一種智能型衛星電源V-T曲線(xiàn)控制系統的設計

　　衛星電源分系統為整個(gè)衛星正常運行提供了穩定的電源，它是衛星電能產(chǎn)生、儲存、變換、調節、傳輸分配和管理的重要分系統。其通過(guò)物理和化學(xué)過(guò)程，將太陽(yáng)的光能、核能或化學(xué)能轉化為電能，并根據需要對電能進(jìn)行存儲、調節和變換，然后向衛星其他各分系統不間斷供電。我國的衛星大都采用太陽(yáng)能/蓄電池供電系統。蓄電池充電終壓控制采用電壓-溫度補償法，即V-T曲線(xiàn)控制。目前，常用的方法是利用熱電耦或鉑電阻作為蓄電池溫度傳感器，這種溫度補償的硬件控制電路是模擬電路，已經(jīng)在我國各種型號的衛星上獲得成功應用。

　　為加快我國衛星電源分系統數字化設計，充分發(fā)揮數字電路體積小、重量輕、功耗低、適應性強和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，提高電源分系統的電能重量比，我們以單片機AT89s52和溫度傳感器DS18B20為核心，設計了一種智能型衛星電源V-T曲線(xiàn)控制系統。

　　衛星電源分系統

　　某型號衛星電源分系統工作原理框圖如圖1所示。

圖1  衛星電源系統原理

　　該衛星電源系統一次電源母線(xiàn)為全調節直流母線(xiàn)系統，主要包括太陽(yáng)電池陣、蓄電池組和電源控制器。在方案設計中，采用太陽(yáng)電池供電陣、充電陣分陣設計。在光照期，太陽(yáng)電池供電陣為母線(xiàn)長(cháng)期負載供電，太陽(yáng)電池充電陣對蓄電池組充電；在陰影期，由蓄電池組通過(guò)放電調節模塊為母線(xiàn)負載供電。當光照期衛星出現峰值負載，且太陽(yáng)電池供電陣輸出功率不能滿(mǎn)足母線(xiàn)負載供電需求時(shí)，由太陽(yáng)電池充電陣經(jīng)放電調節器，為母線(xiàn)補充能量。在此基礎上，若太陽(yáng)電池陣（供電、充電陣）功率還不足，由蓄電池組經(jīng)放電調節模塊補充供電，呈與太陽(yáng)電池陣聯(lián)合供電工作模式。充電陣為負載供電優(yōu)于為蓄電池組充電，供電陣只有當太陽(yáng)電池陣輸出電能富裕，才通過(guò)分流模塊調節太陽(yáng)電池陣輸出富裕的功率，卸放掉多余的電流，保持一次電源母線(xiàn)輸出的穩定。因此，衛星在光照期和陰影期，電源系統的母線(xiàn)輸出電壓，均保持在一個(gè)穩定的范圍內。

　　V-T曲線(xiàn)控制原理

　　圖1中的鎘鎳蓄電池組失效方式有泄漏、開(kāi)路、短路和性能衰減等。在這些失效方式中開(kāi)路失效出現的可能性非常小，主要存在裝配過(guò)程的機械損傷和質(zhì)量控制出問(wèn)題，通過(guò)加強質(zhì)量控制和檢驗工作可以避免這種致命的失效。鎘鎳蓄電池組經(jīng)長(cháng)期使用，最主要的失效表現就是性能衰減。因此，在使用時(shí)采用電壓溫度補償下的充電控制方式，并由星務(wù)計算機參與控制管理，整個(gè)壽命期設置多條硬件控制V-T曲線(xiàn)和多點(diǎn)充放電比選擇，可根據衛星運行狀態(tài)和蓄電池使用情況，通過(guò)遙控選擇相應的補償曲線(xiàn)，保證鎘鎳電池組工作處于良性循環(huán)。

　　V-T曲線(xiàn)控制關(guān)系為：V=(Vs-kT)×N

　　式中，Vs為電壓狀態(tài)值，T為溫度；k為溫度系數；N為補償系數。

　　當溫度T上升，電壓V下降，表明當蓄電池升高時(shí)，需要調節充電電壓使溫度降低，這就是V-T曲線(xiàn)補償。采用V-T曲線(xiàn)跟蹤補償方案控制蓄電池充電終止電壓，通過(guò)測量蓄電池組端電壓和單體溫度，根據預設的溫度補償電壓曲線(xiàn)確定充電結束狀態(tài)。同時(shí)，充電器內部設有保護性充電終止電壓控制，在電源控制計算機出現故障時(shí)，可以停止蓄電池充電，保證蓄電池組安全。

　　數字溫度傳感器DS18B20

　　DS18B20是美國DALLAS公司繼DS1820之后推出的增強型單總線(xiàn)數字溫度傳感器。它在測溫精度、轉換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)。

　　1 DS18B20的特點(diǎn)

　　單線(xiàn)制接口方式，僅需要一根信號線(xiàn)與CPU連接，傳送串行數據，不需要外部元件。
　　每個(gè)芯片有惟一編碼，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的單線(xiàn)上，實(shí)現多點(diǎn)測溫。
　　測溫范圍為-55～+125℃，分辨率的默認值12位。
　　測溫結果的數字量位數為9～12位，可編程選擇。
　　既可用數據線(xiàn)供電，也可用外部的電源(3.0～5.5V)供電。

　　2 DS18B20的結構及功能

　　DS18B20采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝。其內部主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM、高速暫存器，存儲用戶(hù)設定溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器、存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼發(fā)生器等七部分。

　　其中，ROM由64位二進(jìn)制數字組成，由廠(chǎng)家光刻，共分為8字節，字節0的內容是該產(chǎn)品的廠(chǎng)家代號28H，字節1～6的內容是48位器件序列號，字節7是ROM前56位的校驗碼。每個(gè)DS18B20的64位序列號均不相同，它可以看做是該DS18B20的地址序列碼。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20的作用都不相同，這樣，就可以實(shí)現一根總線(xiàn)掛接多個(gè)DS18B20的目的。

　　3 DS18B20的工作時(shí)序

　　根據DS18B20的通信協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過(guò)如下步驟。每一次讀寫(xiě)之前都要對DS18B20進(jìn)行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，再發(fā)送RAM指令。每一步操作必須嚴格按照時(shí)序規定進(jìn)行。