CN104410038B - 一种放电调节电路过压保护电路 - Google Patents

Abstract

一种放电调节电路的过压保护电路，包括脉宽调制电路，逻辑控制电路，计数电路，过压检测电路，计数延时电路和触发电路，主误差放大电路输出电压与电源控制器中的放电调节电路中的脉宽调制信号进行比较，当主误差放大电路输出信号大于放电区间时，放电调节电路过压保护电路通过过压检测电路和计时延时电路来判断主误差放大电路输出信号和放电调节电路内部脉宽调制信号的逻辑关系是否正确；若两者逻辑关系不正确，放电调节电路保护电路通过其内部触发电路关断放电调节电路中的保护MOS管Q6、Q8，使放电调节电路不工作。本发明解决传统保护电路响应速度过慢和过压点设置困难的技术问题，具有提高航天电源可靠性和稳定性的有益效果。

Description

一种放电调节电路过压保护电路

技术领域

本发明涉及一种保护电路，特别涉及一种适用于航天放电调节电路的输出过压保护电路。

背景技术

航天器在空间运行时电源控制器为航天设备中的所有单机提供高质量的母线电压，其中放电调节电路是电源控制器中重要的组成部分之一。放电调节电路主要功能是对蓄电池组输出能源进行调节和控制，使蓄电池组输出能源经过放电调节电路调节后满足航天器的要求。根据航天器能源需求和航天可靠性设计要求电源控制器中的放电调节电路均采用多路放电调节电路并联输出工作模式，即多模块热冗余工作模式。当多路放电调节电路并联工作时，其中一路放电电路发生过压故障时，若不能及时切除故障模块，会导致整个电源控制器母线输出工作不正常，从而对航天器中其它设备造成次生灾害。

传统电源控制器中的放电调节电路过压保护电路采用各自单路输出电压与基准电压直接进行比较的工作方式。此方式存在两个缺点，一是过压响应速度过慢，使故障放电调节电路在还未进入过压保护状态前，已进入过流或限流工作状态，使放电调节电路中的过压保护功能形同虚设；二是过压点设置困难，过压点设置过高会对放电调节电路后级电路造成影响，过压点设置过低会容易引起过压保护电路的误触发。

发明内容

为了解决传统保护电路响应速度过慢和过压点设置困难的技术问题，本发明提供一种放电调节电路过压保护电路。

航天电源控制器中各个功能单元的工作状态由MEA电路统一进行控制，不同的功能单元占用不同的MEA输出电压区间。放电调节电路在正常工作状态下其MEA输入电压范围始终处于特定的电压范围区间之内。电源控制器中的所有并联工作的放电调节电路由MEA电路统一控制和管理，放电调节电路过压保护电路包含于每个电源控制器放电调节电路中。

MEA电路主要功能是对电源控制器母线电压进行实时采样和处理，并按照不同输出电压区间来对不同功能单元的电路进行控制，使电源控制器无论工作在何种状态和模式下，母线电压始终维持在一个稳定的范围内。

当MEA输出电压位于放电区间时，电源控制器内所有放电调节电路处于工作状态，放电调节电路中的脉宽调制电路输出一定的占空比，放电调节电路中的MOS调整管处于调制状态。当MEA输出电压大于放电区间时，电源控制器中的所有放电调节电路均处于不工作状态，放电调节电路中的脉宽调制电路无信号输出，放电调节电路中的MOS调整管处于关断状态。

放电调节电路过压电路工作原理是MEA输出电压与电源控制器中的放电调节电路中的脉宽调制信号进行比较，当MEA输出信号大于放电区间时，放电调节电路过压保护电路通过过压检测电路（N1）和计时延时电路（N2）来判断MEA输出信号和放电调节电路内部脉宽调制信号的逻辑关系是否正确；若两者逻辑关系不正确，放电调节电路保护电路通过其内部触发电路（N3）关断放电调节电路中的保护MOS管Q6、Q8，使放电调节电路不工作，从而实现放电调节电路过压保护功能。

放电调节电路过压保护电路包括：过压检测电路（N1），计数延时电路（N2），触发电路（N3）。

一种新型放电调节电路过压保护电路，其特征在于：所述的过压检测电路(N1)中，参考电压Vref连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接比较器X1的“-”端，MEA的输出电压信号Ve连接电阻R1一端，电阻R1的另一端连接比较器X1的“+”端和电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接比较器X1的输出端和或门电路X3的输入端1A连接，或门电路X3的输入端1A分别与或门电路X3的输入端1B、2A、2B相连接；比较器X1输出端与计数延时电路（N2）中与非门电路X4的输入端A连接；或门电路X3的输出端1Y连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接NPN型三极管Q1的基极，NPN型三极管Q1的集电极连接脉宽调制电路输出信号PWM1，NPN型三极管Q1的射极接地。或门电路X3的输出端2Y连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接NPN型三极管Q2的基极，NPN型三极管Q2的集电极连接脉宽调制电路输出信号PWM2，NPN型三极管Q2的射极接地。

一种新型放电调节电路过压保护电路，其特征在于：所述的计数延时电路(N2)中，脉宽调制电路输出信号PWM1连接或门电路X2的输入端A，脉宽调制电路输出信号PWM2连接或门电路X2的输入端B，或门电路X2的输出端Y连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接快恢复二极管D1的阳极，快恢复二极管D1的阴极连接电容C1的一端、电容C1的另一端接地，电阻R5与电容C1并联，与非门电路X4的输入端B与快恢复二极管D1的阴极连接；与非门电路X4的输出端Y连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接电容C2，电容C2的另一端连接快恢复二极管D2的阴极和快恢复二极管D3的阳极，快恢复二极管D2的阳极接地，快恢复二极管D3的阴极连接电容C3的一端、电容C3的另一端接地，电阻R7与电容C3并联，触发电路(N3)中D触发器X5的S端与快恢复二极管D3的阴级连接。

一种新型放电调节电路过压保护电路，其特征在于：所述的触发电路(N3)中，D触发器X5的输出端Q分别连接或门电路X6的输出端1A、或门电路X6的输入端2A；或门电路X6的输入端1B接地，或门电路X6的输入端2B接地，或门电路X6的输出端1Y连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接NPN型三极管Q3的基极，NPN型三极管Q3的发射极接地；电阻R12一端连接Vcc，另一端连接三极管Q3的集电极；或门电路X6的输出端2Y连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接NPN型三极管Q4的基极，NPN型三极管Q3的发射极接地，电阻R13一端连接Vcc，另一端连接三极管Q4的集电极；过压保护电路的输出信号OV1与NPN型三极管Q3的集电极连接，过压保护电路的输出信号OV2与NPN型三极管Q4的集电极连接。

在多路电路并联工作时，当出现过压现象后，它能够判断出导致过压的某一路，并关闭保护MOSFET管，使该路电路关闭，提高了航天电源的可靠性、稳定性。

本发明通过实物验证，达到了如下的指标：过压时间10ms，最大母线电压超出正常母线电压值不超过3V。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为航天器用电源控制器原理图；

图2 放电调节电路原理图；

图3为本发明一种放电调节电路过压保护电路；

图4为本发明的实验波形。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细的描述。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

航天电源控制器功率电路主要由分流电路（SR）、充电控制电路（BCR）、放电调节电路（BDR）和电压误差放大电路（MEA）组成，其工作原理如图1所示。MEA对电源控制器母线进行采样，将采样结果通过MEA处理和放大后输出控制电压Ve分别送到分流电路、充电电路和放电电路中。在航天电源控制器中MEA输出控制电压Ve范围分为分流域、充电域和放电域三个不同的电压区间。当太阳电池阵输出电流大于输出负载要求时电源控制器输出控制电压Ve工作在分流域或充电域中，当太阳电池阵输出电流小于输出负载要求时放电调节电路处于工作状态，MEA输出控制电压Ve工作在放电域。

电源控制器中放电调节电路采用升压型放电电路，其工作拓扑为Weinberg电路形式，其优点是输出电流控制方式简单；电路工作稳定性强；输出纹波低。

放电调节电路通过调节脉宽调制电路输出占空比D的大小来调节放电电路输出电压的大小。图2所示为放电调节电路weinberg的电路框图。当MEA输出控制电压Ve工作在放电域时，放电调节电路根据输出电压Vout与输入电压Vin的关系Vout=（1+D）Vin，其中D为MOSFET管Q5或Q7的占空比，使放电调节电路工作在正常开关调节状态。正常状态下当MEA输出控制电压Ve输出电压值高于放电工作域，脉宽调制电路（N4）PWM1和PWM2输出信号为“0”，即无任何脉宽调制信号输出。当MEA输出控制电压Ve输出电压值高于放电工作域，且脉宽调制电路（N4）PWM1和PWM2存在脉宽信号输出，则放电调节电路处于过压故障状态。

放电调节电路过压保护执行过程为：当放电调节电路处于过压状态时，电源控制器母线电压升高，MEA输出控制电压Ve电压将高于放电工作域，通过过压检测电路（N1）对Ve信号与放电电路内部的基准信号Vref进行比较，当Ve信号大于Vref时，如图3所示比较器X1输出端口“A”输出高电平；计数延时电路（N2）对脉宽调制电路（N4）的输出信号PWM1和PWM2进行实时采样，放电电路处于过压状态时脉宽调制电路（N4）PWM1信号和PWM2信号存在占空比输出，PWM1信号和PWM2信号通过或门电路X2处理后，再经过电阻R4和快恢复二极管D1与电容C1后，与非门输入端口B为高电平，通过与非门电路X4处理后，与非门电路输出“0”电平。当X1输出端口“A”输出高电平的同时过压检测电路（N1）中的或门电路输出高电平，三级管Q1、Q2导通将脉宽调制电路（N4）的PWM1和PWM2输出拉低，PWM1和PWM2输入到计数延时电路（N2）中的PWM1和PWM2信号为“0”电平，X2输出为“0”电平，此时与非门电路X4输出“1”电平。通过对与非门电路X4输出“0”——“1”电平之间的反复跳变，X4输出信号经过电阻R6和电容C2以及快恢复二极管D3对电容C3进行充电，电容C3的电压开始逐渐上升，在5-10个循环周期以后，电容C3的电压达到D触发器X5的高电平阈值，D触发器X5的输出由低电平转换为高电平，NPN型三极管Q3和NPN型三极管Q4饱和导通，过压保护信号OV1和过压保护信号OV2由高电平变为低电平，保护MOSFET管Q6和Q8关断，蓄电池直通，从而实现变换器的过压保护功能。

图4为本发明的实验波形，其中曲线1为输出电压的波形图，曲线2为电压误差放大电路的输出信号Ve的波形图，曲线3为与非门电路X4的输入端B的波形图，从图中可以看出，过压时间为10ms，输出电压超出正常值3V。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公共常识，本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种放电调节电路的过压保护电路，其特征在于：包括脉宽调制电路，过压检测电路、计数延时电路和触发电路；所述计数延时电路包括逻辑控制电路和计数电路；所述过压检测电路通过比较主误差放大电路的输出信号Ve，和基准信号Vref，来控制所述脉宽调制电路输出信号PWM1和PWM2的工作状态；所述计数延时电路根据输入信号PWM1、PWM2和主误差放大电路输出信号Ve与基准信号Vref比较输出结果A，通过所述逻辑控制电路，并产生若干个开关脉冲，开关脉冲由所述计数电路对其进行计数和处理；待所述计数电路计满数后，触发电路中D触发电路X5输出一高电平触发信号，触发信号驱动晶体管Q3、Q4导通，使触发电路的OV1和OV2输出低电平，从而放电调节电路中保护MOSFET管Q6和Q8处于关断状态，放电调节电路不工作，并自动退出供电网络。

2.根据权利要求1所述的放电调节电路的过压保护电路，其特征在于所述的过压检测电路中，参考电压Vref连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接比较器X1的“-”端，主误差放大电路的输出信号Ve连接电阻R1一端，电阻R1的另一端连接比较器X1的“+”端和电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接比较器X1的输出端，比较器X1的输出端与或门电路X3的输入端1A、1B、2A、2B以及所述计数延时电路中与非门电路X4的输入端A相连接；或门电路X3的输出端1Y连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接NPN型三极管Q1的基极，NPN型三极管Q1的集电极连接所述脉宽调制电路的输出信号PWM1，NPN型三极管Q1的射极接地；或门电路X3的输出端2Y连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接NPN型三极管Q2的基极，NPN型三极管Q2的集电极连接所述脉宽调制电路的输出信号PWM2，NPN型三极管Q2的射极接地。

3.根据权利要求1所述的放电调节电路的过压保护电路，其特征在于所述的计数延时电路中，所述脉宽调制电路的输出信号PWM1连接或门电路X2的输入端A，所述脉宽调制电路的输出信号PWM2连接或门电路X2的输入端B，或门电路X2的输出端Y连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接快恢复二极管D1的阳极，快恢复二极管D1的阴极连接电容C1的一端、电容C1的另一端接地，电阻R5与电容C1并联，电阻R5的一端连接与非门电路X4的输入端B，电阻R5的另一端接地；与非门电路X4的输出端Y连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接电容C2，电容C2的另一端分别连接快恢复二极管D2的阴极和快恢复二极管D3的阳极；快恢复二极管D2的阳极接地，快恢复二极管D3的阴极连接电容C3的一端，电容C3的另一端接地，电阻R7与电容C3并联。

4.根据权利要求1所述的放电调节电路的过压保护电路，其特征在于所述的触发电路中，D触发器X5的输出端Q分别连接或门电路X6的输入端1A、2A，或门电路X6的输入端1B、2B接地，或门电路X6的输出端1Y连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接NPN型三极管Q3的基极，NPN型三极管Q3的发射极接地，电阻R12一端与三极管Q3集电极相连接，另一端连接Vcc；或门电路X6的输出端2Y连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接NPN型三极管Q4的基极，NPN型三极管Q3的发射极接地，电阻R13一端与三极管Q4集电极相连接，另一端连接Vcc，过压保护电路的输出信号OV1与NPN型三极管Q3的集电极连接，过压保护电路的输出信号OV2与NPN型三极管Q4的集电极连接。

5.根据权利要求1所述的放电调节电路的过压保护电路，其特征在于所述放电调节电路工作拓扑为Weinberg电路形式。