一种卫星用四开关管的蓄电池充电装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及卫星能源技术领域，具体地，涉及一种卫星用四开关管的蓄电池充电装置及其控制方法。


背景技术：

2.现如今，大多数卫星帆板(太阳电池阵)多余的能量是以分流单元形式进行能量的泄放，这样的泄放方式主要目的是使帆板输出的电压小于或等于蓄电池两端电压，从而达到保护蓄电池的目的，但是这样的方式存在能源的浪费，并且使帆板长期承担多余的能量，致使帆板使用寿命降低。


技术实现要素：

3.本发明提出了一种卫星用四开关管的蓄电池充电装置，采用的四开关转换电路能够实现升压与降压，解决了原先的帆板输出电压不能大于蓄电池电压的弊端。
4.本发明是通过以下方案实现的：
5.一种卫星用四开关管的蓄电池充电装置：
6.所述充电装置包括输入端vin，第一电容，开关管q1、q2、q3、q4，电感l1，第二电容和输出端vout；
7.所述输入端vin的一端分别与第一电容的一端和开关管q1的一端相连接；输入端vin的另一端别与第一电容的另一端和开关管q2的一端相连接；开关管q1的另一端分别与电感l1的一端和开关管q2的另一端相连接；
8.所述输出端vout的一端分别与第二电容的一端和开关管q3的一端相连接；输出端vout的另一端别与第二电容的另一端和开关管q4的一端相连接；开关管q3的另一端分别与电感l1的一端和开关管q4的另一端相连接；
9.开关管q1、q2、q3、q4和电感l1组成buck-boost拓扑电路。
10.进一步地，所述输入端vin还与卫星帆板的输出端相连接，所述输出端vout还与蓄电池相连接。
11.一种应用于所述的充电装置的控制方法：
12.通过开关管q1、q2、q3、q4的开通关断切换buck模式和boost模式。
13.进一步地，
14.当输入端vin大于输出端vout时，开关管q4常关闭，开关管q3常开通，开关管q1、q2互补导通，转换器以buck模式工作。
15.进一步地，
16.当输入端vin小于输出端vout时，开关管q1常开通，开关管q2常关闭，开关管q3、q4互补导通，转换器以boost模式工作。
17.进一步地，
18.当输入端vin≈输出端vout时，工作状态分以下两种：
19.当输入端vin略大于输出端vout，开关管q2和q3导通，开关管q1和q4关断，转换器工作在buck模式下的电感续流阶段，电感电流减小；当电流减小到一定值之后，开关管q1和q4导通，开关管q2和q3关断，转换器工作在boost模式下的电感储能阶段，电感电流逐渐增大，当电感电流上升到某个特定值时，开关管q4关断，q3导通，电路中开关管q1和q4导通，输入输出直接通过电感连接传递能量；
20.当入端vin略小于输出端vout，开关管q1和q4导通，开关管q2和q3关断，转换器工作在boost模式下的电感储能阶段，电感电流逐渐增大；当电感电流上升到某个特定值时，开关管q1和q4关断，转换器工作在buck模式下的电感续流阶段，电感电流减小；当电流减小到一定值之后，q1导通，q4关断，电路中开关管q1和q4导通，输入输出直接通过电感连接传递能量。
21.本发明有益效果
22.本发明采用的四开关转换电路能够实现升压与降压，改进以往帆板只能小于或等于蓄电池的总电压的缺点，解决了原先的帆板输出电压不能大于蓄电池电压的弊端，也避免了能源的浪费，同时帆板不必承受多余的能量，使帆板使用寿命增加。
附图说明
23.图1为本发明的带有分流单元的原理框图；
24.图2为本发明的加转换器的原理框图；
25.图3为本发明的四开关转换器电路图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.结合图1至图3，
28.一种卫星用四开关管的蓄电池充电装置：
29.所述充电装置包括输入端vin，第一电容，开关管q1、q2、q3、q4，电感l1，第二电容和输出端vout；
30.所述输入端vin的一端分别与第一电容的一端和开关管q1的一端相连接；输入端vin的另一端别与第一电容的另一端和开关管q2的一端相连接；开关管q1的另一端分别与电感l1的一端和开关管q2的另一端相连接；
31.所述输出端vout的一端分别与第二电容的一端和开关管q3的一端相连接；输出端vout的另一端别与第二电容的另一端和开关管q4的一端相连接；开关管q3的另一端分别与电感l1的一端和开关管q4的另一端相连接；
32.开关管q1、q2、q3、q4和电感l1组成buck-boost拓扑电路。
33.所述输入端vin还与卫星帆板的输出端相连接，所述输出端vout还与蓄电池相连接。
34.如图2，本发明的提出的充电装置的输入端连接卫星帆板的输出端，充电装置的输
出端连接蓄电池，加入本发明的充电装置后能够去掉图1中的分流器，并且在实现升降压工作要求的前提下，改进以往帆板只能小于或等于蓄电池的总电压的缺点，更好的实现帆能量的利用。
35.如图3为四开关转换器电路图，q1、q2、q3、q4为mosfet开关管，l1为电感储能元件。通过q1、q2、q3、q4四个开关管规律开通关断实现太阳电池阵对蓄电池升压或降压充电。
36.一种应用于所述的充电装置的控制方法：
37.通过开关管q1、q2、q3、q4的开通关断切换buck模式和boost模式。
38.设定某一个值|vin-vout|＝z，(z＞0)来区分大于、略大于、小于、略小于，即：
39.当输入端vin大于输出端vout时，且vin-vout＞z，开关管q4常关闭，开关管q3常开通，开关管q1、q2互补导通，转换器以buck模式工作。
40.当输入端vin小于输出端vout时，且vout-vin＞z，开关管q1常开通，开关管q2常关闭，开关管q3、q4互补导通，转换器以boost模式工作。
41.当输入端vin≈输出端vout时，工作状态分以下两种：
42.当输入端vin略大于输出端vout，即0＜vin-vout≤z，开关管q2和q3导通，开关管q1和q4关断，转换器工作在buck模式下的电感续流阶段，电感电流减小；当电流减小到一定值之后，开关管q1和q4导通，开关管q2和q3关断，转换器工作在boost模式下的电感储能阶段，电感电流逐渐增大，当电感电流上升到某个特定值时，开关管q4关断，q3导通，电路中开关管q1和q4导通，输入输出直接通过电感连接传递能量；
43.当入端vin略小于输出端vout，即0＜vout-vin≤z，开关管q1和q4导通，开关管q2和q3关断，转换器工作在boost模式下的电感储能阶段，电感电流逐渐增大；当电感电流上升到某个特定值时，开关管q1和q4关断，转换器工作在buck模式下的电感续流阶段，电感电流减小；当电流减小到一定值之后，q1导通，q4关断，电路中开关管q1和q4导通，输入输出直接通过电感连接传递能量。
44.以上对本发明所提出的一种卫星用四开关管的蓄电池充电装置，进行了详细介绍，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种卫星用四开关管的蓄电池充电装置，其特征在于：所述充电装置包括输入端vin、第一电容、开关管q1、q2、q3、q4、电感l1、第二电容和输出端vout；所述输入端vin的一端分别与第一电容的一端和开关管q1的一端相连接；输入端vin的另一端别与第一电容的另一端和开关管q2的一端相连接；开关管q1的另一端分别与电感l1的一端和开关管q2的另一端相连接；所述输出端vout的一端分别与第二电容的一端和开关管q3的一端相连接；输出端vout的另一端别与第二电容的另一端和开关管q4的一端相连接；开关管q3的另一端分别与电感l1的一端和开关管q4的另一端相连接；开关管q1、q2、q3、q4和电感l1组成buck-boost拓扑电路。2.根据权利要求1所述充电装置，其特征在于：所述输入端vin还与卫星帆板的输出端相连接，所述输出端vout还与蓄电池相连接。3.一种应用于权利要求1或2所述的充电装置的控制方法，其特征在于：通过开关管q1、q2、q3、q4的开通关断切换buck模式和boost模式。4.根据权利要求3所述控制方法，其特征在于：当输入端vin大于输出端vout时，开关管q4常关闭，开关管q3常开通，开关管q1、q2互补导通，转换器以buck模式工作。5.根据权利要求3所述控制方法，其特征在于：当输入端vin小于输出端vout时，开关管q1常开通，开关管q2常关闭，开关管q3、q4互补导通，转换器以boost模式工作。6.根据权利要求3所述控制方法，其特征在于：当输入端vin≈输出端vout时，工作状态分以下两种：当输入端vin略大于输出端vout，开关管q2和q3导通，开关管q1和q4关断，转换器工作在buck模式下的电感续流阶段，电感电流减小；当电流减小到一定值之后，开关管q1和q4导通，开关管q2和q3关断，转换器工作在boost模式下的电感储能阶段，电感电流逐渐增大，当电感电流上升到某个特定值时，开关管q4关断，q3导通，电路中开关管q1和q4导通，输入输出直接通过电感连接传递能量；当入端vin略小于输出端vout，开关管q1和q4导通，开关管q2和q3关断，转换器工作在boost模式下的电感储能阶段，电感电流逐渐增大；当电感电流上升到某个特定值时，开关管q1和q4关断，转换器工作在buck模式下的电感续流阶段，电感电流减小；当电流减小到一定值之后，q1导通，q4关断，电路中开关管q1和q4导通，输入输出直接通过电感连接传递能量。

技术总结
本发明提出一种卫星用四开关管的蓄电池充电装置及其控制方法，所述充电装置包括输入端VIN，第一电容，开关管Q1、Q2、Q3、Q4，电感L1，第二电容和输出端VOUT；通过开关管Q1、Q2、Q3、Q4的开通关断切换BUCK模式和BOOST模式；本发明采用的四开关转换电路能够实现升压与降压，改进以往帆板只能小于或等于蓄电池的总电压的缺点，解决了原先的帆板输出电压不能大于蓄电池电压的弊端，也避免了能源的浪费，同时帆板不必承受多余的能量，使帆板使用寿命增加。使帆板使用寿命增加。使帆板使用寿命增加。


技术研发人员：黄炳杰 冯田雨 周明中
受保护的技术使用者：哈尔滨工大卫星技术有限公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/3/8