小卫星技术介绍系列文章
卫星供血“心脏”电源系统（四）
前言
小卫星已经具备较为成熟的技术体系，以其研制成本低、发射成本低等特点，成为各类有效载荷快速入轨的优先选择。小卫星类型广泛，包括光学遥感卫星、合成孔径雷达（SAR）卫星、通信卫星、空间环境探测卫星以及其他科学探测卫星等，小卫星技术在国计民生、国防安全等领域正逐渐发挥更大作用。
“小卫星技术介绍”系列文章将系统介绍卫星各分系统及相关技术，涵盖电源分系统、综合电子学分系统、有效载荷分系统、姿态和轨道控制分系统、结构分系统、热控分系统、测控和数传分系统、AIT等，多期连载发布，力求从功能组成、技术原理以及发展趋势等方面进行介绍，同时结合航天技术资讯，加深读者对文章的理解。系列文章旨在通过对小卫星各分系统及相关技术专项介绍，帮助读者快速了解小卫星系统组成、基本工作原理和AIT技术环节等，掌握小卫星研制相关的技术通识。
在前面几篇文章中我们介绍了卫星电源系统的基本结构、卫星电源系统中能源产生设备——太阳电池阵和电能存储设备——蓄电池组，这次我们介绍电源系统中的电源控制器。
为了保证卫星上的设备正常的运转，需要保持卫星母线电压稳定。但是太阳电池阵产生的电能会随着光强的变换而变化，蓄电池的电压也会随着电池容量的波动产生变化，在光照区和阴影区切换过程中和大功率载荷开机过程中，母线电压都会发生变化。为了解决上面的问题，需要电源控制器控制、调节和保护上述设备和部件。
电源控制器拓扑结构可以分为两种，一种是直接能量传递（DET）电源控制器，一种是峰值功率跟踪（MPPT）电源控制器。
上图是直接能量传递（DET）电源控制器的基本结构。太阳电池阵输入的电流通过分流调节器流入系统，经过一个二极管后，通过充电控制器为蓄电池充电。当负载功率大于太阳电池阵输出功率时，母线电压下降，蓄电池组通过放电调节器放电，为负载供电。
分流调节器相当于一个可变负载，当蓄电池充满后，太阳电池阵的功率大于负载消耗功率时，分流调节器工作，将太阳电池阵的多余功率消耗，防止母线电压上升造成整个卫星电源工作不稳定。在设计时，要求留有一定余量，一般要求分流调节器能够将太阳电池阵能产生的最大电流完全分流。
隔离二极管的作用是防止蓄电池电流回流到太阳电池阵，对太阳电池阵进行反向充电，造成损坏。
充电控制器在对蓄电池充电过程中，先进行恒流充电，当蓄电池电量达到90%左右时，系统转为恒压充电，当蓄电池电压充满后，则停止对蓄电池充电。这样不仅可以防止出现过充电，而且还可以延长蓄电池的寿命。
放电控制器主要功能是对蓄电池进行过放保护。蓄电池在放电过程中，如果电压低于保护阈值时，放电控制器将切断蓄电池的放电路径，则整星断电，但此时太阳电池阵可以为蓄电池充电。
除了能量直接传递方式外，另外一种拓扑结构是峰值功率跟踪（MPPT）方式。在一定光强条件下，太阳电池阵输出的功率会随着工作电压变化而发生变化，而且存在着一个最大输出功率点。
峰值功率跟踪（MPPT）方式中，有一个峰值功率跟踪器，时刻监测太阳电池阵的输出功率，当蓄电池没有充满时，峰值功率跟踪器控制串联开关调节器，使太阳电池阵工作工作在最大功率点；当蓄电池已经充满后，峰值功率跟踪器调节太阳电池阵功率点，让太阳电池阵输出的能量恰好与负载消耗的能量相同。
直接能量传递模式相当于给系统并联了一个能量耗散系统，使太阳电池阵输出与负载想匹配。技术相对成熟，但是体积重量相对较大，一般传统卫星多使用此模式。峰值功率跟踪模式相当于在电源内部串联一个电源调节器，直接控制太阳能电池阵的输出与负载匹配。这种方式成本更低，体积重力更小，技术成熟度低，多用于低成本的微纳卫星电源系统。
本文与前面的文章介绍了卫星电源系统各个组成部分的原理和组成，这些基本能够满足目前卫星对电源系统的需求。但是随着科学技术的发展和时代的变迁，宇航界提出的太阳能发电卫星的重大工程设想。在下一个篇文章里，我们将介绍太阳能发电卫星和电源系统的发展趋势。
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通过成建制引进，中心已组建起“小卫星技术与空间态势感知”核心团队，正在小卫星设计和部分空间探测载荷关键技术方面聚力攻关，以掌握探测设备关键技术，搭建天地一体化空间环境探测系统，实现学科建设重大突破，提升我校空间科学与技术学科学术竞争力。
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