3.3.5 S4R调节器电路模型
1）系统结构原理
S4R电源功率控制系统的工作原理如图3-27所示。
图3-27 S4R电源功率控制系统工作原理
S4R功率调节控制系统采用串联顺序开关分流调节技术，将太阳能电池阵单元与S4R功率控制模块一一对应，通过逻辑控制使太阳能电池阵输出的功率首先满足航天器负载的需求。其次，功率输出剩余时，太阳能电池阵开始向蓄电池组充电。最后，功率输出仍有剩余，则通过分流技术，消耗最终剩余的能量。S4R电源功率控制系统中，太阳电池单元输出的电能经过二极管D1给负载供电；经过D2和M2对蓄电池进行充电；经过M1进行分流。整个电路的供电充电分流由母线主误差放大器（U1产生）和蓄电池主误差放大器（U3产生）输出的MEA及BEA信号进行控制。由M3、M4和M5组成逻辑控制电路，控制负载供电优先于蓄电池组充电，蓄电池组充电优先于对地分流。
2）线误差放大器
MEA控制逻辑空间电源系统的工作状态有对负载供电、对蓄电池充电、进行分流、蓄电池放电，由母线误差放大信号MEA和蓄电池误差放大器BEA控制。例如，当光照期太阳能电池阵输出功率超出了负载和蓄电池充电的需求时，分流调节器进行分流；随着太阳能电池阵慢慢进入地影期，其输出功率减少，分流调节器逐渐退出分流状态；在完全进入地影期后，太阳能电池不发电，则不分流，不充电，同时，MEA控制蓄电池组通过放电调节器开始放电给负载供电。母线误差放大器在电源控制系统中起着主要作用，以蓄电池电流为基准，各工作状态与MEA误差信号关系如图3-28所示。
图3-28 电流与MEA误差信号关系
A～B区域为地影区，蓄电池通过BDR给负载供电，MEA信号控制BDR进行蓄电池的放电调节，使母线电压稳定在规定范围内。B～C区域为联合供电区，太阳能电池和蓄电池同时向负载供电。C～D区域为光照区，蓄电池放电电流为0，停止给负载供电，太阳能电池恰好满足负载需求。D～E区域为光照区，太阳能电池满足了负载需求，同时，通过BCR给蓄电池充电，但充电电流不满足。E～F区域为光照区，表明太阳能电池满足负载需求，同时，富余的功率恰好满足了蓄电池充电需求。F～O区域为太阳能电池满足负载和蓄电池充电需求，仍有剩余，需要进行分流，通过分流调节器进行分流调节。
3）电源系统工作模式分析
在轻载工作模式下，太阳能电池阵输出功率既满足负载需求，又满足蓄电池充电，并仍有剩余功率进行分流。即前几个太阳能电池单元全额向负载供电，只有一个单元工作在供电/分流状态；后几个太阳能电池单元全额向蓄电池组充电，只有一个单元工作在充电/分流状态；剩余的所有单元均工作在分流状态。轻载工作模式主要发生在卫星生命周期的初、中期。在重载工作模式下，大部分太阳能单元处于负载供电状态，剩余的太阳能单元处于蓄电池充电状态，最多只有一个S4R模块工作在供电/充电/分流三种状态。重载工作模式一般发生在卫星生命周期的末期。下面对不同频率下的重载模式进行分析。
（1）母线调节带宽频率小于蓄电池调节带宽频率（fBW-BUS＜fBW-BCR）。在此情况下，蓄电池充电开关频率受母线反馈控制环的限制，蓄电池误差信号会超出设计值。由于蓄电池充电调节频率高于母线供电调节频率，母线供电时对母线电容充电和放电时间相对较长，根据S4R调节原理，母线电容充电时，蓄电池不能进行充电，此时的BEA信号不能进行充电控制，使得电压变化很大，超出了滞后控制电压的范围。
（2）当母线调节频率大于蓄电池调节频率时（fBW-BUS＞fBW-BCR），由于母线调节频率大于蓄电池调节频率，蓄电池通过反逻辑积分调节BEA信号会逐渐上升到最大值。当达到滞后电路设定值时，蓄电池开始充电，此时蓄电池误差放大器BEA信号在充电电流的作用下开始逐渐下降，但由于母线供电调节频率较高，因此，在BEA电压下降的过程中，又受到母线频率的控制，蓄电池误差放大BEA信号根据S4R控制逻辑控制处于动态调节中，但其整体处于下降趋势不变，直至降到蓄电池充电开关关断为止。