一種基于光伏微能量收集的太陽(yáng)敏感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于衛(wèi)星控制分系統(tǒng)的光學(xué)姿態(tài)敏感器，尤其設(shè)及基于光伏微能量收 集的無線傳輸太陽(yáng)敏感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的空間環(huán)境應(yīng)用的模擬式太陽(yáng)敏感器的光敏單元一般采用娃光電池組件，但 當(dāng)采用單基片電池片光刻輸出多通道電流信號(hào)時(shí)，電流為負(fù)電流，故采集電路需要配置負(fù) 電源，增加了電源供給負(fù)擔(dān)，不便于產(chǎn)品集成度提高。而且由于空間環(huán)境下溫度變化范圍 大，娃光電池等傳統(tǒng)材料光電池組件工作溫度范圍窄，不能勝任在空間環(huán)境大溫差下長(zhǎng)期 穩(wěn)定工作的要求。
[0003] 太陽(yáng)敏感器在空間主要應(yīng)用于帆板的對(duì)日定向，太陽(yáng)敏感器的電流信號(hào)需通過帆 板的導(dǎo)電滑環(huán)進(jìn)行傳輸，而導(dǎo)電滑環(huán)的數(shù)量有限，過度占用不利于其他設(shè)備對(duì)導(dǎo)電滑環(huán)的 利用，采用自供能無線傳輸太陽(yáng)敏感器可節(jié)省導(dǎo)電滑環(huán)資源、同時(shí)免去電纜的使用。自供能 的特性使得太陽(yáng)敏感器不再需要衛(wèi)星能源系統(tǒng)提供電源，使其在微小衛(wèi)星中具有無功耗負(fù) 擔(dān)的優(yōu)勢(shì);無線傳輸使得不再需求通訊總線，且具有集成度高，重量輕，"即插即用"的特點(diǎn)， 在具備快速組裝、快速測(cè)試、快速替換的快響衛(wèi)星平臺(tái)極具競(jìng)爭(zhēng)力。
[0004] 現(xiàn)有的光伏自供能太陽(yáng)敏感器光電轉(zhuǎn)換效率低，其能量采集需要較高的啟動(dòng)電 壓，且無能量存儲(chǔ)單元，使其在大視場(chǎng)，能量輸入較低的條件下無法工作，限制了太陽(yáng)敏感 器產(chǎn)品的視場(chǎng)范圍。周期的無線通信需要持續(xù)的能量供應(yīng)，而且太陽(yáng)敏感器在無線接收信 號(hào)時(shí)需要瞬時(shí)大能量消耗，現(xiàn)有的光伏自供能太陽(yáng)敏感器因?yàn)闆]有能量存儲(chǔ)單元，當(dāng)視場(chǎng) 角度不佳尤其是當(dāng)出視場(chǎng)后，無法提供能量使無線通訊模塊工作，致使通訊無響應(yīng)，控制計(jì) 算機(jī)難W確定產(chǎn)品狀態(tài)，即便在視場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行短周期交互通訊時(shí)，由于瞬時(shí)能量消耗等原因 亦會(huì)產(chǎn)生能量入不敷出的情況，通訊難W維持。此外，由于現(xiàn)有的光伏自供能太陽(yáng)敏感器光 電轉(zhuǎn)換效率低，為滿足負(fù)載工作而不得不采用大面積的光電池，從而無法滿足太陽(yáng)敏感器 的小型化和微型化需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于光伏微能 量收集的太陽(yáng)敏感器，能夠在大視場(chǎng)、大入射角下啟動(dòng)能量收集工作，實(shí)現(xiàn)光伏微能量收 集;能夠通過單電源提供正電流的輸出，降低了電源管理單元的設(shè)計(jì)難度和器件開銷;能夠 在大溫度范圍工作，并具備強(qiáng)大的抗福照能力，能夠有效適應(yīng)空間環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn);能 夠在使用單片較小面積的光伏電池啟動(dòng)能量的收集轉(zhuǎn)移工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化設(shè)計(jì)，有 效滿足了微型化、小型化衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展需求；
[0006] 進(jìn)一步的，能夠?qū)崿F(xiàn)與衛(wèi)星平臺(tái)間的短距離低功耗的無線數(shù)據(jù)傳輸，免去對(duì)導(dǎo)電 滑環(huán)和電纜的依賴，有效提高了系統(tǒng)集成度W及滿足了快速組裝、快速測(cè)試和快速替換的 衛(wèi)星平臺(tái)需求；
[0007]進(jìn)一步的，能夠?qū)崿F(xiàn)光伏電能的存儲(chǔ)，有效保證了在低光照或無光照條件下工作 狀態(tài)的保持，并能滿足通訊收發(fā)時(shí)瞬間爆發(fā)的能量需求；
[000引進(jìn)一步的，能夠?qū)崿F(xiàn)收發(fā)周期和/或收發(fā)模式的調(diào)整，有效實(shí)現(xiàn)低光照或無光照條 件下的通訊保持；
[0009]進(jìn)一步的，能夠監(jiān)視光照出入場(chǎng)的方向、視場(chǎng)內(nèi)外情況，有效反映出光照出入場(chǎng)及 視場(chǎng)內(nèi)外等位置、狀態(tài)信息。
[0010]本發(fā)明包括如下技術(shù)方案：
[0011] 提供一種基于光伏微能量收集的太陽(yáng)敏感器，包括微能量收集及電源管理單元、 太陽(yáng)敏感器探頭和信號(hào)采集處理及通訊單元，所述微能量收集及電源管理單元包括微能量 收集單元和電源管理單元，所述微能量收集單元包含單片Ξ結(jié)神化嫁光電池組件，用W收 集光能轉(zhuǎn)化為電能輸送給所述電源管理單元，所述電源管理單元利用收集到的能量提供穩(wěn) 定的電源輸出，供給所述信號(hào)采集處理及通訊單元；
[0012] 所述太陽(yáng)敏感器探頭包含四象限型單結(jié)神化嫁光電池組件和通光掩模板，并通過 所述四象限型單結(jié)神化嫁光電池組件配合所述通光掩模板實(shí)現(xiàn)雙軸角度測(cè)試，所述通光掩 模板位于所述四象限型單結(jié)神化嫁光電池組件正上方，且所述通光掩模板所在平面與所述 四象限型單結(jié)神化嫁光電池組件所在平面平行;所述單片Ξ結(jié)神化嫁光電池組件與所述通 光掩模板均設(shè)置于所述太陽(yáng)敏感器的外側(cè)表面，且所述單片Ξ結(jié)神化嫁光電池組件所在平 面與所述通光掩模板所在平面大致處于同一平面；
[0013] 所述信號(hào)采集處理及通訊單元包括信號(hào)采集處理單元、通訊單元和PROM程序存儲(chǔ) 器，所述信號(hào)采集處理單元用于從所述PROM程序存儲(chǔ)器下載PROM程序、對(duì)所述太陽(yáng)敏感器 探頭的輸入電流進(jìn)行處理和通過所述通訊單元與衛(wèi)星平臺(tái)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0014] 進(jìn)一步的，所述通訊單元為無線通訊單元，所述無線通訊單元包括無線通訊收發(fā) 器和PCB天線，用W實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星平臺(tái)間的短距離低功耗的無線數(shù)據(jù)傳輸。
[0015] 進(jìn)一步的，所述太陽(yáng)敏感器進(jìn)一步包括能量存儲(chǔ)單元，所述電源管理單元將供給 所述信號(hào)采集處理及通訊單元后富余的能量輸送給所述能量存儲(chǔ)單元進(jìn)行能量的存儲(chǔ)，所 述能量存儲(chǔ)單元用W在所述太陽(yáng)敏感器處于低光照或無光照的條件下提供能量W及在通 訊收發(fā)的瞬間大能耗時(shí)提供能量。
[0016] 進(jìn)一步的，所述能量存儲(chǔ)單元采用超級(jí)電容進(jìn)行能量的存儲(chǔ)。
[0017] 進(jìn)一步的，所述電源管理單元可提供主電源和副電源兩路電源，所述主電源為所 述信號(hào)采集處理及通訊單元供電，副電源為所述PROM程序存儲(chǔ)器供電。
[0018] 進(jìn)一步的，所述電源管理單元可提供主電源和副電源兩路電源，所述主電源為所 述信號(hào)采集處理及通訊單元和所述超級(jí)電容供電，副電源為所述PROM程序存儲(chǔ)器供電。
[0019] 進(jìn)一步的，所述副電源比所述主電源先達(dá)到額定電壓。
[0020] 進(jìn)一步的，在所述四象限型單結(jié)神化嫁光電池組件的四周設(shè)置監(jiān)視碼電池，所述 監(jiān)視碼電池為光敏器件，用W監(jiān)視光照處于視場(chǎng)內(nèi)外的狀態(tài)W及太陽(yáng)出入視場(chǎng)的方向。
[0021] 進(jìn)一步的，在所述太陽(yáng)敏感器處于低光照或無光照狀態(tài)時(shí)，所述信號(hào)采集處理單 元的處理器根據(jù)所述能量存儲(chǔ)單元的儲(chǔ)能情況和預(yù)計(jì)的低光照或無光照狀態(tài)持續(xù)時(shí)間，調(diào) 整所述太陽(yáng)敏感器與衛(wèi)星平臺(tái)間通訊的收發(fā)周期和/或收發(fā)模式。
[0022] 進(jìn)一步的，所述調(diào)整所述太陽(yáng)敏感器與衛(wèi)星平臺(tái)間通訊的收發(fā)周期為：增大所述 太陽(yáng)敏感器與衛(wèi)星平臺(tái)間通訊的周期間隔;所述調(diào)整所述太陽(yáng)敏感器與衛(wèi)星平臺(tái)間通訊的 收發(fā)模式為:所述太陽(yáng)敏感器只進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送操作，不進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)的接收操作。
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] (1)采用單片Ξ結(jié)神化嫁光電池組件替代娃光電池組件，實(shí)現(xiàn)高效率的光電轉(zhuǎn)換， 能夠在大視場(chǎng)、大入射角下啟動(dòng)能量收集工作，實(shí)現(xiàn)光伏微能量收集使產(chǎn)品在大視場(chǎng)的情 況下仍能夠工作；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了單基片光電池組件各通道的正電流輸出，其帶來的益處為：電 路系統(tǒng)只采用單電源供電即可，無需提供負(fù)電壓，降低了電源管理單元的設(shè)計(jì)難度及器件 開銷;此外，神化嫁光電池組件可在大溫度范圍下工作且具備抗福照能力，具有在空間環(huán)境 下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的優(yōu)點(diǎn);采用的神化嫁光電池組件，具有超高光電轉(zhuǎn)換效率，能夠在使用單 片較小面積的光伏電池啟動(dòng)能量的收集轉(zhuǎn)移工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化設(shè)計(jì)，有效滿足了微 型化、小型化衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展需求；
[0025] (2)采用短距離低功耗通訊模塊，配合PCB天線，可使產(chǎn)品達(dá)到無線纜設(shè)計(jì)，能夠?qū)?現(xiàn)與衛(wèi)星平臺(tái)間的短距離低功耗的無線數(shù)據(jù)傳輸，免去對(duì)導(dǎo)電滑環(huán)和電纜的依賴，有效提 高了系統(tǒng)集成度W及滿足了快速組裝、快速測(cè)試和快速替換的衛(wèi)星平臺(tái)需求;同時(shí)，較低水 平的負(fù)載很大程度給能量供給單元減輕了負(fù)擔(dān)，使產(chǎn)品的體積、重量設(shè)計(jì)更加輕便；
[00%] (3)電源管理系統(tǒng)既可直接對(duì)信號(hào)處理單元、無線通訊單元供電外，還可將富余出