学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

微小卫星电源系统及相关地面试验设备的研究

作　者: 丁立聪
导　师: 金仲和；金小军；王春晖
学　校: 浙江大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 微小卫星 ZDPS-1A 电源系统 MPPT 太阳能电池模拟装置
分类号: V416.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 40次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

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%。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目次  7-10
图目录  10-13
表目录  13-14
第1章绪论  14-24
  1.1 引言  14-15
  1.2 微小卫星发展现状  15-17
  1.3 微小卫星电源系统发展现状  17-22
    1.3.1 电源系统重要部件的发展  17-18
    1.3.2 电源系统拓扑结构  18-22
  1.4 本论文的工作  22-23
  1.5 本论文创新点  23-24
第2章 ZDPS-1A卫星电源系统在轨性能研究  24-36
  2.1 本章引言  24
  2.2 ZDPS-1A电源系统简介  24-26
    2.2.1 系统构成  25
    2.2.2 工作原理简介  25-26
    2.2.3 系统关键指标  26
  2.3 ZDPS-1A电源系统在轨性能测试  26-31
    2.3.1 太阳能电池在轨试验  26-29
    2.3.2 锂离子电池在轨试验  29
    2.3.3 负载功率在轨试验  29-30
    2.3.4 能量平衡评估  30-31
  2.4 ZDPS-1A电源系统故障分析  31-34
    2.4.1 锂离子电池性能下降分析  32-33
    2.4.2 母线电压过高分析  33-34
    2.4.3 ZDPS-1A电源系统不足总结  34
  2.5 本章小结  34-36
第3章某型号微小卫星电源系统设计  36-60
  3.1 本章引言  36
  3.2 需求、指标和难点  36-39
    3.2.1 需求分析  36-38
    3.2.2 总体设计指标  38
    3.2.3 设计难点  38-39
  3.3 能量平衡仿真初步  39-44
    3.3.1 模型建立  39-40
    3.3.2 仿真分析  40-42
    3.3.3 结论  42-44
  3.4 总体设计  44-45
  3.5 模块设计  45-57
    3.5.1 太阳能电池阵模块  45-48
    3.5.2 锂离子蓄电池模块  48-51
    3.5.3 最大功率追踪模块  51-52
    3.5.4 分流模块  52-54
    3.5.5 继电器开关模块  54-55
    3.5.6 功率分配模块  55-56
    3.5.7 限流/防短路模块  56
    3.5.8 电源监测模块  56-57
  3.6 其他设计考量  57-59
    3.6.1 分步启动设计  57-58
    3.6.2 高效率、可靠性设计  58-59
    3.6.3 针对ZDPS-1A电源系统的改进  59
  3.7 本章小结  59-60
第4章最大功率追踪模块设计  60-70
  4.1 本章引言  60-61
  4.2 MPPT原理及算法  61-63
    4.2.1 MPPT工作原理  61
    4.2.2 MPPT算法  61-63
  4.3 系统设计  63-66
    4.3.1 硬件设计  63-65
    4.3.2 软件设计  65-66
  4.4 系统测试初步  66-68
    4.4.1 测试平台  66
    4.4.2 电压定点测试  66-68
  4.5 本章小结  68-70
第5章太阳能电池模拟装置设计和实现  70-90
  5.1 本章引言  70
  5.2 太阳能电池数学模型分析  70-76
    5.2.1 太阳能电池输出特性  70-72
    5.2.2 太阳能电池数学模型  72-75
    5.2.3 太阳能电池模拟装置工作点计算  75-76
  5.3 系统设计  76-82
    5.3.1 硬件设计  76-79
    5.3.2 软件设计  79-82
  5.4 系统测试  82-89
    5.4.1 恒压模式测试  82-85
    5.4.2 恒流模式测试  85-87
    5.4.3 模拟输出模式测试  87-89
  5.5 本章小结  89-90
第6章总结和展望  90-94
参考文献  94-98
作者简介  98

微小卫星电源系统及相关地面试验设备的研究

内容摘要

全文目录

相似论文