航天器电源系统大功率智能配电技术

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1、第28卷第6期航天器环境工程2011年12月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING511航天器电源系统大功率智能配电技术李廷中，王蓓蓓，周新顺(北京卫星制造厂，北京100190)摘要：随着航天器功能的增多和容量的增大，对电源系统的配置、管理、故障检测与诊断以及可靠性和可维修性都提出了更高的要求，促使航天器配电技术向着大功率和智能化方向发展。文章介绍了“天宫一号”目标飞行器电源系统采用的大功率智能配电单元，并在此基础上提出了智能能源管理单元设计。通过采用智能数据处理、固态功率控制等改进技术，将大功率智能配电系统进一步提升和完善，拓展其应用

2、领域，以满足未来载人航天和深空探测任务发展的需要。关键词：电源系统；大功率智能配电；数据采集；固态功率控制中图分类号：TP213：TP277；V242．4*3文献标识码：A文章编号：1673—1379(2011)06-0511-05DoI：10．3969a．issn．1673—1379．2011．06．001O引言航天器电源系统承担着整器的电能配置和管理功能，为整器正常工作和健康管理提供基础和保障【l】。随着未来航天器的功能要求越来越强大、任务要求越来越复杂、寿命要求越来越长，其内部电源系统的功率等级和用电设备数量不断增大【2】。系统容量的增加必将给航天器能源分

3、配、管理、控制以及系统可靠性、故障保护、数据采集提出更高的要求。显然，传统的机电式配电系统已经无法满足上述需求【¨】。“天宫一号”目标飞行器电源系统采用智能配电技术，实现了整器一次电能和二次电能的变换、控制与管理，以及电源系统工作参数和状态的实时采集，整器在轨飞行工作状态良好。本文在总结“天宫一号”大功率智能配电单元的基础上，拟进一步采用智能数据处理、固态功率控制、故障自诊断等技术方案，为电源系统提供全方面的保障[5。7】。这些改进技术的应用将大大推动航天器能源系统的智能化进程。l大功率智能配电单元的组成及功能“天宫一号”目标飞行器作为我国自主研发的空间试验平台

4、，具有功能多、容量大和系统复杂等特点。“天宫一号”电源系统承担整器电能变换、控制和管理任务，由多台智能供配电单机和二次电源组成。大功率智能配电单元(以下简称“配电单元”)作为“天宫一号”平台类供配电关键单机，负责接收母线控制单元提供的100V一次电源母线和28V指令母线，实现100V输入、28V供电母线输出的DC／DC电压变换。配电单元通过接收指令，实现100V负载和28V负载的供电控制；通过内置数据采集单元，实现单机工作状态信息的采集，并送至数管分系统遥测下行。配电单元从功能上划分为4个部分：DC／DC变换单元，配电控制单元，数据采集单元和输入输出接口单元。其

5、中，配电控制单元、数据采集单元是配电单元的设计重点，也是其智能化的集中体现。DC／DC变换单元用于完成一次母线至二次母线的电压变换，采用北京卫星制造厂具有飞行经历的大功率模块电源实现。配电单元通过采用标准化、通用化及单元化设计，合理划分各单元模块，大大提高了产品的通用性和可测性，可以满足单机设备在轨维修的要求。综上，“天宫一号”目标飞行器的大功率智能配电单元初步实现了整器的电源管理、配电控制和参数检测等功能。尽管仍存在反映系统工作状态的信息量较少、缺少故障诊断和故障保护功能等问题，但是该配电单元所采用的关键技术及其飞行经收稿日期：2011-11-10；修回日期：

6、2011-11．22基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：李廷中(1967一)，男，高级工程师，从事空间电源与供配电技术研究。联系电话：(010)68378926。512航天器环境工程第28卷历，为载人航天工程后续型号任务的能源管理方案提供了重要的技术基础。2大功率智能配电的关键技术2．1大功率配电技术大功率智能配电单元额定功率为2200W，可以为18路不同电压、不同功率的负载提供电能，并接收程控和遥控指令，对各路负载进行配电控制。为了提高继电器控制开关的可靠性，每个开关采用2个相同继电器并联。为实时检测继电器的通断状态，采用状态继电器与功率继电器并联，以状态

7、继电器的检测电压反映功率继电器的状态。通过合理的参数设计，使状态继电器的检测电压满足数据采集软件设计的阈值电压，并具有1V的噪声容限，以保证检测结果的有效性。2．2数据采集串行通信技术数据采集单元用于实时采集反映配电单元工作状态的电压、电流、温度和继电器状态等48路参数；并将模拟量转换为数字量，通过串行通信接口与数管分系统(R1u)进行串行通信博J。数据采集单元由模拟开关、模／数转换器、微处理器及其外围电路以及串行数字通信接口电路组成，如图l所示。工作时选通模拟开关的某一路，将待测信号引入模／数转换器转换为数字量：微处理器对所得数字量进行处理，并储存到其数据区中

8、，再通过串行数字通道传到