6.1.3 系统的供电
6.1.3.1 电源母线
1)母线的定义
在卫星执行飞行任务期间,卫星电源系统通过电源母线为星载计算机电源系统提供连续稳定的输入电压。母线的类型可分为不调节型母线、半调节型母线和全调节型母线三种。
(1)不调节型母线。其母线电压变化很大,实际上母线电压就是蓄电池组电压,母线的电压是依靠蓄电池组电压钳位的,由于蓄电池组充电电压和放电电压可变20%左右,所以不调节型母线电压变化很大,而且始终处于不稳定状态。
(2)半调节型母线。太阳电池阵输出的电源经调节后,形成稳定的母线电压,供蓄电池组充电和向卫星负载供电。而当卫星进入阴影区,蓄电池组通过隔离二极管向母线供电,不再进行电压调节,母线电压就随着蓄电池组放电电压变化而变化,所以此母线电压在光照期间太阳电池阵能量足够时是稳定的,而进入阴影区则是非稳定状态。
(3)全调节型母线。这一类型的母线配置中既有充电调节又有放电调节和分流调节,不论卫星在何种状态,电源的母线都处于稳定状态,是电源系统中最复杂的一种类型,适用于对母线电压要求较高的卫星。
在星载嵌入式计算机设计中,由于星载嵌入式计算机在执行任务时持续加电,且对稳定性要求较高,因此通常采用全调节型母线作为供电来源。
2)母线的特征
母线电压范围一般根据设计任务要求选定,不调节型母线和半调节型母线电压一般取决于蓄电池组的电压,对于全调节型母线电压推荐为28 V、42 V、100 V三种,其中28 V为低压型、42 V为中压型、100 V为高压型。对于星载嵌入式计算机,通常选用28 V或42 V低中压型母线,对于调节母线电压,电压调节精度应优于2%。
可调节母线电压在输出端测量,额定阻性负载功率输出条件下,纹波电压的峰-峰值不应高于标称母线电压的1.0%。
当母线负载接通瞬间时,母线应能提供动态电流特性如下:
(1)最大斜率:105A/s。
(2)持续时间:1 ms。
(3)幅度:最大动态峰值电流不超过额定电流的1.5~2.0倍。
以上动态峰值电流引起的母线电压变化量应小于额定电压的5%,当动态峰值电流消失后母线电压的恢复时间应小于10 ms。当母线输出电流从空载跃变至50%额定电流或从50%额定电流跃变至空载时,母线电压变化量应小于额定电压的6%,恢复时间小于20 ms。当母线输出电流从50%额定电流跃变至100%额定电流,或者额定电流从100%额定电流跃变至50%额定电流时,母线电压变化量应小于额定电压的6%,恢复时间小于10 ms。通过选用高速高频器件减少反馈控制环节、增加反馈控制速度等方法提高母线电源动态特性。
6.1.3.2 供电方式
卫星采用分散式供配电系统,整星的配电器将42 V母线和28 V供电通过电源母线分配给星载嵌入式计算机,星载嵌入式计算机电源系统再将一次电源分配给相应内部部件。整星的配电针对不同情况提供直供电、控制供电等两种配电方式。供电方式原理如图6- 1所示。
图6-1 供电方式原理图
(1)直供电。由卫星配电器将一次电源分配给星载计算机,为直供电形式。
(2)控制供电。分系统供电从电源控制器或电源变换器一次电源母线引出,直接分配给分系统的配电器(或起配电作用的某设备),分系统的配电器经过配电控制,最后分配给星载计算机。