[发明专利]用于微小卫星地面试验应用的太阳能电池模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及航天器件模拟领域和程控电源领域，尤其涉及适用于微小卫星地面试验应用的太阳能电池模拟装置。

背景技术

微小卫星是指质量在100Kg以下的卫星，其供电部分一般由太阳能电池和蓄电池构成。由于航天太阳能电池造价昂贵、地面试验条件(如地面光照条件受天气影响严重)等因素，需要有一种能够模拟太阳能电池输出的电源来代替太阳能电池，以降低卫星的研制费用和缩短卫星的研制周期。

如图1所示，现有技术的针对微小卫星地面试验应用的太阳能电池模拟装置由计算机、母板和子板构成，计算机通过标准计算机数据接口分别与各个母板相连，每一个母板又分别与对应的各个子板相连。计算机向母板传送指令，母版接收到指令后传给相应的子板，子板将数据传给母板，再由母板传送给计算机，由计算机软件进行显示。如图2所示，现有技术的子板由MCU(Micro Control Unit，微控制器，又称单片机)、DAC(Digital to Analog Convertor，数模转换器)、压控恒流源电路、ADC(Analog to Digital Convertor，模数转换器)、保护电路构成，MCU与母板相连且MCU的输出端和DAC相连，DAC的输出端和压控恒流源电路输入端相连，压控恒流源电路输出端分别和ADC以及保护电路输入端相连，ADC输出端和MCU输入端相连。但是，现有技术的太阳电池模拟装置有三个缺点：第一，现有技术的太阳电池模拟装置包括多个母板，每一个母板又对应多个子板，电路板结构复杂，而且安装时时需要进行组装，安装效率低。第二，每块子板上都有一片MCU，相对于用一块MCU来控制所有的子板，未充分利用MCU资源，器件资源利用率低。第三，现有技术的太阳能电池模拟装置的压控恒流源电路主要由功率放大器(PA，Power Amplifier)构成(如达林顿管)，由于PA的效率较低，导致，现有技术的太阳能电池模拟装置的能量转换效率低、能量利用率低。其功率输出能力在10W以内，应用于瓦级别的卫星地面试验尚可，如果卫星功耗增大至十瓦的量级，必然导致自身发热量过大，需有较好的散热系统进行协同工作。

此外，目前市场上也有能够模拟太阳能电池输出的仪器，但是这些模拟太阳能电池输出的仪器具有下述缺点：首先，此类仪器一般针对地面太阳能电池发电研制，价格昂贵，功能复杂，功率大，在一小段功率范围内精度低，不适合功耗为几十瓦的微小卫星应用。其次，此类仪器接口有限，一台仪器一般不能满足体装式卫星需求的多路太阳能电池的输出的需求。最后，此类仪器一般不能模拟卫星在轨时各个面光照强度和温度不断变化的情况。对微小卫星的研究来说，与之相配合的试验装置的小型化、高可靠性和强针对性有利于其的试验的进行，综上所述，现有技术下的模拟装置在应用于微小卫星的地面实验上都存在不足，不能满足用于微小卫星地面试验应用的需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能量转换效率高、电路输出精度高、体积小巧、电路结构简单、能耗低、成本低、应用范围广泛的用于微小卫星地面试验应用的太阳能电池模拟装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于微小卫星地面试验应用的太阳能电池模拟装置，包括中央处理单元、控制单元、用于采集电压和电流的电池信息采集单元和用于驱动负载的功率输出单元，所述电池信息采集单元包括电压传感器和电流传感器，所述功率输出单元包括多个变压电路，所述电压传感器和电流传感器分别与各个变压电路的输出端相连，所述中央处理单元和控制单元相连，所述控制单元的输入端分别与电压传感器、电流传感器相连，所述中央处理单元的输出端分别通过各个变压电路与负载相连。

作为上述技术方案的进一步改进：

它还包括用于在变压电路的输出端输出地电流和电压超过预设值时关断变压电路输出的保护单元，所述保护单元的控制端与控制单元相连。

所述保护单元包括译码电路和数量与变压电路的数量相同的开关保护电路，所述变压电路通过开关保护电路与负载相连，所述控制单元通过译码电路分别与各个开关保护电路的控制端相连。

所述开关保护电路包括开关电路和继电器，所述开关电路的控制端与译码电路相连，所述开关电路的输出端与继电器的控制端相连，所述变压电路通过继电器与负载相连。

所述开关电路为基于N沟道金属氧化物三极管的开关电路。

它还包括用于将数字信号转换为模拟信号的模数转换单元，所述电压传感器和电流传感器均为模拟传感器，所述控制单元的输入端通过模数转换单元分别与电压传感器、电流传感器相连。