卫星电源分系统可靠性设计与研究

　　卫星电源分系统的设计是一个复杂系统工程，不但要考虑电源各部分的参数设计，还要考虑电气设计、电磁兼容设计、安全性设计、热设计等方面。因为任何方面，哪怕是极微小的疏忽，都有可能导致整个卫星电源分系统甚至整颗卫星的崩溃。我国交付的尼日利亚通信卫星一号才使用一年多因太阳翼故障导致电能耗尽就是先例，所以卫星电源分系统可靠性设计至关重要。

　　电源分系统构成

　　某型号卫星电源分系统采用全调节直流母线系统。系统由砷化镓太阳电池方阵、一组6Ah镉镍电池及一台电源控制器(包括一次电源调节、二次电源变换、系统遥测、遥控功能、部分星上配电功能)组成。电源分系统原理图如图1所示。

　　图1电源分系统原理框图

　　电源分系统由一次和二次电源组成，一次电源母线为全调节型直流母线系统，经调节的直流母线不论卫星进入光照期还是在阴影期，电压都稳定在27V±1V范围内。

　　太阳电池阵可靠性分析与冗余设计

　　1太阳电池阵可靠性分析

　　从太阳电池方阵采用的太阳电池、隔离二极管、电连接器及导线等元器件的失效几率来看，短路失效的概率较小，而开路失效的可能性存在，应属串联性开路失效模式。故在太阳电池阵设计时，应采取有效措施防止太阳电池串开路失效。

　　①叠层太阳电池包括太阳电池、玻璃盖片、互连条、盖片胶及焊点等部分，这种叠层的失效主要集中于焊点及互连片的断开和短路方面。从失效几率来看，短路可能性极小，而焊点脱开及电池破裂开路的几率是存在的。

　　单体太阳电池经过严格筛选，失效属于偶然随机失效，失效类型为指数分布型。每个太阳电池的上下电极各有6个焊点，只要各有1个焊点不断开则就不会失效，属6元并联型系统。

　　②隔离二极管降额使用，并有3倍以上冗余，以提高可靠性。

　　③电缆及电连接器的接点均采用多点并联，减少开路失效几率。

　　④太阳电池粘贴玻璃盖片时，采用全覆盖方式，不使电池光照面边缘裸露在粒子辐照环境中，以延长其寿命。

　　2太阳电池阵冗余设计及功率设计裕度

　　在最高工作温度为80℃时，电池阵寿命末期输出功率为300W，满足卫星241W的用电需求，功率裕度为24%，功率设计满足可靠性要求。

　　①从太阳电池串联数来看，供电阵实际布片为18片，大于指标需求值17片;充电阵实际布片为10片，大于指标需求值9片。由于串联数的冗余，电压较高，使太阳电池阵处于更稳定的工作状态。