CN101820215B - 一种卫星负载自断电与加电控制模块 - Google Patents

Abstract

一种卫星负载自断电与加电控制模块，涉及航天的故障处理技术领域。解决了传统卫星负载发生单粒子锁定故障时，无法自主进行断电再加电并解除锁定故障的问题。电源模块与NMOS管的漏极相连，NMOS管的源极接地，二极管的阴极与NMOS管的栅极相连，阳极与PMOS管的源极相连，电源模块与PMOS管的漏极相连，第一电容的一端连接在NMOS管的栅极与二极管阴极的中间，另一端接地，第一电阻一端连接在二极管的阳极与PMOS管源极的中间，另一端接地，第二电容和第二电阻并联在电源模块的供电电压输出端与PMOS管的栅极之间，电源模块与嵌入式处理器相连，嵌入式处理器与PMOS管的栅极相连，本发明适用于航天卫星负载控制。

Description

一种卫星负载自断电与加电控制模块

技术领域

本发明涉及航天的故障处理技术领域。

背景技术

随着现代卫星技术的发展和进步，卫星的数量在急速增加，进一步加重了测控资源的任务，为更好的利用和减轻测控资源，这要求其卫星具有高的自主运行能力，合理有效的自主故障诊断和处理技术是卫星自主性的一个重要方面，是当今卫星控制技术发展的趋势,它在减轻地面测控负担、降低卫星运行费用、提高卫星的生存能力和扩展卫星的应用潜力等方面具有重要意义。在轨运行卫星不可避免受空间粒子影响，卫星负载会出现单粒子翻转、单粒子锁定故障，常规卫星负载在设计时考虑当计算机发生单粒子翻转故障时，可以通过复位解除故障状态；发生单粒子锁定故障时，卫星姿态将出现失控状态，需在经过地面测控站人工干预进行开关机操作解除故障状态，长时间的锁定故障能引起卫星负载或器件烧毁，为了能及时有效的处理单粒子锁定故障需卫星负载具备自主断电再加电能力。

发明内容

本发明为了解决传统卫星负载发生单粒子锁定故障时，无法自主进行断电再加电并解除锁定故障的问题，提出一种卫星负载自断电与加电控制模块。

一种卫星负载自断电与加电控制模块，包括直流-直流电源模块、NMOS管、PMOS管、二极管、嵌入式处理器、第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻，

所述直流-直流电源模块的使能输出端与NMOS管的漏极相连，NMOS管的源极接地，NMOS管的栅极与二极管的阴极相连，二极管的阳极与PMOS管的源极相连，直流-直流电源模块的供电电压输出端与PMOS管的漏极相连，第一电容的一端连接在NMOS管的栅极与二极管阴极的中间，第一电容的另一端接地，第一电阻的一端连接在二极管的阳极与PMOS管源极的中间，第一电阻的另一端接地，第二电容和第二电阻并联在直流-直流电源模块的供电电压输出端与PMOS管的栅极之间，直流-直流电源模块的供电电压输出端与嵌入式处理器的供电电压输入端相连，嵌入式处理器复位信号PIO输出端与PMOS管的栅极相连，嵌入式处理器内部集成有卫星负载控制模块和“看门狗电路”，卫星负载控制模块的喂狗信号输出端与“看门狗电路”的信号输入端相连，嵌入式处理器正常工作时，卫星负载控制模块周期性地产生喂狗信号，如果卫星负载控制模块在一定时间内没有产生喂狗信号，则“看门狗电路”会产生复位信号，复位信号通过嵌入式处理器的复位信号PIO输出端传递至PMOS管的栅极，PMOS管将在上述复位信号的触发下导通。

嵌入式处理器内部嵌入卫星负载控制模块。

本发明的装置可根据卫星负载工作状态，通过硬件电路实现卫星负载的自主断电/再加电功能，进而解除卫星负载受空间环境影响引起的短期故障。当卫星负载受空间环境影响，发生单粒子锁定故障时，可以自主进行断电再加电，解除锁定故障。

附图说明

图1为一种卫星负载自断电与加电控制模块的结构示意图。图2为具体实施方式二的结构示意图。图3具体实施方式三的相关点电压波形对照示意图。

具体实施方式

 具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，一种卫星负载自断电与加电控制模块，包括直流-直流电源模块1、NMOS管2、PMOS管3、二极管D1、嵌入式处理器5、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2，

所述直流-直流电源模块1的使能输出端与NMOS管2的漏极相连，NMOS管2的源极接地，NMOS管2的栅极与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极与PMOS管3的源极相连，直流-直流电源模块1的供电电压输出端与PMOS管3的漏极相连，第一电容C1的一端连接在NMOS管2的栅极与二极管D1阴极的中间，第一电容C1的另一端接地，第一电阻R1的一端连接在二极管D1的阳极与PMOS管3源极的中间，第一电阻R1的另一端接地，第二电容C2和第二电阻R2并联在直流-直流电源模块1的供电电压输出端与PMOS管3的栅极之间，直流-直流电源模块1的供电电压输出端与嵌入式处理器5的供电电压输入端相连，嵌入式处理器5复位信号PIO输出端与PMOS管3的栅极相连，嵌入式处理器5内部集成有卫星负载控制模块5-1和“看门狗电路”5-2，卫星负载控制模块5-1的喂狗信号输出端与“看门狗电路”5-2的信号输入端相连，嵌入式处理器5正常工作时，卫星负载控制模块5-1周期性地产生喂狗信号，如果卫星负载控制模块5-1在一定时间内没有产生喂狗信号，则“看门狗电路”5-2会产生复位信号，复位信号通过嵌入式处理器5的复位信号PIO输出端传递至PMOS管3的栅极，PMOS管3将在上述复位信号的触发下导通。

工作原理：直流-直流电源模块1将电源系统提供的一次电源电压转换为卫星负载所需的各种二次电源电压。直流-直流电源模块1具有输出使能端控制功能，使能端具有内部上拉设计。使能端控制信号为一电平信号，高电平电源1输出有效，低电平电源1输出禁止。

NMOS管2的漏极与直流-直流电源模块1的使能输出端相连，NMOS管2的源极与地相连。系统正常工作时NMOS管2处于截止状态，直流-直流电源模块1的内部上拉保证使能端为高电平有效状态，直流-直流电源模块1有电压输出，卫星负载可以正常工作。

二极管D1的阳极与PMOS管3的源极相连接，二极管D1的阴极与NMOS管2的栅极相连接。

嵌入式处理器5内部集成有卫星负载控制模块5-1和“看门狗电路”5-2，卫星负载控制模块5-1正常工作时，周期性地产生喂狗信号，如果卫星负载控制模块5-1在一定时间内没有产生喂狗信号，则“看门狗电路”5-2会产生复位信号，在该信号的触发下，PMOS管3将导通。

PMOS管3导通后通过二极管D1对第一电容C1充电，当第一电容C1电压超过NMOS管2的导通门限电压时NMOS管2导通，直流-直流电源模块1使能输出端INH下拉到低电平，直流-直流电源模块1无电压输出。直流-直流电源模块1无电压输出后，PMOS管3将处于截止状态，第一电容C1开始通过二极管D1放电，放电电流为二极管的反向电流。当第一电容C1上的电压低于NMOS管2的截止电压后，NMOS管2处于截止状态，直流-直流电源模块1使能允许，电源模块重新输出，嵌入式处理器5再次进入工作状态，实现一次自断电/加电控制过程。

本发明的优点是：结构简单、成本低廉、性能稳定、可靠性高，使用方便，设计灵活。本发明的自断电/加电电路是针对卫星负载受空间辐射影响设计的一种故障处理电路，可以解除单粒子翻转和锁定等故障。

具体实施方式二、结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同之处在于一种卫星负载自断电与加电控制模块，还包括第三电容C3和第四电容C4，所述第三电容C3串联在第一电容C1与接地点之间，所述第三电容C4串联在第一电容C2与接地点之间。

在具体实施方式一中所述的卫星负载自断电与加电控制模块中，第一电容C1及第二电容C2可能存在短路故障模式，当发生短路故障时，PMOS管3或NMOS管2将处于截止工作状态，嵌入式处理器5处于加电工作状态，不影响卫星负载的正常工作。由于第一电容C1及第二电容C2一般情况下工作在低压差状态，因此电容因高压失效的概率很小，在电容值不大的情况下，也可以用电容串联的方式预防电容短路失效模式的发生，如图2所示。当电容出现开路故障时，断电时间将很短，但出现断电状态是确定的，因为只有断电状态才能解除使能控制，而使能控制有效时为断电状态输出。

具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式一或二的不同之处在于嵌入式处理器5的型号为TSC695F。

具体实施方式四、本实施方式与具体实施方式一或二的不同之处在于直流-直流电源模块1为具有输出使能控制的直流-直流电源模块。

具体实施方式五、本实施方式与具体实施方式一、二、三或四的不同之处在于第一电容C1为1μF-10μF，二极管D1的正向导通电阻不大于1KΩ。

具体实施方式六、结合图3说明本实施方式，图1中的a点、b点和c点的电压曲线关系如图3所示，初始态情况下a点及b点电压均为0V，NMOS管2处于截止状态，直流-直流电源模块1的使能输出端内部上拉为高电平，直流-直流电源模块1有电压输出，嵌入式处理器5可以加电正常工作。当出现故障时，嵌入式处理器5中“看门狗电路”输出，c点变为低电平，使PMOS管3导通，经过二极管D1向第一电容C1充电，a点电平升高，当超过NMOS管2门限电压时，NMOS管2导通，直流-直流电源模块1使能输出端下拉到低电平，直流-直流电源模块1无输出电压，但由于负载第二电容C2的存在，输出电压逐渐下降为0V，输出电压维持的时间不小于10ms。在此期间，第一电容C1充电已达到饱和电压，并使NMOS管2处于导通状态。当负载电压下降0V后，PMOS管3处于截止状态，第一电容C1开始通过二极管D1放电，由于放电时二极管D1为反向连接，因此放电电流为二极管的反向电流，一般二极管的反向电流只有1μA左右。假设第一电容C1为1μF，放电电流为1μA，第一电容C1上的电压变化3V，则放电时间大约为3s。当C1上的电压低于NMOS管2的截止电压后，NMOS管2处于截止状态，直流-直流电源模块1使能允许，直流-直流电源模块1重新输出，嵌入式处理器5再次进入工作状态，实现一次自断电/加电控制过程。

第一电容C1的充放电时间常数是不同的。

充电时的路径为PMOS管3、二极管D1的正向导通电阻及第一电容C1，其充电时间常数主要由二极管D1的正向电阻及第一电容C1决定。二极管D1的正向导通电阻一般不大于1KΩ，因此充电时间常数为1ms，如果在直流-直流电源模块1输出禁止后输出电压能够维持10ms，则第一电容C1上的电压可以充电到饱和状态，使NMOS管2处于导通状态。

放电回路的路径为第一电容C1、二极管D1的反向电阻和第一电阻R1，其放电时间常数主要由第一电容C1及二极管D1反向电流决定。第一电容C1上的电压从饱和电压下降到NMOS管2的截止电压，设其电压变化量为1V，则放电时间常数大约为1s左右。如果希望放电时间长一些，可以通过选择反向电流较小的二极管，或增加第一电容C1的电容值，但增加电容值会导致充电时间常数变大，要求负载第二电容C2增加，以便能够有足够的时间将第一电容C1充电到饱和状态。在负载电容能够维持10ms的情况下，第一电容C1的最大值可以选择为10μF，因此放电时间常数可以在10s内进行选择，也就是自断电时间可以维持到10s左右。一般负载断电超过1s，就可以认为达到了完全断电状态。 

Claims (4)

1.一种卫星负载自断电与加电控制模块，其特征在于包括直流-直流电源模块(1)、NMOS管(2)、PMOS管(3)、二极管(D1)、嵌入式处理器(5)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述直流-直流电源模块(1)的使能输出端与NMOS管(2)的漏极相连，NMOS管(2)的源极接地，NMOS管(2)的栅极与二极管(D1)的阴极相连，二极管(D1)的阳极与PMOS管(3)的源极相连，直流-直流电源模块(1)的供电电压输出端与PMOS管(3)的漏极相连，第一电容(C1)的一端连接在NMOS管(2)的栅极与二极管(D1)阴极的中间，第一电容(C1)的另一端接地，第一电阻(R1)的一端连接在二极管(D1)的阳极与PMOS管(3)源极的中间，第一电阻(R1)的另一端接地，第二电容(C2)和第二电阻(R2)并联在直流-直流电源模块(1)的供电电压输出端与PMOS管(3)的栅极之间，直流-直流电源模块(1)的供电电压输出端与嵌入式处理器(5)的供电电压输入端相连，嵌入式处理器(5)复位信号PIO输出端与PMOS管(3)的栅极相连，嵌入式处理器(5)内部集成有卫星负载控制模块(5-1)和“看门狗电路”(5-2)，卫星负载控制模块(5-1)的喂狗信号输出端与“看门狗电路”(5-2)的信号输入端相连，嵌入式处理器(5)正常工作时，卫星负载控制模块(5-1)周期性地产生喂狗信号，如果卫星负载控制模块(5-1)在一定时间内没有产生喂狗信号，则“看门狗电路”(5-2)会产生复位信号，复位信号通过嵌入式处理器(5)的复位信号PIO输出端传递至PMOS管(3)的栅极，PMOS管(3)将在上述复位信号的触发下导通。

2.根据权利要求1所述的一种卫星负载自断电与加电控制模块，其特征在于还包括第三电容(C3)和第四电容(C4)，所述第三电容(C3)串联在第一电容(C1)与接地点之间，所述第四电容(C4)串联在第二电容(C2)与PMOS管(3)的栅极之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种卫星负载自断电与加电控制模块，其特征在于嵌入式处理器(5)的型号为TSC695F。

4.根据权利要求1或2所述的一种卫星负载自断电与加电控制模块，其特征在于第一电容(C1)为1μF-10μF，二极管(D1)的正向导通电阻不大于1KΩ。

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