Ю.В. Краснобаев1, О.В. Непомнящий2, И.Е. Сазонов3, А.П. Яблонский4, В.Н. Хайдукова5

1-5 Сибирский федеральный университет, Институт космических и информационных технологий
(г. Красноярск, Россия)
 

Постановка проблемы. Для построения систем электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА) применяется структура СЭП, содержащая последовательно включенные солнечную батарею (СБ) и стабилизатор напряжения (СН), к выходу которого подключена нагрузка (Н). Такая структура СЭП может применяться для построения СЭП большого спектра таких автономных объектов (АО), как беспилотные летательные аппараты (БПЛА) большой продолжительности полета, необслуживаемые метеостанции и станции мониторинга окружающей среды, собственно КА и др. Электропитание нагрузки при нулевой или недостаточной мощности СБ в СЭП обеспечивается с помощью аккумуляторной батареи (АБ), заряд и разряд которой осуществляется посредством зарядного (ЗУ) и разрядного устройств (РУ), включенных между выходом СН и АБ, а стабилизацию напряжения Uвых на выходе может выполнять каждое из указанных устройств. В такой СЭП работа РУ и ЗУ разнесена по времени, что дает возможность объединить их функции в едином зарядо-разрядном устройстве (ЗРУ). Применение в качестве ЗРУ повышающе-понижающего реверсивного импульсного преобразователя (РИП) напряжения с высоким КПД минимизирует число элементов в его силовой цепи за счет возможности реверса потока энергии, что позволит улучшить массогабаритные характеристики СЭП и повысить ее надежность.

Цель. Показать целесообразность применения РИП с высоким КПД и возможностью реверса потока энергии в качестве ЗРУ в составе СЭП АО, а также подтвердить возможность работы РИП в качестве ЗУ в режиме обеспечения заданного зарядного тока АБ и в режиме заряда АБ снижающимся током при заданном напряжения на АБ.

Результаты. Показана целесообразность применения РИП с высоким КПД и возможностью реверса потока энергии в качестве зарядного устройства в составе системы электропитания АО. Разработана модель, на основе которой подтверждена возможность работы РИП в качестве ЗУ в двух режимах: 1) режим обеспечения заданного зарядного тока АБ; 2) режим заряда АБ снижающимся током при заданном напряжения на АБ.

Практическая значимость. Применение РИП в качестве единого ЗРУ в СЭП АО позволит улучшить массогабаритные характеристики, эффективность и надежность СЭП и увеличить срок активной эксплуатации АО в целом.

Краснобаев Ю.В., Непомнящий О.В., Сазонов И.Е., Яблонский А.П., Хайдукова В.Н. Применение реверсивного повышаю-ще-понижающего импульсного преобразователя в качестве зарядо-разрядного устройства в автономной системе электропитания // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 8. С. 155-162. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202308-22

1. Шиняков Ю.А. Энергетический анализ структурных схем систем электроснабжения автоматических космических аппаратов // Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309. № 8. С. 152-155.
2. Козлов Р.В. Оптимизация энергомассовых характеристик системы электропитания геостационарного космического аппарата: Автореф. дисс. … канд. техн. наук: спец. 05.09.03. Томск. 2021.
3. Краснобаев Ю.В., Непомнящий О. В., Хайдукова В.Н. и др. Топологическое решение высоковольтной системы электропитания спутника связи // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 10(19). С. 62-69. DOI: 10.18127/j00338486-202010(19)-06.
4. Непомнящий О.В., Сазонов И.Е., Яблонский А.П., Хайдукова В.Н. Повышающе-понижающий реверсивный импульсный преобразователь с высоким КПД // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. Т. 75. № 8. С. 43-51. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j20700784-202108-05.
5. Waffler S., Kolar J.W. A novel low-loss modulation strategy for high-power bidirectional buck + boost converters // IEEE Trans. Power Electron. 2009. V. 24. № 6. Р. 1589-1599.
6. Патент № 2764783 C1 (РФ), МПК H02M 7/53862. Способ управления импульсным стабилизатором напряжения. / О.В. Не-помнящий, Ю.В. Краснобаев, А.П. Яблонский, И.Е. Сазонов; заявитель ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»; № 2021118448 : заявл. 23.06.2021 : опубл. 21.01.2022.
7. Непомнящий О.В., Краснобаев Ю.В., Сазонов И.Е., Яблонский А.П. Метод снижения потерь энергии в импульсном преобразователе напряжения // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2022. Т. 25. № 2. С. 82-90.
8. Сазонов И.Е., Копытов А.А., Щасновский А.А. Pspice-модель МДП-транзистора обеспечивает лучшую по сравнению с эквивалентной схемой скорость моделирования при исследовании импульсного режима работы // Материалы XXXV Всеросс. науч.-практич. конф. «Дискуссии в области гуманитарных, естественно-научных аспектов современности» (г. Симферополь, 15 февраля 2022 г.). Ч. 1. Ростов-на-Дону: Профпресслит. 2022. С. 312-318.