×
10.05.2018
218.016.4e82

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к бортовым системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), и может быть использовано при проектировании и создании систем электропитания автоматических космических аппаратов на основе солнечных и аккумуляторных батарей (БС и АБ). Согласно изобретению система электропитания космического аппарата содержит солнечную и аккумуляторную батареи, два транзистора, образующих двунаправленный ключ, другие два транзистора, четыре резистора, систему управления, три диода, дроссель, конденсатор, зарядное устройство и нагрузку. Техническим результатом изобретения является улучшение удельных габаритно-массовых характеристик энергопреобразующего модуля СЭП КА за счет энергопитания нагрузки от двух источников энергии (БС и АБ) одним энергопреобразующим модулем, схемотехнически объединяющим стабилизатор напряжения и разрядное устройство и реализующим их функции. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к бортовым системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), и может быть использовано при проектировании и создании систем электропитания автоматических космических аппаратов на основе солнечных и аккумуляторных батарей (БС и АБ).

Техническим результатом изобретения является улучшение удельных габаритно-массовых характеристик энергопреобразующего модуля СЭП КА.

Системы электропитания космических аппаратов длительного ресурса изначально строились на основе схем с отдельными энергопреобразующими модулями: стабилизатором напряжения (СН), зарядным (ЗУ) и разрядным (РУ) устройствами аккумуляторной батареи [1], каждый из которых выполняет свою функцию и управляется системой управления (СУ). Наиболее известным способом построения энергопреобразующих модулей СЭП КА является их разработка и реализация на основе преобразователей постоянного напряжения. Например, в работе [2] стабилизатор напряжения БС и зарядное устройство АБ выполнены на основе понижающих преобразователей, а разрядное устройство на основе повышающего преобразователя.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является система электропитания космического аппарата, описанная в [3] (фиг. 1), которая содержит секции солнечной батареи 1a-1n, аккумуляторные батареи 2a-2m, зарядные устройства 3a-3m, нагрузку 4, регуляторы напряжения секций солнечной батареи 5a-5n, разрядные устройства 6a-6m.

Каждая секция солнечной батареи (1a-1n) подключена к выходной шине питания нагрузки 4 через регулятор напряжения солнечной батареи (5a-5n), построенный на основе повышающего преобразователя напряжения. Каждая аккумуляторная батарея (2a-2m) так же подключена к выходной шине питания нагрузки 4 через разрядное устройство (6a-6m), построенное на основе повышающего преобразователя напряжения. Стабилизация напряжения выходной шины питания осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) открытого состояния транзисторов регуляторов напряжения БС и разрядных устройств АБ. В системе реализовано параллельное подключение источников энергии к выходной шине питания нагрузки 4. Вход каждого зарядного устройства (3a-3m) соединен с выходной шиной питания нагрузки 4, а выход зарядного устройства (3a-3m) подключен к АБ.

Недостатком этой системы электропитания является то, что разделение функций регулирования мощности БС и разряда АБ реализуется двумя группами одновременно никогда не работающих в режиме ШИМ энергопреобразующих устройств (5a-5n и 6a-6m), выполненных на основе повышающих преобразователей постоянного напряжения. При этом полупроводниковые приборы, дроссели, силовые шины, датчики напряжения и тока дублируются, что отрицательно сказывается на удельных габаритно-массовых характеристиках энергопреобразующей аппаратуры СЭП КА.

Целью настоящего изобретения является повышение удельных габаритно-массовых характеристик СЭП КА, что достигается за счет схемного совмещения стабилизатора напряжения и разрядного устройства (и их функций) в одном энергопреобразующем модуле.

На фиг. 2 представлена функциональная схема заявляемой системы электропитания космического аппарата, которая содержит солнечную батарею 1, аккумуляторную батарею 2, зарядное устройство 3, нагрузку 4, транзисторы 5 и 7, образующие двунаправленный ключ, транзисторы 11, 16, резисторы 6, 8, 10, 14, систему управления 9, диоды 12, 15, 17 дроссель 13, конденсатор 18.

Система управления осуществляет управление транзисторами 5, 7, 11 и 16 (замыкание, размыкание, обеспечение ключевого режима и т.д.) согласно принятому закону управления. При штатной работе в высокочастотном режиме ШИМ работает только транзистор 16, транзисторы 5, 7 и 11 работают как переключатели при смене режимов работы. Транзистор 5 работает в режиме ШИМ в случае возникновения перегрузки по выходному току. Дроссель 13 выполняет функцию накопителя энергии как в режиме питания от АБ, так и в режиме питания от БС.

Солнечная батарея 1 плюсовой шиной подключена к аноду диода 15 и стоку транзистора 11. Катод диода 15 соединен с выходной шиной питания нагрузки 4 первым выводом конденсатора 18, катодом диода 17 и входом зарядного устройства 3. К минусовой шине БС 1 подключены вторая клемма АБ 2, анод диода 12, исток транзистора 16, второй вывод конденсатора 18 и минусовая шина нагрузки 4. Анод диода 17 соединен со стоком транзистора 16 и вторым выводом дросселя 13, первый вывод которого соединен с истоком транзистора 11, катодом диода 12 и стоком транзистора 7. Исток транзистора 7 соединен с истоком транзистора 5, сток которого подключен к первой клемме АБ 2, соединенной с выходом ЗУ 3. Затворы транзисторов 5, 7, 11 и 16 подключены к системе управления 9 через соответствующие резисторы 6, 8, 10 и 14.

Система электропитания КА работает в следующих режимах.

1. Режим работы СЭП КА от солнечной батареи (мощность, потребляемая нагрузкой, меньше мощности, генерируемой БС, (РН<PБСmax), АБ заряжена).

В данном режиме транзисторы 5, 7 разомкнуты, транзистор 11 замкнут, транзистор 16 работает в ключевом режиме согласно закону ШИМ системы управления 9. Энергия, накопленная в дросселе 13, в период разомкнутого состояния ключа транзистора 16 передается через диод 17 в выходную емкость 18 и нагрузку 4. В период работы, когда ключ 16 замкнут, происходит разряд емкости 18 на нагрузку 4. Регулировочная характеристика преобразователя описывается выражением:

где Uвых - выходное стабилизированное напряжение на нагрузке, RH - сопротивление нагрузки, IБС - ток БС, γ - длительность открытого состояния транзистора 16.

2. Режим работы СЭП КА от солнечной батареи (мощность, потребляемая нагрузкой, меньше мощности, генерируемой БС, (РНБСmax), АБ разряжена).

В случае если мощность БС 1 превышает мощность, потребляемую нагрузкой 4, и требуемую мощность заряда АБ 2, включается зарядное устройство 3 и система электропитания работает как описано в режиме 1.

Регулировочная характеристика преобразователя описывается выражением:

где IЗУ - входной ток зарядного устройства АБ 2.

В случае если мощности БС 1 недостаточно для питания нагрузки 4 и обеспечения заданного тока заряда АБ 2, то солнечная батарея 1 подключается к выходной шине питания нагрузки 4 через диод 15. При этом транзисторы 5, 7, 11 и 16 разомкнуты. Зарядное устройство 3, стабилизируя напряжение на выходной шине питания нагрузки 4, направляет избыток генерируемой БС 1 мощности на заряд АБ 2.

3. Режим работы СЭП КА от солнечной и аккумуляторной батарей (мощность, потребляемая нагрузкой, больше мощности, генерируемой БС, (РНБСmax), разряд АБ).

В данном режиме генерируемая БС 1 мощность поступает в нагрузку 4 через диод 15. Транзистор 11 разомкнут. Транзисторы 5 и 7 постоянно замкнуты, а транзистор 16 работает в режиме ШИМ и управляется СУ 9. Ток нагрузки 4 определяется суммой токов БС 1 и АБ 2.

Регулировочная характеристика преобразователя описывается выражением:

где U - напряжение аккумуляторной батареи.

4. Режим работы СЭП КА от аккумуляторной батареи (солнечная батарея не генерирует мощность (РБС=0), разряд АБ).

В данном режиме транзистор 16 работает в режиме ШИМ и управляется согласно закону управления СУ 9. Транзисторы 5 и 7 постоянно замкнуты, транзистор 11 разомкнут. При протекании тока от АБ 2 в нагрузку 4 так же, как и в первом режиме работы, энергия, накопленная в дросселе 13, в период разомкнутого состояния ключа транзистора 16, передается через диод 17 в выходную емкость 18 и нагрузку 4. Когда ключ 16 замкнут, происходит разряд емкости 18 на нагрузку 4.

Регулировочная характеристика преобразователя в этом режиме описывается выражением (3). При этом энергопреобразующий модуль работает как преобразователь повышающего типа.

5. Режим ограничения тока разряда АБ (мощность, потребляемая нагрузкой, превышает мощность, генерируемую БС, и допустимую мощность разряда АБ).

Режим нештатный возникает в случае перегрузки схемы по выходному току. В данном режиме стабилизируется ток разряда АБ, при увеличении мощности, потребляемой нагрузкой, выходное напряжение снижается. Транзистор 11 разомкнут, транзистор 7 замкнут, транзисторы 5 и 16 работают в режиме ШИМ в соответствии с логикой СУ 9. Если напряжение на выходе становится равным или меньшим напряжения АБ, транзистор 16 переходит в закрытое состояние и энергопреобразующий модуль работает как преобразователь понижающего типа.

Таким образом, в заявляемом изобретении реализуется энергопитание нагрузки от двух источников (БС и АБ) одним энергопреобразующим модулем, что исключает необходимость использования двух дросселей и дублирования других ЭРИ за счет схемного совмещения стабилизатора напряжения БС и разрядного устройства АБ в одном энергопреобразующем модуле, обеспечивая тем самым улучшение удельных габаритно-массовых характеристик энергопреобразующего модуля СЭП КА.

Источники информации

1. Электронные и электромеханические системы и устройства: Сб. науч. труд. - Новосибирск: Наука, 2007. - 552 С.

2. Особенности построения аппаратуры регулирования и контроля систем электропитания массогабаритных КА / Ю.А. Шиняков, К.Г. Гордеев, С.П. Черданцев, В.И. Пушкин, А.С. Гуртов, А.Н. Филатов // Электронные и электромеханические системы и устройства: Сб. науч. тр. НПЦ «Полюс». - Томск: МГП «РАСКО» при издательстве «Радио и связь», 2001. - с. 28-35.

3. Патент США №6396167, H02J 1/10 Power distribution system. 1999.

Система электропитания космического аппарата, состоящая из солнечной и аккумуляторной батарей, зарядного устройства и нагрузки, отличающаяся тем, что солнечная батарея плюсовой шиной подключена к аноду первого диода и стоку первого транзистора, катод первого диода соединен с выходной шиной питания нагрузки, катодом второго диода, зарядным устройством аккумуляторной батареи и первым выводом конденсатора, к минусовой шине БС подключены вторая клемма АБ, анод третьего диода, исток второго транзистора, второй вывод конденсатора и минусовая шина нагрузки, первый вывод дросселя соединен с истоком первого транзистора, катодом третьего диода и стоком третьего транзистора, исток третьего транзистора соединен с истоком четвертого транзистора, сток которого подключен к первой клемме АБ и выходу зарядного устройства, затворы транзисторов подключены к системе управления через соответствующие резисторы.
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 58 items.
13.02.2018
№218.016.24c0

Способ увеличения порогового напряжения отпирания gan транзистора

Изобретение относится к технологии силовой электроники, а именно к технологии получения дискретных силовых транзисторов на основе нитрида галлия (GaN), работающих в режиме обогащения. В способе увеличения порогового напряжения отпирания GaN транзистора, включающем создание на поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642495
Дата охранного документа: 25.01.2018
10.05.2018
№218.016.41e8

Способ подавления отметок от целей, расположенных за пределами зоны однозначной оценки дальности обзорной рлс, и реализующее его устройство

Изобретение относится к области активной радиолокации и предназначено для использования в обзорных радиолокационных станциях (РЛС). Достигаемый технический результат - подавление отметок от целей, расположенных за пределами зоны однозначной оценки дальности обзорной РЛС, а также отметок,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649310
Дата охранного документа: 02.04.2018
10.05.2018
№218.016.4513

Способ генерации и вывода электронного пучка в область высокого давления газа, до атмосферного

Изобретение относится к области создания сфокусированных электронных пучков и вывода их в область повышенного давления, до атмосферного. Плазменный катод создается низковольтным отражательным разрядом с полым катодом, электрическим полем ускоряют вышедшие из плазменного катода электроны....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650101
Дата охранного документа: 09.04.2018
10.05.2018
№218.016.455a

Высоковольтная система электропитания космического аппарата

Использование: в области электротехники при проектировании и создании систем электропитания автоматических космических аппаратов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности системы электропитания космического аппарата (КА). Система электропитания КА содержит солнечную и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650100
Дата охранного документа: 09.04.2018
10.05.2018
№218.016.4f2a

Способ контроля наличия контакта нагреваемого электрода с контролируемым изделием при разбраковке металлических изделий

Изобретение относится к области неразрушающей диагностики металлов и сплавов, а также изделий, выполненных из них при разбраковке металлических изделий. Способ заключается в том, что между нагреваемым электродом и контролируемым изделием измеряют термоЭДС, усиливают ее и отображают, сравнивают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652657
Дата охранного документа: 28.04.2018
09.06.2018
№218.016.5e8a

Термостабилизирующее радиационностойкое покрытие batizro

Изобретение относится к получению терморегулирующих покрытий и может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов. Терморегулирующее покрытие класса «солнечные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656660
Дата охранного документа: 06.06.2018
11.06.2018
№218.016.609f

Способ контроля отверждения эмалевой изоляции проводов

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля степени отверждения полимерного диэлектрического покрытия обмоточных проводов заключается в воздействии на диэлектрическое покрытие электрическим полем и в измерении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657087
Дата охранного документа: 08.06.2018
11.06.2018
№218.016.6182

Способ контроля параметров сыпучих материалов в резервуарах

Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах. В способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах с помощью оптического устройства, закрепленного над поверхностью измеряемого материала, герметически отделенной от него оптически прозрачным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657104
Дата охранного документа: 08.06.2018
20.06.2018
№218.016.644c

Способ контроля параметров сыпучих материалов в резервуарах

Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах. В способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах путем получения изображения с помощью телекамеры, закрепленной над поверхностью измеряемого материала и герметически отделенной от него...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658079
Дата охранного документа: 19.06.2018
20.06.2018
№218.016.6459

Способ контроля отверждения эмалевой изоляции проводов

Использование: для определения степени отверждения полимерных покрытий. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля степени отверждения полимерного диэлектрического покрытия обмоточных проводов включает воздействие на диэлектрическое покрытие электрическим полем и измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658087
Дата охранного документа: 19.06.2018
Showing 1-10 of 59 items.
10.02.2013
№216.012.24e7

Однополярный низкочастотный резонансный преобразователь со звеном повышенной частоты и способ формирования низкочастотного выходного тока

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано к качестве источника питания для установок индукционного нагрева и формирования тока для нагрева. Техническим результатом изобретений является уменьшение количества тиристоров и уменьшение напряжений на тиристорах и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474949
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2cb5

Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника земли

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при проектировании автономных систем электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ). Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли от солнечной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476972
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.04.2013
№216.012.32c2

Способ изготовления космического аппарата

Изобретение относится к сборке и испытаниям бортовых систем космического аппарата (КА), преимущественно системы электропитания телекоммуникационного КА. Последняя содержит солнечные и аккумуляторные батареи, а также стабилизированный преобразователь напряжения (СПН) для согласования работы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478537
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.03.2014
№216.012.a8e0

Способ получения ультрадисперсных порошков с узким фракционным составом

Изобретение относится к области порошковой технологии и предназначено для получения порошков с узким гранулометрическим составом со средним размером частиц, находящимся в субмикронном диапазоне. Для получения порошков образованный насыпной слой исходного порошкообразного материала перемещают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508947
Дата охранного документа: 10.03.2014
10.03.2014
№216.012.a95a

Способ получения керамики на основе ортофосфатов редкоземельных элементов

Изобретение относится к получению керамики на основе ортофосфатов редкоземельных элементов и может быть использовано для изготовления конструктивных элементов в энергетических установках, в частности, в высокотемпературных микротурбогенераторных установках для малой энергетики. Получают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509069
Дата охранного документа: 10.03.2014
20.03.2014
№216.012.acf9

Способ испытаний электронных плат на механические воздействия

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для проведения испытаний на устойчивость электронных плат (ЭП) и их компонентов к механическим воздействиям, например, в космической промышленности. Сущность: осуществляют закрепление платы в оснастке, приложение к ней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509996
Дата охранного документа: 20.03.2014
10.08.2014
№216.012.e6b4

Силовой ключ на мдп-транзисторе

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в различных коммутационных устройствах. Техническим результатом является повышение надежности. Силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий трансформатор, резистор, диод и два транзистора p-n-р- и n-р-n-типа, эмиттер транзистора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524853
Дата охранного документа: 10.08.2014
20.08.2014
№216.012.ebe3

Многоканальное устройство для измерения температуры

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования и телеметрии космических аппаратов (КА). Многоканальное устройство для измерения температуры содержит термометры сопротивления (ТС), задающие резисторы (ЗР), общая точка которых соединена с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526195
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.f068

Способ реализации термоабляции опухоли костей

Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии. Определяют место расположения и размер опухоли. Намечают точки для ввода основных и дополнительных нагревателей. Высокотемпературный нагрев (термоабляцию) проводят в два этапа. На первом этапе проводят термоабляцию вокруг опухоли в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527363
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.09.2014
№216.012.f6c6

Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания космического аппарата и автономная система электропитания для его реализации

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании никель-водородных аккумуляторных батарей и автономных систем электропитания космических аппаратов (КА). Техническим результатом изобретения является повышение надежности эксплуатации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529011
Дата охранного документа: 27.09.2014
+ добавить свой РИД