CN104714579A - 基于rlc振荡放电的星载相机供电系统 - Google Patents

Abstract

基于RLC振荡放电的星载相机供电系统，涉及一种星载相机供电系统，解决现有星载相机设备中DC/DC模块一次电源和二次电源回线未能隔离，导致DC/DC模块的输入和输出级相互干扰，易对后级造成损伤等问题，采用DC/DC模块在其所在的电路接入时直接接入供电电路，通过控制其使能端禁止输出，避免在系统上电后DC/DC的接入引起供电电路的浪涌；采用磁保持继电器结合RLC充放电电路对DC/DC的工作使能端进行隔离控制，消除继电器机械开关的抖动，同时避免出现电容瞬间放电的大电流；根据回流面积最小原则对供电系统内部的共地进行了限定。

Description

基于RLC振荡放电的星载相机供电系统

技术领域

本发明涉及一种星载相机供电系统，具体涉及一种基于RLC振荡放电的星载相机供电系统。

背景技术

为保证继电器开关的可靠工作，磁保持继电器线圈的工作电压偏差要求不超过10％，而多星上设备同时启动可能引起供电电源波动大，超过磁保持继电器的正常工作范围，影响继电器寿命或导致继电器无法可靠进行开关操作。通常需要对DC/DC模块的输出状态进行控制，其控制信号的参考地为一次电源地，而其控制信号的参考地通常为二次电源地；可实现隔离控制的光耦器件电流传输比受温度、辐照等因素影响大，在航天设备上禁止使用，故现今的星载设备中DC/DC模块一次电源和二次电源地未能隔离，导致DC/DC模块的输入和输出级相互干扰，特别是针对供电波动大的电源，后对后级负载产生很大的干扰甚至造成损伤。现今主流的双输出DC/DC模块正负压负载不一致(通常是正压负载电流大负压负载电流小)时输出负压出现漂移(负电源的输出电压绝对值高于额定值)可能造成设备损坏问题；最近新推出的双输出DC/DC模块的输出电压不随负载出现漂移，但输出的正负最大功率一致，不能满足多数双电源负载正压功率大负压功率小的应用要求。另外，对于星上不同的负载，为保证相互通信的等电位需要把二次电源回线进行等电位连接，但随负载特性的不同其共地方式也不同，必须进行区分。

发明内容

本发明为解决现有星载相机设备中DC/DC模块一次电源和二次电源回线未能隔离，导致DC/DC模块的输入和输出级相互干扰，易对后级造成损伤；且现有双输出DC/CDC模块最大输出的正负功率一致，不能满足多数双电源正电源功率大负电源功率小的应用要求；对于星上不同负载需要二次电源回线进行等电位连接等问题，提供一种基于RLC振荡放电的星载相机供电系统。

基于RLC振荡放电的星载相机供电系统，包括熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组，一次输入电源经熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组为相机负载供电，通过相机负载主控制器内部的控制电路提供控制信号控制DC/DC模块组中的DC/DC模块工作，所述控制电路包括电容C1、电阻R2、电感L1、二极管D2和磁保持继电器，所述磁保持继电器内部开关S1和电容C1的一端连接到DC/DC模块使能控制脚INH，开关S1的另一端连接到二极管D2的阴极和电感L1的一端，二极管D2的阳极和电容C1的另一端连接到一次电源回线INCOM，电感L1的另一端通过电阻R2连接到一次电源回线INCOM；

所述电容C1的容值式中，U_in为一次输入电源VCCIN电压，U_th为DC/DC模块使能控制脚INH门限电压，t₀为磁保持继电器的开关S1在从闭合到保持稳定断开的抖动过程中首次断开的持续时间；其中t₁为磁保持继电器的开关S1从断开到保持稳定闭合的整个抖动过程的持续时间；

所述控制电路控制DC/DC模块工作的过程为：当控制电路产生的控制信号使磁保持继电器开关S1断开时，一次输入电源VCCIN通过DC/DC模块内部电阻R1向DC/DC模块使能控制脚INH的电容C1充电，当充电电压大于或等于DC/DC模块使能控制脚INH门限电压时，DC/DC模块开始工作，输出电压；

当控制电路产生的控制信号使磁保持继电器开关S1闭合时，电容C1上的电荷通过电感L1和电阻R2放电，当电容C1上的电压小于DC/DC模块使能控制脚INH门限电压时，DC/DC模块停止工作，禁止输出电压；

在充电时电容C1上的电压所述电容C1上的电压U_C小于DC/DC模块使能控制脚INH门限电压U_th，当开关S1闭合处于放电过程中，电阻R2的阻值R和电感L1的电感值L及电容C1的容值C均满足所述电容C1上的电压变化规律为式中，U₀为DC/DC内部稳压二极管D3的稳压值，τ为时间常数， 为初相位，w为衰减振动的角频率，

本发明的有益效果：

1、针对多星上设备同时启动导致供电电源波动大的特点，单独采用一小功率DC/DC模块对磁保持继电器线圈进行供电，保证供电系统状态切换的稳定可靠。

2、采用DC/DC模块在其所在的电路接入时直接接入供电电路，通过控制其使能端禁止输出，避免在系统上电后DC/DC的接入引起供电电路的浪涌；采用磁保持继电器结合RLC去抖电路对DC/DC的工作使能端进行隔离控制。

3、根据回流面积最小原则对供电系统内部的共地进行限定，减小系统内部的相互干扰。

4、根据具体的负载电流来进行DC/DC模块的配置，克服现今双输出DC/DC模块正负负载不一致时输出负压出现漂移可能造成设备损坏问题，和新推出的双输出DC/CDC模块最大输出的正负功率一致，不能满足多数双电源应用中正压功率大负压功率小的应用要求。

附图说明

图1为本发明所述的基于RLC振荡放电的星载相机供电系统的框图；

图2为本发明所述的基于RLC振荡放电的星载相机供电系统中控制DC/DC模块的控制电路原理图；

图3为本发明所述的基于RLC振荡放电的星载相机供电系统中为双输出DC/DC模块配置框图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，基于RLC振荡放电的星载相机供电系统，包括熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组，一次输入电源经熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组为相机负载供电，通过相机负载主控制器内部的控制电路提供控制信号控制DC/DC模块组中的DC/DC模块工作，所述控制电路包括电容C1、电阻R2、电感L1、二极管D2和磁保持继电器，所述磁保持继电器内部开关S1和电容C1的一端连接到DC/DC模块使能控制脚INH，开关S1的另一端连接到二极管D2的阴极和电感L1的一端，二极管D2的阳极和电容C1的另一端连接到一次电源回线INCOM，电感L1的另一端通过电阻R2连接到一次电源回线INCOM；

所述电容C1的容值式中，U_in为一次输入电源VCCIN电压，U_th为DC/DC模块使能控制脚INH门限电压U_th，t₀为磁保持继电器的开关S1在从闭合到保持稳定断开的抖动过程中首次断开的持续时间；

DC/DC模块的控制电路其工作原理是当主控制器内部控制电路产生的控制信号使磁保持继电器开关S1断开时，输入电源通过DC/DC模块内部电阻R1向DC/DC模块使能控制脚INH脚的电容C1充电，当充电电压达到DC/DC模块使能控制脚门限电压后DC-DC模块工作，输出电压；当控制电路产生的控制信号使磁保持继电器开关S1闭合时，电容C1上的电荷通过L1和R2缓慢放电，当电容C1上的电压低于DC/DC模块使能控制脚门限电压后DC-DC模块停止工作，禁止输出电压。在充电时电容上的电压其中U_in为输入电源电压，为保证在磁保持继电器开关在刚接通处于抖动的阶段DC/DC模块不使能输出，要求电容上的电压低于DC/DC模块使能控制脚门限电压U_th，

当开关S1闭合处于放电阶段，电阻R2的阻值R和电感L1的电感值L及电容C1的容值C应满足即阻尼较小的情况，则电容C1上的电压变化规律为其中，U₀为DC/DC模块内部稳压二极管的稳压值。

时间常数 为初相位。衰减振动的角频率为保证在S1在闭合的抖动过程中电容上的电压高于DC/DC模块使能控制脚门限电压U_th，则要求其中t₁为磁保持继电器的开关S1从断开到保持稳定闭合的整个抖动过程的持续时间。

结合图1说明本实施方式，从星上提供的一次输入电源，经熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块给各负载提供供电；其中长时间工作的负载如主控制器在一次输入电源接通即可开始获得工作电压；对于短时间工作的大功率负载，可把工作时间接近的负载共用浪涌抑制器和EMI滤波器，并通过主控制器在浪涌抑制器前通过磁保持继电器的开关(如图1中的K1)对其供电进行控制；对于短时间工作的小功率负载，可共用DC/DC模块，并通过主控制器在DC/DC模块后级使用磁保持继电器的开关对其供电进行控制，特别是对于工作时间不同的负载，可共用DC/DC模块(如图1中DC/DC模块组4)通过使用磁保持继电器的开关(如图1中的K2和K3)对其进行复用。另外，除长时间工作的负载如主控制器的DC/DC模块的使能端和前级的浪涌抑制器的控制输出端相连，其余DC/DC模块的输出使能或禁止通过主控制输出的信号来控制。

本实施方式采用专用小功率DC/DC模块(如图1中的DC/DC模块组3中的DC/DC模块)对磁保持继电器线圈进行供电，保证输入电压波动大的情况下继电器也能稳定可靠工作：DC/DC模块的输入电压范围(V_{th_min}～V_{th_max})大于星上电源的电压变化范围(V_min～V_max)，V_{th_min}+2≤V_min，V_{th_max}-2≥V_max；DC/DC模块的输出电压为磁保持继电器线圈的额定电压，最大输出电流大于各磁保持继电器线圈最大电流的二倍。

本实施方式所述的星载相机供电系统，严格要求DC/DC模块前级的一次电源地和DC/DC后级的二次电源地进行隔离。由于DC/DC模块的输出使能或禁止控制信号由参考二次电源地的主控制器产生的信号产生，而DC/DC模块自身的输出使能或禁止控制端参考一次电源地，因此需要对其进行隔离控制。本发明提出采用变压器进行DC/DC模块控制端状态的隔离切换，同时采用二极管检波后控制三极管对DC/DC模块控制端进行控制。本实施方式中采用磁保持继电器结合RLC欠阻尼振荡放电电路进行DC/DC模块控制端状态的隔离切换，实现对DC/DC模块控制端进行控制。

结合图3说明本实施方式，针对现有双输出DC/DC模块输出的负电压随正负电源负载比例关系的变化而变化，提出采用两单输出正电压DC/DC模块组合形成输出稳定的正负双输出DC/DC模块。单输出DC/DC模块A的输出回线和单输出DC/DC模块B的输出电源线作为正负双输出DC/DC模块的回线；单输出DC/DC模块A的电源线作为正负双输出DC/DC模块的正输出电源线，单输出DC/DC模块B的输出回线作为正负双输出DC/DC模块的负输出电源线。此两DC/DC模块的额定输出电压相同，而额定输出电流不同，各大于或等于负载电流的2倍。

本实施方式中，为保证各负载工作正常，负载间需要有相同的参考电位，故需要把为相连负载供电的DC/DC模块的二次电源回线进行等电位连接。根据回流面积最小原则对供电系统内部的共地进行限定，DC/DC模块的一次地和二次地完全隔离；为使各DC/DC模块间的干扰最小，等电位连接点不能在DC/DC模块输出端，应该在DC/DC模块的负载远端，而且仅连接需要等电位的回线；而且根据负载特性的不同，等电位连接方式也不同。对于大功率强干扰负载的二次供电回线，与别的负载的二次供电回线应该单点共地连接；对于高频小功率的负载之间二次供电回线则应该进行多点共地，保证回流阻抗最小；对于低频小功率负载若无电机、线圈等干扰大负载，其二次供电回线，与别的小功率负载的二次供电回线进行多点共地；对于低频小功率负载若有电机、线圈等干扰大负载，其二次供电回线，与别的小功率负载的二次供电回线进行单点共地。

本实施方式所述的熔断器采用BUSSMAN公司的产品，浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块采用VPT公司的产品。

Claims (4)

1.基于RLC振荡放电的星载相机供电系统，包括熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组，一次输入电源经熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组为相机负载供电，其特征是，通过相机负载主控制器内部的控制电路提供控制信号控制DC/DC模块组中的DC/DC模块工作，所述控制电路包括电容C1、电阻R2、电感L1、二极管D2和磁保持继电器，所述磁保持继电器内部开关S1和电容C1的一端连接到DC/DC模块使能控制脚INH，开关S1的另一端连接到二极管D2的阴极和电感L1的一端，二极管D2的阳极和电容C1的另一端连接到一次电源回线INCOM，电感L1的另一端通过电阻R2连接到一次电源回线INCOM；

所述电容C1的容值式中，U_in为一次输入电源VCCIN电压，U_th为DC/DC模块使能控制脚INH门限电压，t₀为磁保持继电器的开关S1在从闭合到保持稳定断开的抖动过程中首次断开的持续时间；其中t₁为磁保持继电器的开关S1从断开到保持稳定闭合的整个抖动过程的持续时间；

所述控制电路控制DC/DC模块工作的过程为：当控制电路产生的控制信号使磁保持继电器开关S1断开时，一次输入电源VCCIN通过DC/DC模块内部电阻R1向DC/DC模块使能控制脚INH的电容C1充电，当充电电压大于或等于DC/DC模块使能控制脚INH门限电压时，DC/DC模块开始工作，输出电压；

当控制电路产生的控制信号使磁保持继电器开关S1闭合时，电容C1上的电荷通过电感L1和电阻R2放电，当电容C1上的电压小于DC/DC模块使能控制脚INH门限电压时，DC/DC模块停止工作，禁止输出电压；在充电时电容C1上的电压所述电容C1上的电压U_C小于DC/DC模块使能控制脚INH门限电压U_th，当开关S1闭合处于放电过程中，电阻R2的阻值R和电感L1的电感值L及电容C1的容值C均满足所述电容C1上的电压变化规律为式中，U₀为DC/DC模块内部稳压二极管D3的稳压值，τ为时间常数， 为初相位，w为衰减振动的角频率， $w=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{LC}}}\sqrt{1-\frac{R^{2}C}{4-4L}}.$

2.根据权利要求1所述的基于RLC振荡放电的星载相机供电系统，其特征在于，所述DC/DC模块的输入的电压与星上电源电压的关系为：V_{th_min}+2≤V_min，V_{th_max}-2≥V_max，V_{th_min}和V_{th_max}分别为DC/DC模块输入电压的最小值和最大值，V_min和V_max分别为星上电源电压的最小值和最大值。

3.根据权利要求1所述的基于RLC振荡放电的星载相机供电系统，其特征在于，所述DC/DC模块的输出电压为磁保持继电器线圈的额定电压，DC/DC模块最大输出电流大于或等于磁保持继电器线圈最大电流的二倍。

4.根据权利要求1所述的基于RLC振荡放电的星载相机供电系统，其特征在于，所述DC/DC模块组中的DC/DC模块组合形成不受正负电压负载比率关系影响的输出稳定的正负双输出DC/DC模块，具体组合形式为：单输出DC/DC模块A的输出回线和单输出DC/DC模块B的输出电源线作为正负双输出DC/DC模块的回线；单输出DC/DC模块A的电源线作为正负双输出DC/DC模块的正输出电源线，单输出DC/DC模块B的输出回线作为正负双输出DC/DC模块的负输出电源线。