立方星电源系统设计与试验

发布时间：2017-11-22 05:07

  本文关键词：立方星电源系统设计与试验

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【摘要】：电源系统作为立方星的关键系统,担负着星上能源的获取、存储和分配任务,是保证其他子系统正常工作的基础。本文提出一种基于最大功率点跟踪(Maximum power point tracking, MPPT)技术的立方星电源系统设计方案。采用三结砷化镓(Tri-Junction GaInP2/GaAs/Ge)太阳电池作为星上能量来源,选用18650锂离子电池作为储能电源,利用软件算法实现基于变步长扰动观察法的MPPT模块设计,同时采用商用集成器件实现电压转换和过流保护电路。根据电源系统可靠性设计要求,分别从MPPT转换器、电池组、过流保护电路以及微控制器等方面进行可靠性设计,同时实现了电源系统的自我管理和控制,提高系统可靠性。根据上述方案研制出电源系统原理样机并对其进行了相关测试,测试结果表明MPPT模块跟踪精度达到2%,具有良好的稳定性和动态跟踪效果；电源转换模块综合转换效率能够达到90%,最高可达95%；短路保护输出电路能够实现快速短路保护,提高了对外输出的可靠性；软件过流保护能够实现200ms级别的过流保护响应,同时实现了输出端口的智能管理。为测试该电源系统是否满足NJUST-1立方星的在轨应用,利用Simulink对电源系统建模并进行能源平衡仿真,仿真结果得到正常模式能够实现能源平衡,且存在一定裕量,而载荷模式不能实现能源平衡,因此需要通过系统管理保证周期性工作。同时搭建了半物理仿真平台,利用太阳方阵模拟器模拟在轨电池阵输出并接入了电源系统原理样机,测试结果同Simulink仿真结果相符合,表明按照当前设计,整星在轨可以实现长期稳定运行。上述结果表明该电源系统符合低成本、高效率、低能耗的设计要求,满足立方星的应用需求。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V442

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本文编号：1213554