太陽電池電容時域測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太陽電池電容時域測試裝置及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于目前通訊衛(wèi)星領(lǐng)域，主要的能源來自于太陽電池，太陽電池的電容動態(tài)參數(shù)對于設(shè)計一個可靠的、有效的空間太陽電池方陣是一個重要參數(shù)之一。了解太陽電池的電容動態(tài)行為對于設(shè)計空間太陽方陣開關(guān)能力大小和調(diào)節(jié)控制器的可靠性是必需的。它直接影響空間太陽電池陣中電源控制器的接口兼容性。
[0003]太陽電池是一種有源器件，自身電容隨光照和外部電壓是不斷變化的，其電容是個動態(tài)的非線性電容，不能用一般的用于測靜態(tài)P-N結(jié)電容的測試設(shè)備如LRC測試儀或萬用表等進行測試。
[0004]目前國際上測試太陽電池電容采用是采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀使用阻抗光譜法測試其頻域電容，得到太陽電池的等效電容，這種頻域技術(shù)通過應(yīng)用于小信號交流工作點在頻域范圍內(nèi)的響應(yīng)得到太陽電池的電容。但是該測試手段，使用儀器設(shè)備如網(wǎng)絡(luò)分析儀昂貴，數(shù)據(jù)處理相當(dāng)復(fù)雜，需要在頻域內(nèi)作多次積分疊代，數(shù)據(jù)需要作多次修正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種太陽電池電容時域測試裝置及測試方法。該太陽電池電容時域測試裝置及測試方法采用時域測試的方式，相比于頻域測試，具有硬件結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，相比與頻域測試方法，具有測試效率高的優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種太陽電池電容時域測試裝置，至少包括:
[0008]DC電源，該DC電源的電壓調(diào)節(jié)范圍是0V?20V ；
[0009]脈沖發(fā)生電路，所述脈沖發(fā)生電路的控制端子Portl與場效應(yīng)管Q的柵極電連接，所述脈沖發(fā)生電路用于控制驅(qū)動場效應(yīng)管Q的開關(guān)，同時控制所述開關(guān)控制電路的開關(guān)；
[0010]場效應(yīng)管Q，該場效應(yīng)管Q用于當(dāng)所述太陽電池飽和后放電的通路；
[0011 ] 開關(guān)控制電路，該開關(guān)控制電路包括與脈沖發(fā)生電路輸出端子電連接的脈沖控制端子Portl、與DC電源輸出端子電連接的取電端子VCC、與恒定直流電源輸出端子連接的取電端子Vd、與場效應(yīng)管Q的漏極電連接的端子Port2 ;該脈沖控制端子Portl通過第四電阻R4與第四PNP三極管T4的發(fā)射極電連接，該第四PNP三極管T4的基極接地，該第四PNP三極管T4的集電極通過第五電阻R5與第三NPN三極管T3的基極電連接；該第三NPN三極管T3的發(fā)射極接直流電源Vd為-5V，第五電阻R5通過第六電阻R6與第三NPN三極管T3的發(fā)射極電連接；該第三NPN三極管T3的集電極通過第十電阻R10與取電端子VCC電連接；該取電端子VCC與第一 PNP三極管T1的發(fā)射極電連接，該第一 PNP三極管T1的集電極與二極管D1的正極電連接，該二極管D1負(fù)極通過第一電阻R1與端子Port2電連接；該第一PNP三極管T1的基極通過第八電阻R8與第二 ΝΡΝ三極管Τ2的集電極電連接；該第二 ΝΡΝ三極管Τ2的基極與第三ΝΡΝ三極管Τ3的集電極電連接；該第二 ΝΡΝ三極管Τ2的發(fā)射極接直流電源Vd為-5V ;該第二 NPN三極管T2的基極和發(fā)射極之間連接有第七電阻R7 ;取電端子VCC和第一 PNP三極管T1的基極之間連接有第九電阻R9 ;
[0012]所述端子Port2與場效應(yīng)管Q的漏極電連接；
[0013]所述場效應(yīng)管Q的漏極、待測電阻Rs、太陽電池S、所述場效應(yīng)管Q的源極依次串聯(lián)組成第一回路；
[0014]DC電源、開關(guān)控制電路、場效應(yīng)管Q的漏極、待測電阻Rs、所述場效應(yīng)管Q漏極、太陽電池S組成第二回路；
[0015]第一示波器，該第一示波器與測試電阻Rs并聯(lián)；
[0016]第二示波器，該第二示波器與太陽電池S并聯(lián)。
[0017]一種太陽電池電容時域測試裝置的測試方法，包括如下步驟:
[0018]步驟一、將上述太陽電池電容時域測試裝置和太陽電池置于實驗環(huán)境中，上述實驗環(huán)境包括如下參數(shù):溫度范圍21°C?23°C，照度范圍是0?10 4Lx ;
[0019]步驟二、開啟脈沖控制電路，該脈沖控制電路輸出方波信號；調(diào)節(jié)DC電源的輸出電壓，使第二示波器監(jiān)測的太陽電池兩端電壓為0.2V，此時利用第一示波器記錄待測電阻Rs兩端電壓隨時間變化的放電曲線，利用第二示波器記錄太陽電池電壓隨時間變化曲線；
[0020]步驟三、將第一示波器測試待測電阻Rs的放電結(jié)果繪制在一張二維坐標(biāo)系中；該二維坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)軸為時間；縱坐標(biāo)軸為待測電阻Rs兩端的電壓；進而形成多個離散點，將離散點按照時間點先后順序依次連接形成第一曲線，該第一曲線為待測電阻Rs兩端電壓隨時間變化曲線U-t，將該第一曲線中離散點的縱坐標(biāo)值分別除以待測電阻Rs的阻值，得到的縱坐標(biāo)值為流過Rs的電流，以該電流值為新的縱坐標(biāo)，原離散點的橫坐標(biāo)值，重新繪制曲線，得到第二曲線，該第二曲線為通過待測電阻Rs電流隨時間變化曲線Ι-t ；
[0021 ] 步驟四、利用第二曲線獲取太陽電池電容放電總電量％，該第二曲線與時間軸之間圍成的面積，即為太陽電池電容放電總電量Qi;
[0022]步驟五、調(diào)節(jié)DC電源的輸出電壓，使第二示波器監(jiān)測的太陽電池的兩端電壓每次增加Aa V，直至第η次，其中m為整數(shù)，且1彡η彡1+^/a，Voc為太陽電池開路電壓；
[0023]步驟六、重復(fù)步驟一、步驟二、步驟三、步驟四和步驟五，分別得到太陽電池放電總電量QuQfl同時得到太陽電池電容放電電壓Un= 0.2+a*(n-l)；
[0024]步驟七、利用下列公式計算得出太陽電池的等效電容:Cn= Qn/Un;其中:Cn為等效電容；Qn為總電量；將η次測得的Cn取平均值得到需要測試的太陽電池的等效電容。
[0025]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0026]1、本發(fā)明采用時域測試方法，不需要網(wǎng)絡(luò)分析儀等昂貴設(shè)備，只需要設(shè)計開關(guān)電路和轉(zhuǎn)換電路，可變電源及示波器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，數(shù)據(jù)處理過程相對采用頻域測試方法簡單不需要很多積分迭代，只需要幾次線性積分處理，測試過程時間較短，特別適合測量一些非線性器件的交流參數(shù)，能夠應(yīng)用在太陽電池單體或太陽電池陣等效電容的測試。
[0027]2、準(zhǔn)確度較高:測試結(jié)果與采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀頻域測試結(jié)果相比較，結(jié)果基本一致，平均誤差2.3%。
[0028]3、應(yīng)用廣泛:本測試方法可以廣泛用于空間系統(tǒng)衛(wèi)星太陽陣太陽電池的檢驗和測試，保障空間電池方陣的可靠。
【附圖說明】
:
[0029]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例的電路框圖；
[0030]圖2為本發(fā)明優(yōu)選實例的具體電路圖；
[0031]圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例的開關(guān)控制電路原理圖；
[0032]圖4為本發(fā)明優(yōu)選實施例的脈沖發(fā)生電路原理圖；
[0033]圖5為采用本發(fā)明測試方法在太陽電池不同偏壓下的待測電阻兩端、太陽電池兩端以及脈沖輸出的變化曲線；
[0034]圖6為應(yīng)用本發(fā)明對編號為5E684-9-2的GaAs太陽電池測試出的結(jié)果。
【具體實施方式】
[0035]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0036]參閱圖1、圖2、