CN103684396A - 航天器多通道冷热机隔离技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了航天器多通道冷热机隔离技术，该隔离技术包括数字信号主备隔离电路和模拟信号主备隔离电路，所述数字信号主备隔离电路包括第一隔离二极管和第二隔离二极管，所述模拟信号主备隔离电路包括第一模拟开关和第二模拟开关。由于上述设置，在主机工作时，第二隔离二极管和第二模拟开关断开，而隔离主机和备机，在备机工作时，第一隔离二极管和第一模拟开关断开而隔离主机和备机，所以，能够使得冷热机之间不会互相干扰和串电。

Description

航天器多通道冷热机隔离技术

技术领域

本发明涉及航天器电子产品采用冷备份冗余机制的冷热机电路隔离设计，尤其涉及主机和备机之间的互相干扰和串电的计数。

背景技术

航天器产品以其任务的重要性对可靠性有非常严格的要求，为提高飞行任务的可靠性，除了在元器件、原材料等方面选用较高的宇航等级外，普遍的做法是采用系统冗余的方法。

相比于热冗余机制，冷备份的系统冗余以其结构清晰，工作机制简单以及可靠性较高等优点得到了越来越多的采用。在对实时性要求不十分严格的情况下一般都采用冷备份的冗余机制。相比于热备份模式，在冷备份系统中如何确保冷机的完全隔离是一个突出的问题。

在一般电路中主要有2种信号进行传输：数字信号和模拟信号。数字信号的输入源一般为开关信号，开关装置的通断代表2种极性的数字信号，比如图1中，在电路设计中一般采用上拉电阻R1或R2将2种不同的输入极性转换成高低电平，在有抗干扰要求的电路中还需要设计滤波电路去除不期望出现的毛刺。

在冷备份电路中的数字信号接口电路就会设计2套，不可避免的是由于共输入源端，主备电路供电电源之间会形成潜通路，主备之间的阻抗与上拉电阻（R3和R4）的阻值相关（图2）。并且更严重的情况是在输入源通道较多的情况下，主备之间的阻抗将更小，最终的结果将是在一机工作的情况下，供电电源通过潜通路串到另一机的电源，冷备份的机制就失效了。

所以，现有的冷热机隔离计数不能完全将冷热机隔离。

发明内容

本发明要解决的技术问题是冷机的完全隔离的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种航天器多通道冷热机隔离技术，该隔离技术包括数字信号主备隔离电路和模拟信号主备隔离电路，其中，所述数字信号主备隔离电路包括第一隔离二极管和第二隔离二极管，所述第一隔离二极管的正极连接主机电源和主机，所述第二隔离二极管的正极连接备机和备机电源，第一隔离二极管的负极和第二隔离二极管的负极相连接；所述模拟信号隔离电路包括第一模拟开关和第二模拟开关，该第一模拟开关连接主机和主机电源，具有依序三个选通端和依序的八个数据通道，其中，该三个选通端接地，第一个数据通道接地；该第二模拟开关连接备机和备机电源，具有依序三个选通端和依序的八个数据通道，其中，该第二模拟开关的三个选通端接地，该第二模拟开关的第一个数据通道接地，

作为一种改进方案，所述第一隔离二极管的反向电阻至少10MΩ，所述第二隔离二极管的反向电阻至少10MΩ。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于本发明的数字信号主备隔离电路包括第一隔离二极管和第二隔离二级管，在主机工作时，第二隔离二极管被反向，将主机电源和主机与备机隔离，在备机工作时，第一隔离二极管被反向而将备机电源和备机与主机隔离，所以，能够实现数字信号的隔离；由于模拟信号主备隔离电路包括第一模拟开关和第二模拟开关，主机工作时，第二模拟开关的三个选通端均接地，所以，第二模拟开关始终输出为0，所以，没有电压信号进入备机，而当备机工作时，第一模拟信号的三个选通端被接地，所以，第一模拟开关始终输出为0，这样，没有电压信号进入主机，所以，能够将主机和备机完全隔离。

附图说明

图1是现有的数字信号的输入接口原理示意图。

图2是现有的冷备份系统中数字信号接口电路主备串电示意图。

图3是冷备份模式下数字信号隔离电路的原理示意图。

图4是冷备份模式下模拟信号隔离电路的原理示意图。

具体实施方式

请参阅图3和图4，本发明的航天器多通道冷热机隔离技术，冷机在本实施例中称之为备机，热机在本实施例中称之为主机，包括数字信号主备隔离电路1和模拟信号主备隔离电路2，其中，所述数字信号主备隔离电路1包括第一隔离二极管11和第二隔离二极管12，所述第一隔离二极管11的正极连接主机电源3和主机4，所述第二隔离二极管12的正极连接备机电源5和备机6，第一隔离二极管11的负极和第二隔离二极管12的负极相连接，用于接收输入，在本实施例中，所述第一隔离二极管11的反向电阻至少10MΩ，所述第二隔离二极管12的反向电阻至少10MΩ，所述第一隔离二极管11和第二隔离二极管12的选择很重要，在这个接口电路中主备路之间的通路如图3所示，由于第一隔离二极管11和第二隔离二极管12的阻隔，串电现象得到了抑制（原因后述）。在多通道信号输入的冷备份系统中，多路的并联仍然会导致主机电源和备机电源之间的阻抗急剧降低。在选择快恢复等类型二极管器件的情况下，由于二极管本身的反向电阻并不十分大（一般此类二极管反向电阻在200 kΩ～500kΩ），在多路（50路以上）接口电路的并联效应作用下，主备电源之间的阻抗仍然能够达到4 kΩ～10kΩ，不可避免还是有部分电压会串入冷机电路，导致冷备份不完全。故第一隔离二极管11和第二隔离二极管12需要选择至少具备10MΩ的反向电阻，才能够消除主机和备机之间的串电现象（串电现象在本实施例中包括主机在工作时电流流向备机而使得备机工作，或者备机工作时而使得电流流向主机）。

请继续参阅图3，数字信号隔离电路的工作过程如下：

在主机4工作时，第一隔离二极管11被导通，由此，使得第二隔离二极管12截止（负极电压大于正极电压），所以，备机6被该第二隔离二极管12隔离，以此可以类推，当备机6工作时，第二隔离二极管12被导通而使得第一隔离二极管11截止（负极电压大于正极电压），所以，因为设置有第一隔离二极管11和第二隔离二极管12，数字信号隔离电路1能够完全隔离主机4和备机6。

请参阅图4，图4为冷备份模式下模拟信号隔离电路的原理示意图。如图4所示，所述模拟信号隔离电路2包括第一模拟开关21和第二模拟开关22，该第一模拟开关21连接主机3和公共电源4，具有依序三个选通端（SEL_A(主)、SEL_B(主)和SEL_C(主)）和依序的八个数据通道(I/O0～I/O7)，其中，该三个选通端（SEL_A(主)、SEL_B(主)和SEL_C(主)）接地，第一个数据通道I/O0接地；该第二模拟开关22连接公共电源4和备机5，具有依序三个选通端（SEL_A(备)、SEL_B(备)和SEL_C(备)）和依序的八个数据通道(I/O0～I/O7)，其中，该第二模拟开关22的三个选通端接地（SEL_A(备)、SEL_B(备)和SEL_C(备)），该第二模拟开关22的第一个数据通道I/O7接地，第一模拟开关21在选通端（SEL_A(主)、SEL_B(主)和SEL_C(主)）的控制下的真值表如下表1所示，

表1  信号真值表

INHIBIT	C	B	A	输出	备注
						0	0	0	0	I/O0	接地（0V）
0	0	0	1	I/O1
						0	0	1	0	I/O2
0	0	1	1	I/O3
						0	1	0	0	I/O4
0	1	0	1	I/O5
						0	1	1	0	I/O6
0	1	1	1	I/O7

所述第二模拟开关22在选通端（SEL_A(备)、SEL_B(备)和SEL_C(备)）的控制下真值表参阅表1，在此不再赘述。

在图4所示的模拟开关隔离电路中，第一模拟开关21和第二模拟开关22使用公共的电源供电，确保模拟开关指向第一个通道，在主机工作时，第二模拟开关22的选通端在下拉电阻的作用下全为低电平，参见上述真值表，此种情况下，第一个数据通道I/O的输出为0V而使得第二模拟开关22的输出为0V，从而，没有电压进入采样电路中，起到了隔离的作用；当备机工作时，与主机连接的第一模拟开关21的输出为0，原因参见第二模拟开关22的输出为0的情况，在此不再赘述。

综上所述，通过第一隔离二极管11、第二隔离二极管12、第一模拟开关21和第二模拟开关22的设置，且使得第一隔离二极管11和第二隔离二极管12的负极相连以及第一模拟开关21和第二模拟开关22选通端的控制，使得本发明的主机和备机完全隔离。

Claims (2)

1.航天器多通道冷热机隔离技术，其特征在于：包括数字信号主备隔离电路和模拟信号主备隔离电路，其中，

所述数字信号主备隔离电路包括第一隔离二极管和第二隔离二极管，所述第一隔离二极管的正极连接主机电源和主机，所述第二隔离二极管的正极连接备机和备机电源，第一隔离二极管的负极和第二隔离二极管的负极相连接；

所述模拟信号隔离电路包括第一模拟开关和第二模拟开关，该第一模拟开关连接主机和主机电源，具有依序三个选通端和依序的八个数据通道，其中，该三个选通端接地，第一个数据通道接地；该第二模拟开关连接备机和备机电源，具有依序三个选通端和依序的八个数据通道，其中，该第二模拟开关的三个选通端接地，该第二模拟开关的第一个数据通道接地。

2.根据权利要求1所述的航天器多通道冷热机隔离技术，其特征在于：所述第一隔离二极管的反向电阻至少10MΩ，所述第二隔离二极管的反向电阻至少10MΩ。

Images