1.太阳电池阵功率调节
太阳电池阵功率调节分为串联式和并联式,串联式技术为 MPPT 调节,并联式调节可分为顺序线性分流调节和顺序开关分流调节,顺序开关分流调节又分为 PWM 型,S3R 型和 S4R 型。
所有开关分流调节器在任何时刻只能有一级工作在调整状态,其余各级不是饱和就是截止(MOS 管可变电阻区和截止区)。

1.1 原理框图
1.1.1 PWM 型分流调节:
如果每级阵能够提供 5A 电流,共 5 级阵(工作波形图从下到上 1-5 级分阵),能够提供 25A 电流。若负载需要 13A = 5A*2 + 3A电流,则第 1- 2 级被分流(MOS 管工作在可变电阻区),3 级为 PWM 调制状态,4-5 级截止不分流(给负载供电)。
PWM 型开关分流调节原理框图级工作波形图
1.1.2 S3R 型分流调节:
S3R 型太阳阵功率调节主要由:分流电流、电压基准电路、母线主误差放大电路 MEA、电容阵等组成。
分流电路作用:
太阳电池阵本身是一个电流源,其输出电流主要由光照强度和温度决定,输出电压则随负载变化。当卫星进入光照期,且负载功率小于太阳电池阵产生的最大功率时,就会产生"多余"的电流。为了稳定卫星母线电压,必须将这些多余的电流"处理掉"。分流调节器的作用就像一个可控的泄洪通道 。它并联在太阳电池阵的输出端,通过精确控制,将多余的电流从这条通道分流走,从而确保流入母线的电流和电压是恒定的。这个"泄洪通道"的核心功率元件就是MOS管(绝大部分多余的功率最终以热能的形式消耗在分流器的MOS管上)。多余的电流从太阳电池阵流出,流经MOS管的漏极-源极通道,然后返回地。在这个流通过程中,电能根据焦耳定律(P = I² * Rds(on) )转化为热量。
MOS 管工作在什么状态:
工作在可变电阻区和截止区
截止区: MOS管完全关闭,不消耗功率。此时所有太阳电池阵的电流都供给负载。
可变电阻区: 当栅极电压(Vgs)大于开启电压(Vth),且漏源电压(Vds)较小时,MOS管的漏极和源极之间相当于一个可变电阻。其电阻值Rds由栅极电压Vgs精确控制。
分流器正是工作在此区域! 控制系统根据母线电压的采样值,控制 MOS 管开通或者关断。分流器通常不工作在恒流区。因为在此区域,MOS管两端的压降(Vds)会很大(通常是母线电压减去一个很小的值),导致功耗P = Vds * Id 极高,会迅速烧毁管子。
S3R 型分流调节原理框图
1.1.3 S4R 型分流调节:
S4R 电路是在 S3R 电路基础上增加了一个为电池充电的串联开关 K1,使得太阳能电池阵增加了直接为蓄电池充电的功能。因此,太阳电池阵输出电流有三个通路:第一,通过隔离二极管 D1 向母线供电;第二,通过开关 K1 向蓄电池充电;第三,通过开关 T1 对地分流,三者优先级依次递减。由母线电压、蓄电池电压采样电路和功率控制器共同决定开关管的工作状态,即决定与 S4R 电路相对应的太阳电池阵产生的电流在某一刻流向哪条通路。
S4R 型分流调节原理框图
2.母线电压调节方式
母线电压调节方式分为:母线电压全调节、光照区母线电压全调节(也称为母线电压半调节)、和母线电压不调节 3 种方式。母线电压调节是处于太阳电池阵功率调节(分流)之后。
母线电压全调节指:在轨全时段即调节太阳电池阵输出电压也调节蓄电池组输出电压。全调节母线系统供电母线电压在轨期间始终稳定在规定范围内,光照期调节太阳电池输出电压完成对母线的供电和对蓄电池组的充电,联合供电或地影期调节蓄电池组输出,稳定母线电压。
半调节母线是在全调节母线的基础上去掉蓄电池组的放电调节,半调节母线系统电源控制器只调节太阳电池的输出电压,在太阳电池的输出功率能够满足负载需求时,母线电压稳定,蓄电池组输出不调节,通过隔离二极管直接为母线供电,在地影期或联合供电时,母线电压被蓄电池组电压钳位,随蓄电池组电压变化而变化。

不调节母线是指不对供电母线电压进行调节,母线电压始终随电池电压变化而变化,光照期太阳电池输出功率首先满足负载需求,然后满足充电需求,在满足供电和充电需求后对地分流。电源控制器只对太阳电池阵输出功率进行充电调节。