一种智能型卫星电源V-T曲线控制系统的设计

1、种智能型卫星电源 V-T 曲线控制系统的设计卫星电源分系统为整个卫星正常运行提供了稳定的电源，它是卫星电能产生、 储存、变换、调节、传输分配和管理的重要分系统。其通过物理和化学过程， 将太阳的光能、核能或化学能转化为电能，并根据需要对电能进行存储、调节 和变换，然后向卫星其他各分系统不间断供电。我国的卫星大都采用太阳能/ 蓄电池供电系统。蓄电池充电终压控制采用电压 -温度补偿法，即V-T曲线控制。 目前，常用的方法是利用热电耦或铂电阻作为蓄电池温度传感器， 卫星电源分系统为整个卫星正常运行提供了稳定的电源，它是卫星电能产生、 储存、变换、调节、传输分配和管理的重要分系统。其通过物理和化学过程，

2、 将太阳的光能、核能或化学能转化为电能，并根据需要对电能进行存储、调节 和变换，然后向卫星其他各分系统不间断供电。我国的卫星大都采用太阳能 / 蓄 电池供电系统。蓄电池充电终压控制采用电压 -温度补偿法，即V-T曲线控制。 目前，常用的方法是利用热电耦或铂电阻作为蓄电池 温度传感器 ，这种温度补 偿的硬件控制电路是模拟电路，已经在我国各种型号的卫星上获得成功应用。为加快我国卫星电源分系统数字化设计，充分发挥数字电路体积小、重量轻、 功耗低、适应性强和可靠性高等优点，提高电源分系统的电能重量比，我们以 单片机AT89S52和温度传感器DS18B2C为核心，设计了一种智能型卫星电源 V- T曲线控

3、制系统。卫星电源分系统 某型号卫星电源分系统工作原理框图如图 1 所示。图 1 卫星电源系统原理 该卫星电源系统一次电源母线为全调节直流母线系统，主要包括太阳电池阵、 蓄电池组和电源控制器。在方案设计中，采用太阳电池供电阵、充电阵分阵设 计。在光照期，太阳电池供电阵为母线长期负载供电，太阳电池充电阵对蓄电 池组充电；在阴影期，由蓄电池组通过放电调节 模块为母线负载供电。当光照 期卫星出现峰值负载，且太阳电池供电阵输出 功率不能满足母线负载供电需求 时，由太阳电池充电阵经放电调节器，为母线补充能量。在此基础上，若太阳 电池阵（供电、充电阵）功率还不足，由蓄电池组经放电调节模块补充供电， 呈与太阳

4、电池阵联合供电工作模式。充电阵为负载供电优于为蓄电池组充电， 供电阵只有当太阳电池阵输出电能富裕，才通过分流模块调节太阳电池阵输出富裕的功率，卸放掉多余的 电流，保持一次电源母线输出的稳定。因此，卫星在光照期和阴影期，电源系统的母线输出电压，均保持在一个稳定的范围内。V-T 曲线控制原理 图 1 中的镉镍蓄电池组失效方式有泄漏、开路、短路和性能衰减等。在这些失 效方式中开路失效出现的可能性非常小，主要存在装配过程的机械损伤和质量 控制出问题，通过加强质量控制和检验工作可以避免这种致命的失效。镉镍蓄 电池组经长期使用，最主要的失效表现就是性能衰减。因此，在使用时采用电 压温度补偿下的充电控制方式

5、，并由星务计算机参与控制管理，整个寿命期设 置多条硬件控制 V-T 曲线和多点充放电比选择，可根据卫星运行状态和蓄电池 使用情况，通过遥控选择相应的补偿曲线，保证镉镍电池组工作处于良性循 环。V-T 曲线控制关系为： V=(Vs-kT)×N式中，Vs为电压状态值，T为温度；k为温度系数；N为补偿系数。当温度T上升，电压V下降，表明当蓄电池升高时，需要调节充电电压使温度 降低，这就是 V-T 曲线补偿。采用 V-T 曲线跟踪补偿方案控制蓄电池充电终止 电压，通过测量蓄电池组端电压和单体温度，根据预设的温度补偿电压曲线确 定充电结束状态。同时，充电器内部设有保护性充电终止电压控制

6、，在电源控 制计算机出现故障时，可以停止蓄电池充电，保证蓄电池组安全。数字温度传感器 DS18B20DS18B20是美国DALLAS司继DS1820之后推出的增强型单总线数字温度传感 器。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有 了很大的改进。1 DS18B2 0的特点单线制接口方式，仅需要一根信号线与CPL连接，传送串行数据，不需要外部元件。每个芯片有惟一编码，多个 DS18B20可以并联在惟一的单线上，实现多点测 温。测温范围为-55+125C，分辨率的默认值12位。测温结果的数字量位数为912位，可编程选择。既可用数据线供电，也可用外部的电源 （3.05.5V）供电

7、。2 DS18B20的结构及功能DS18B2（采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装。其内部主要包括寄生电源、温 度传感器、64位激光ROM高速暂存器，存储用户设定温度上下限值的 TH和 TL触发器、存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码发生器等七部分。其中，ROMS 64位二进制数字组成，由厂家光刻，共分为 8字节，字节0的内 容是该产品的厂家代号28H,字节16的内容是48位器件序列号，字节7是 ROM前 56位的校验码。每个DS18B20勺64位序列号均不相同，它可以看做是 该DS18B20勺地址序列码。ROM勺作用是使每一个DS18B20勺作用都不相同， 这样，就可以实现一根总线挂接多个

8、 DS18B20的目的。3 DS18B20的工作时序根据DS18B20的通信协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过如下步 骤。每一次读写之前都要对 DS18B20进行复位，复位成功后发送一条 ROM旨 令，再发送RAM旨令。每一步操作必须严格按照时序规定进行。4 DS18B20使用中注意事项复位命令要求主CPU各数据线下拉500卩S,然后释放。DS18B20攵到信号后等 待1660 iis左右，然后发出60240 ys的存在低脉冲，主CPU攵到此信号则 表示复位成功。由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，在对 DS18B20 进行读写编程时，必须严格地保证读写时序，否则将无

9、法正确读取测温结果。一般，人们误认为在单总线上可以挂任意多个DS18B20但实际应用并非如此。若单总线上所挂DS18B20超过8个时，则需要解决微处理器的总线驱动问 题。因此，在进行蓄电池单体多点测温系统设计时要加以注意。连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输 长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏 蔽电缆时，正常通信距离可达150m当采用带屏蔽层且每米绞合次数更多的双 绞线电缆时，正常通信距离进一步加长，这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用 DS18B2（进行长距离测温系统设计时要充 分考虑总线分

10、布电容和阻抗匹配问题。向DS18B2Q发出温度转换命令后，程序总要等待 DS18B20勺返回信号，一旦某 个DS18B2C接触不好或断线，将没有返回信号，程序进入死循环。因而在进行 DS18B2（硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。V-T 曲线控制系统数字电路设计1硬件设计选用美国Atmel公司增强型Flash单片机AT89s52作为主处理器以完成主要的 测控任务，其内嵌8K Flash ROM，软硬件上兼容 AT89C52但其最大的特点是 集成了 ISP 接口，可直接在目标板上进行在系统编程，为用户带来了极大的方 便。选用DS18B20乍为温度测量单元，单总线上挂接的DS18B2（采用外接VCC方式而未用寄生供电，进行多点测量。模数转换采用AD574精度12bit。系统硬件组成如图 2 所示。图 2 V-T 曲线控制系统硬件结构2 软件设计系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度 子程序、显示数据刷新子程序，等等。编程时必须严格按照DS18B20寸序规定进行。尤其需要注意的是，在多点温度测量中，由于多个DS18B2（挂在一条总线上，为了识别不同的器件，在系统安装之前，应将主机逐个与DS18B2C挂3、4接，读出其序列号。数字 V-T曲线控制系统主程序和测温子程序分别如图所示。图3 主程序 图4 测温子程序 结语 应用A