本發(fā)明涉及航天領(lǐng)域，尤其涉及用于衛(wèi)星在軌太陽(yáng)電池光伏輸出特性的測(cè)試。
背景技術(shù)：
1、衛(wèi)星的能源供給主要采用三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池，使得衛(wèi)星研制成本較高。為了降低衛(wèi)星研制成本，本領(lǐng)域技術(shù)人員開(kāi)始尋求新型太陽(yáng)電池替代原有三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池。
2、對(duì)于新研制的新型太陽(yáng)電池(稱(chēng)作新型太陽(yáng)電池sas)，本領(lǐng)域技術(shù)人員并不了解其在軌(光伏)輸出特性，不知其是否符合衛(wèi)星能源供給的需求，并不能直接將其替代原有三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池。因此，在采用新型太陽(yáng)電池替代原有三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池之前，本領(lǐng)域技術(shù)人員需要先對(duì)新型太陽(yáng)電池的在軌光伏輸出特性進(jìn)行全面采集、測(cè)試和分析。
3、傳統(tǒng)太陽(yáng)電池在軌光伏輸出特性的采集測(cè)試系統(tǒng)，主要依賴衛(wèi)星內(nèi)電源控制器來(lái)執(zhí)行太陽(yáng)電池在軌光伏輸出特性的采集，因太陽(yáng)電池的電路受整星一次母線或蓄電池電壓的上下限限制而導(dǎo)致太陽(yáng)電池在軌光伏輸出特性的采集區(qū)域不能完全涵蓋整個(gè)太陽(yáng)電池的光伏特性曲線，以傳統(tǒng)航天中的det(direct?energy?transfer)為例，太陽(yáng)電池工作區(qū)間受限于母線電壓而被鉗位，在軌光伏輸出特性的可采集(測(cè)試)區(qū)域無(wú)法全范圍覆蓋太陽(yáng)電池i-v曲線。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提出了用于衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試的電路系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的太陽(yáng)電池在軌光伏輸出特性的測(cè)試系統(tǒng)所存在的因太陽(yáng)電池的電路受整星一次母線或蓄電池電壓的上下限限制，而導(dǎo)致太陽(yáng)電池在軌光伏輸出特性的采集區(qū)域不能完全涵蓋整個(gè)太陽(yáng)電池的光伏特性曲線的問(wèn)題。
2、本發(fā)明所述的用于衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試的電路系統(tǒng)，所述電路系統(tǒng)包括功率電阻rf、功率耗散電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、模擬量采集電路、環(huán)路控制電路以及驅(qū)動(dòng)電路；
3、所述功率耗散電路包括功率mos管，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)新型太陽(yáng)電池sas的負(fù)載調(diào)整及功率耗散；所述功率mos管的漏極與新型太陽(yáng)電池sas的正電壓極連接，其源極通過(guò)功率電阻rf與新型太陽(yáng)電池sas的負(fù)電壓極連接并接地；
4、所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括溫度轉(zhuǎn)換單元、電壓轉(zhuǎn)換單元以及電流轉(zhuǎn)換單元；
5、所述溫度轉(zhuǎn)換單元用于遠(yuǎn)端采集新型太陽(yáng)電池sas的溫度，轉(zhuǎn)換成與新型太陽(yáng)電池sas的溫度成線性比例關(guān)系的模擬量參數(shù)，并發(fā)送到模擬量采集電路的溫度采集通道；
6、所述電壓轉(zhuǎn)換單元用于遠(yuǎn)端采集新型太陽(yáng)電池sas的兩端電壓，轉(zhuǎn)換成與新型太陽(yáng)電池sas的兩端電壓成線性比例關(guān)系的模擬量參數(shù)，并發(fā)送到模擬量采集電路的電壓采集通道；
7、所述電流轉(zhuǎn)換單元用于采集新型太陽(yáng)電池sas的輸出電流，并轉(zhuǎn)換成與新型太陽(yáng)電池sas的輸出電流成線性比例關(guān)系的模擬量參數(shù)；所述電流轉(zhuǎn)換單元包括差分放大器；所述電流轉(zhuǎn)換單元的差分放大器的輸入端子跨接在功率電阻rf兩端，輸出端連接至模擬量采集電路的電流采集通道；
8、所述模擬量采集電路用于將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路采集的模擬量參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，包括新型太陽(yáng)電池sas的溫度數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；
9、所述環(huán)路控制電路用于提供動(dòng)態(tài)調(diào)整的基準(zhǔn)電壓ref，計(jì)算基準(zhǔn)電壓ref和電流轉(zhuǎn)換單元輸出的與新型太陽(yáng)電池sas的輸出電流成線性比例關(guān)系的模擬量參數(shù)的差值，對(duì)計(jì)算的差值進(jìn)行比例積分運(yùn)算獲得控制信號(hào)；
10、所述驅(qū)動(dòng)電路包括圖騰柱電路，用于對(duì)環(huán)路控制電路輸出的控制信號(hào)進(jìn)行推挽放大，獲得雙向驅(qū)動(dòng)電流作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率耗散電路的功率mos管工作在可變化的負(fù)載區(qū)間。
11、進(jìn)一步的，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述溫度轉(zhuǎn)換單元包括分壓電阻r7、ntc熱敏電阻r8與差分放大器；
12、所述ntc熱敏電阻r8貼附于新型太陽(yáng)電池sas表面，其阻值隨新型太陽(yáng)電池sas表面溫度升高而下降；
13、所述ntc熱敏電阻r8與分壓電阻r7串聯(lián)構(gòu)成分壓電路，所述分壓電路產(chǎn)生分壓信號(hào)經(jīng)差分放大器轉(zhuǎn)換為與新型太陽(yáng)電池sas表面溫度成反比的線性電壓；所述差分放大器的輸出端連接至模擬量采集電路的溫度采集通道。
14、進(jìn)一步的，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述環(huán)路控制電路包括可控基準(zhǔn)ref模塊和二階補(bǔ)償pi控制器；所述二階補(bǔ)償pi控制器包括運(yùn)算放大器u1、同相端輸入電阻r4、反相端輸入電阻r5、串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)以及高頻濾波電容c2；
15、所述可控基準(zhǔn)ref模塊為d/a轉(zhuǎn)換，用于提供基準(zhǔn)電壓ref輸入運(yùn)算放大器u1的同相輸入端；所述基準(zhǔn)電壓ref對(duì)應(yīng)于新型太陽(yáng)電池sas的期望電流值；
16、所述同相端輸入電阻r4串聯(lián)于d/a轉(zhuǎn)換輸出端與運(yùn)算放大器u1的同相輸入端之間；
17、所述反相端輸入電阻r5串聯(lián)于電流轉(zhuǎn)換單元的輸出端與運(yùn)算放大器u1的反相輸入端之間；
18、同相端輸入電阻r4和反相端輸入電阻r5用于優(yōu)化運(yùn)算放大器u1的直流工作點(diǎn)，減少運(yùn)算放大器u1的偏置電流同時(shí)對(duì)運(yùn)算放大器u1的輸入提供保護(hù)限流；
19、所述串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由電阻r6與電容c1串聯(lián)組成；串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在運(yùn)算放大器u1的反相輸入端與輸出端之間，構(gòu)成超前-滯后補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；其中，電阻r6用于提供零點(diǎn)補(bǔ)償以提升相位裕度，電容c1用于引入極點(diǎn)補(bǔ)償以抑制高頻振蕩；
20、所述高頻濾波電容c2并聯(lián)在運(yùn)算放大器u1的反相輸入端與輸出端之間，用于濾除高頻噪聲，增強(qiáng)環(huán)路抗干擾能力；
21、所述運(yùn)算放大器u1用于實(shí)現(xiàn)誤差放大與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，計(jì)算基準(zhǔn)電壓ref和電流轉(zhuǎn)換單元輸出的與新型太陽(yáng)電池sas的輸出電流成線性比例關(guān)系的模擬量參數(shù)的差值，對(duì)計(jì)算的差值進(jìn)行比例積分運(yùn)算獲得控制信號(hào)。
22、進(jìn)一步的，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述驅(qū)動(dòng)電路包括npn晶體管q1、pnp晶體管q2、上拉電阻r1、柵極串聯(lián)電阻r2以及電源vyk；
23、所述npn晶體管q1與所述pnp晶體管q2組成互補(bǔ)推挽結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動(dòng)電流；
24、所述npn晶體管q1作為上臂驅(qū)動(dòng)管，用于在環(huán)路控制電路輸出的控制信號(hào)為高電平時(shí)導(dǎo)通，向功率耗散電路提供正向驅(qū)動(dòng)電流；
25、所述pnp晶體管q2作為下臂驅(qū)動(dòng)管，用于在環(huán)路控制電路輸出的控制信號(hào)為低電平時(shí)導(dǎo)通，快速釋放柵極電荷實(shí)現(xiàn)關(guān)斷；
26、所述上拉電阻r1連接于npn晶體管q1集電極與電源vyk之間，用于限制npn晶體管q1導(dǎo)通時(shí)的最大驅(qū)動(dòng)電流，防止過(guò)沖損壞功率mos管；
27、所述柵極串聯(lián)電阻r2位于驅(qū)動(dòng)電路輸出端與功率耗散電路之間，用于抑制功率mos管柵極回路的高頻振蕩，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)速度。
28、進(jìn)一步的，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述功率耗散電路包括功率mos管q3和柵極下拉電阻r3；
29、所述柵極下拉電阻r3并聯(lián)于功率mos管q3的柵極和源極之間，用于確保驅(qū)動(dòng)信號(hào)消失時(shí)功率mos管q3可靠關(guān)斷，防止誤觸發(fā)；
30、所述功率mos管q3用于通過(guò)調(diào)節(jié)其導(dǎo)通阻抗改變新型太陽(yáng)電池sas的負(fù)載特性，實(shí)現(xiàn)i-v曲線遍歷。
31、本發(fā)明還提出了衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試方法，所述測(cè)試方法采用上述任意一項(xiàng)所述用于衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試的電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；
32、所述測(cè)試方法包括以下步驟：
33、步驟s1：根據(jù)給定的i-v掃描策略，生成對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓ref；所述對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓ref用于輸入用于衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試的電路系統(tǒng)，改變新型太陽(yáng)電池sas的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制與i-v曲線遍歷；
34、步驟s2：獲取每個(gè)基準(zhǔn)電壓ref對(duì)應(yīng)的新型太陽(yáng)電池sas的溫度數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)，生成完整的i-v曲線。
35、本發(fā)明還提出了衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試裝置，所述測(cè)試裝置采用上述任意一項(xiàng)所述用于衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試的電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；
36、所述測(cè)試裝置包括以下模塊：
37、模塊s1：根據(jù)給定的i-v掃描策略，生成對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓ref；所述對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓ref用于輸入用于衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試的電路系統(tǒng)，改變新型太陽(yáng)電池sas的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制與i-v曲線遍歷；
38、模塊s2：獲取每個(gè)基準(zhǔn)電壓ref對(duì)應(yīng)的新型太陽(yáng)電池sas的溫度數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)，生成完整的i-v曲線。
39、本發(fā)明還提出了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)所述處理器的可執(zhí)行指令，所述處理器配置為經(jīng)由執(zhí)行所述可執(zhí)行指令來(lái)執(zhí)行上述的衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試方法。
40、本發(fā)明還提出了一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行上述的衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試方法。
41、本發(fā)明還提出了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試方法的步驟。
42、本發(fā)明有以下有益效果：
43、本發(fā)明所述的用于衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試的電路系統(tǒng)，可獨(dú)立于衛(wèi)星內(nèi)電源控制器實(shí)現(xiàn)在軌光伏輸出特性的采集區(qū)域?qū)μ?yáng)電池i-v曲線的全面遍歷，對(duì)新型太陽(yáng)電池在軌數(shù)據(jù)的掌握與分析具有重要的意義。
44、本發(fā)明所述的用于衛(wèi)星太陽(yáng)電池光伏輸出特性測(cè)試的電路系統(tǒng)，適用于太陽(yáng)電池在軌光伏輸出特性的采集。