一種衛(wèi)星太陽電池陣在軌測(cè)試電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星太陽電池陣在軌測(cè)試電路，屬于衛(wèi)星太陽電池陣測(cè)試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有各衛(wèi)星均采用了太陽電池陣結(jié)合蓄電池組的聯(lián)合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。太陽電池陣作為衛(wèi)星的發(fā)電設(shè)備，為衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)提供太陽能向電能的轉(zhuǎn)換。由于在太空中運(yùn)行時(shí)會(huì)受到諸如空間離子輻照衰減因子、紫外輻照衰減因子、微流體碰撞和冷熱交變等因素影響的衰減因子的影響，太陽電池陣的在軌功率會(huì)有所衰減。此外地球反照和星體遮擋也會(huì)影響太陽電池陣的在軌功率。
[0003]太陽電池陣輸出功率在軌測(cè)試結(jié)果可以為衛(wèi)星設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確的在軌實(shí)測(cè)依據(jù)，為衛(wèi)星在軌使用提供詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù)保障。從在軌數(shù)據(jù)分析得到的衰降系數(shù)，為長(zhǎng)壽命衛(wèi)星設(shè)計(jì)時(shí)太陽陣設(shè)計(jì)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，尤其在衛(wèi)星壽命要求越來越長(zhǎng)時(shí)，精確可靠的太陽陣在軌數(shù)據(jù)分析更為重要。
[0004]現(xiàn)有衛(wèi)星無針對(duì)IV曲線的專用在軌測(cè)試電路，而是利用現(xiàn)有的太陽電池陣電流、母線電壓和太陽電池陣溫度遙測(cè)等(如圖1所示)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，該方法利用在太陽電池陣輸出段采到的太陽電池陣輸出電流，在一次電源母線采到的母線電壓以及在太陽電池陣上布置的熱敏電阻采集相關(guān)遙測(cè)。當(dāng)太陽光照射在太陽電池陣上時(shí)，微處理器采集太陽電池陣電流、母線電壓和太陽電池陣溫度等遙測(cè)打包成遙測(cè)包，每Is傳送至通信模塊，通過星上處理模塊、星地通信單元傳至地面。地面人員根據(jù)在軌不同模式下的太陽電池陣電流遙測(cè)數(shù)據(jù)、溫度遙測(cè)數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，通過歸一化方法剔除入射角、日地距離因子等對(duì)太陽電池陣的影響，從而得到衰降系數(shù)。
[0005]綜上所述，完整的IV曲線(如圖2所示)應(yīng)該包括從開路電壓點(diǎn)直到短路電流點(diǎn)的全部數(shù)據(jù)。而現(xiàn)有方法的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)少，工作點(diǎn)的電壓電流基本穩(wěn)定不變，得到數(shù)據(jù)僅僅是IV曲線上孤立的幾個(gè)點(diǎn)，不能直觀、全面地反映整條太陽電池的IV曲線，更無法提供定量分析所太陽電池陣性能衰降需要的全部數(shù)據(jù)。
[0006]圖5中橫坐標(biāo)是太陽電池陣輸出電壓，縱坐標(biāo)是太陽電池陣輸出電流，虛線是整條IV曲線示意圖，圓點(diǎn)部分是在軌太陽電池陣輸出電壓電流數(shù)據(jù)。圖5中根據(jù)現(xiàn)有方法得到的測(cè)量結(jié)果，不是一條完整的測(cè)試曲線，而是太陽電池陣工作在一次母線電壓時(shí)的工作點(diǎn)電壓電流，隨著負(fù)載變化而小幅變化。因?yàn)橐淮文妇€電壓被電源控制器調(diào)控在28.5V±1V范圍內(nèi)，圖5中M所指向范圍即是太陽電池陣輸出電壓在28.5V ± IV范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)應(yīng)的部分曲線在IV曲線上的位置。該部分曲線僅僅是整條IV曲線的一部分，無法顯示短路電流、開路電壓的變化，更無法顯示太陽電池陣隨溫度、在軌壽命等變化導(dǎo)致的IV曲線的整體漂移。如當(dāng)溫度變化時(shí)，IV曲線恒流段將變短，同時(shí)開路電壓點(diǎn)左移，但由于太陽電池陣設(shè)計(jì)時(shí)確保了工作點(diǎn)能在不同溫度下均工作在恒流段，則圖5中的M代表的數(shù)據(jù)無法表示IV曲線的左移。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種衛(wèi)星太陽電池陣在軌測(cè)試電路，實(shí)時(shí)獲取太陽電池陣在軌變化數(shù)據(jù)，得到的IV曲線(圖3)可以反映涵蓋短路電流、開路電壓、工作點(diǎn)電壓/電流全部參數(shù)，直觀評(píng)估太陽電池陣在軌性能，獲得長(zhǎng)期在軌飛行的衰減數(shù)據(jù)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種衛(wèi)星太陽電池陣在軌測(cè)試電路，包括太陽電池陣、星上電子設(shè)備、星上信息處理單元、星地通信單元。
[0009]太陽電池陣包括第一太陽電池陣、第二太陽電池陣。
[0010]星上電子設(shè)備，包括開關(guān)切換電路、測(cè)溫電路、IV測(cè)試電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器、通信模塊。
[0011]其中IV測(cè)試電路包括電壓采集電路、電流采集電路、負(fù)載調(diào)節(jié)電路。
[0012]外部星上用電設(shè)備通過一次電源母線和第一太陽電池陣串聯(lián)。
[0013]衛(wèi)星在軌工作時(shí)，第一太陽電池陣受太陽光照射后向一次電源母線供電，第二太陽電池陣受太陽光照射后，在切換開關(guān)電路的控制下向一次電源母線供電，切換開關(guān)電路的初始狀態(tài)為將第二太陽電池陣連接在一次電源母線上，即切換開關(guān)電路的初始狀態(tài)實(shí)現(xiàn)第一太陽電池陣和第二太陽電池陣均向一次電源母線供電；
[0014]切換開關(guān)電路在初始狀態(tài)時(shí)，電流采集電路通過開關(guān)切換電路從第二太陽電池陣采集到的電流為0，相應(yīng)電壓采集電路采集到的電壓為0，測(cè)溫電路采集第二太陽電池陣的溫度，將溫度轉(zhuǎn)換為電壓值并將該電壓值變換為O?5V模擬量No傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓Vo轉(zhuǎn)換為數(shù)字量Dl，然后送至微處理器；
[0015]當(dāng)通信模塊收到來自星上信息處理單元發(fā)送的IV測(cè)試電路接通指令時(shí)，微處理器向切換開關(guān)電路發(fā)出指令脈沖，將切換開關(guān)電路切換為測(cè)試狀態(tài)，切換開關(guān)電路在測(cè)試狀態(tài)時(shí)，第二太陽電池陣接入到IV測(cè)試電路中的電流采集電路，此時(shí)第二太陽電池陣，即測(cè)試太陽陣，連接到IV測(cè)試電路中，給負(fù)載調(diào)節(jié)電路供電。
[0016]電壓采集電路采集從初始狀態(tài)切換到測(cè)試狀態(tài)下之后，第二太陽電池陣的電壓Vin，即在第二太陽電池陣剛剛連接到IV測(cè)試電路的瞬間為起始時(shí)刻，Vin從OV開始逐漸升高，直至負(fù)載調(diào)節(jié)電路充電結(jié)束，此時(shí)Vin升高到最大電壓值，該最大電壓值即為第二太陽電池陣的開路電壓；
[0017]從初始狀態(tài)切換到測(cè)試狀態(tài)下之后，電流采集電路采集第二太陽電池陣的電流Iin，即在第二太陽電池陣剛剛連接到IV測(cè)試電路的瞬間為起始時(shí)刻，Iin從最大值，即第二太陽電池陣的短路電流，開始減小，直至負(fù)載調(diào)節(jié)電路充電結(jié)束，此時(shí)Iin減小到O ;
[0018]從初始狀態(tài)切換到測(cè)試狀態(tài)下之后，電壓采集電路將OV到最大電壓值的Vin變換為O?5V模擬量Vout傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓Vout轉(zhuǎn)換為數(shù)字量D2，送至微處理器；電流采集電路采集負(fù)載調(diào)節(jié)電路中的電流，將該電流值變換為O?5V模擬量傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將該模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量D3 ;測(cè)溫電路采集第二太陽電池陣的溫度，將溫度轉(zhuǎn)換為電壓值并將其該電壓值變換為O?5V模擬量No傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓Vo轉(zhuǎn)換為數(shù)字量Dl，然后送至微處理器；
[0019]微處理器，發(fā)出指令脈沖，將切換開關(guān)電路從初始狀態(tài)切換為測(cè)試狀態(tài)時(shí)開始計(jì)時(shí)，微處理器在每個(gè)程序周期內(nèi)將數(shù)字量Dl、D2、D3組成設(shè)備遙測(cè)包，然后通過通信模塊發(fā)送給星上信息處理單元；
[0020]星上信息處理單元識(shí)別判斷該設(shè)備遙測(cè)包，然后通過星地通信單元發(fā)送給地面測(cè)試設(shè)備，地面測(cè)試設(shè)備收到該設(shè)備遙測(cè)包后，解碼得到該太陽電池陣測(cè)試狀態(tài)下的溫度、輸出電壓、輸出電流，選取多個(gè)溫度下，采集到的溫度、輸出電壓、輸出電流中的連續(xù)數(shù)據(jù)，繪制該太陽電池陣的IV曲線。
[0021]所述每個(gè)程序周期為Is。
[0022]所述選取的多個(gè)溫度包括0°C，20°C，60°C，90°C。
[0023]所述測(cè)溫電路包括熱敏電阻RT和分壓電阻R5，測(cè)溫電路的分壓電阻R5 —端與+5V電壓輸入相連，分壓電阻R5的另一端，作為測(cè)溫電路的輸出端Vo，與熱敏電阻RT的一端相連，熱敏電阻RT的另一端與信