信號(hào)并通過(guò)信號(hào)線與A/D轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端通過(guò)信號(hào)線與單片機(jī)通用數(shù)字輸入口相連，單片機(jī)通用數(shù)字輸出口通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器相連，D/A轉(zhuǎn)換器輸出端通過(guò)信號(hào)線與S4R主誤差放大器相連；太陽(yáng)電池陣輸出端與S4R功率輸入端相連，S4R功率輸出端與負(fù)載相連，S4R充電輸出端與超級(jí)電容相連。
[0027]本實(shí)施例的裝置中最大功率點(diǎn)跟蹤控制器由TI公司的TMS320F2812與DAC7724芯片組成的最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，S4R由TI公司的LM318，LM311和IR公司的IRF540組成實(shí)現(xiàn)，超級(jí)電容選取為HCC法拉電容93.75F/42V。TMS320F2812內(nèi)部A/D檢測(cè)太陽(yáng)電池陣輸出功率，根據(jù)權(quán)利要求書I的算法計(jì)算出輸出電壓并通過(guò)DAC7724發(fā)送給S4R主電路拓?fù)渲髡`差放大器，由S4R實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)能電池陣輸出電流轉(zhuǎn)換為S4R功率輸出端電壓加載到負(fù)載，并向超級(jí)電容充電。
[0028]本實(shí)施例的控制方法:
[0029]1、以相等固定時(shí)間間隔t檢測(cè)太陽(yáng)電池陣輸出電壓Us和電流I s，根據(jù)P = Us X I s計(jì)算太陽(yáng)電池陣當(dāng)前輸出功率P1，并記錄保存每次檢測(cè)前最近一次的太陽(yáng)電池陣輸出功率PO和每次檢測(cè)前間隔時(shí)間t以內(nèi)的的S4R主誤差放大器參考給定值refO，如果是首次檢測(cè)則設(shè)定PO為零，設(shè)定refO為零，每次檢測(cè)完后比較Pl與PO，根據(jù)下式計(jì)算S4R主誤差放大器參考給定值refl，并在下一次檢測(cè)前維持S4R主誤差放大器參考給定值為refl:
Γ ? , f—I, PKPO
[0030]Ign = I I, P1>P0
[0031]0.05Xrefmax < Au < 0.2Xrefmax
f0,refl < 0
[0032]refl = IrefO + sign x Au, 0 < refl < refmax
I refmax,refl > refmax
[0033]2、S4R將太陽(yáng)電池陣輸出電流按下式變換為加載到負(fù)載上的輸出電壓U:

refl
[0034]U =-, O < K < I

Ιζ
[0035]3、S4R將滿足負(fù)載需求后剩余的太陽(yáng)電池陣輸出功率以充電電流形式輸送給超級(jí)電容。
【權(quán)利要求】
1.一種用于太陽(yáng)電池的具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的S4R電源控制方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:以相等固定時(shí)間間隔t檢測(cè)太陽(yáng)電池陣輸出功率P1，并記錄保存每次檢測(cè)前最近一次的太陽(yáng)電池陣輸出功率PO和每次檢測(cè)前間隔時(shí)間t以內(nèi)的的S4R主誤差放大器參考給定值refO，如果是首次檢測(cè)則設(shè)定PO為零，設(shè)定refO為零； 步驟2:每次檢測(cè)完后比較Pl與PO，并根據(jù)下式計(jì)算S4R主誤差放大器參考給定值refl，并在下一次檢測(cè)前維持S4R主誤差放大器參考給定值為refl:.f_X pi < PO
= I I, FI > PO
0.05 X refmax < Δ u < 0.2 X refmax
i 0, refl <0
refl = IrefO + sign x Au, 0 < refl < refmax
I relVnax,refl > refmax 步驟3:根據(jù)主誤差放大器參考給定值refl，S4R將太陽(yáng)電池陣輸出電流按下式變換為加載到負(fù)載上的輸出電壓U:
refl U = , O <lf < I
K 步驟4:S4R將滿足負(fù)載需求后剩余的太陽(yáng)電池陣輸出功率以充電電流形式輸送給超級(jí)電容。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的S4R電源裝置，包括太陽(yáng)電池陣和S4R電路，其特征在于還包括最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，最大功率點(diǎn)跟蹤控制器的輸入端連接太陽(yáng)電池陣的輸出，采集太陽(yáng)電池陣的輸出功率；最大功率點(diǎn)跟蹤控制器的輸出端連接S4R電路的主誤差放大器的輸入端；所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制器包括檢測(cè)與調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)和D/A轉(zhuǎn)換器；檢測(cè)與調(diào)理電路將太陽(yáng)電池陣輸出電壓信號(hào)和輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為A/D所能接受的信號(hào)并通過(guò)信號(hào)線與A/D轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端通過(guò)信號(hào)線與單片機(jī)通用數(shù)字輸入口相連，單片機(jī)通用數(shù)字輸出口通過(guò)數(shù)據(jù)線與D/A轉(zhuǎn)換器相連，D/A轉(zhuǎn)換器輸出端通過(guò)信號(hào)線與S4R主誤差放大器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的S4R電源裝置，其特征在于:所述S4R電路采用TI公司的LM318 或 LM311，或 IR 公司的 IRF540。
【文檔編號(hào)】G05F1/67GK104317347SQ201410557104
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】鄭光文, 吳小華, 麻夢(mèng)茹, 王明亮 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)