CN104883165B - 一种星上程控rc重启电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种星上程控RC重启电路，根据核心控制芯片MCU发出的指令信号，利用NPN三极管饱和放大特性控制MOS管的通断，间接控制RC充放电电路，通过RC中电容的两端的电平变化，控制供电MOS管的通断，从而实现自身系统的断电重启。本发明有效的实现了RC电路的充放电控制，防止RC放电电路中的电荷经MCU管脚倒灌，击坏MCU器件。

Description

一种星上程控RC重启电路

技术领域

本发明属于航天应用领域，涉及一种微小卫星的控制系统的程控软重启电路，适用于单系统控制电路。

背景技术

卫星工作在恶劣的外太空环境中，时刻受到各种高能粒子(质子、电子、α粒子、重离子等)的轰击，这些粒子引起的辐射效应尤其是单粒子效应，严重影响着卫星工作的可靠性；太空中极端环境温度的变化也影响着卫星工作，而大部分受影响的卫星电子设备可以通过自身的重启，恢复正常工作。此外，空间卫星的长时间工作，容易使其内部程序不稳定，此时也需要卫星系统通过其自身断电重启恢复正常工作。

目前，在微小卫星上实现某系统的断电重启恢复，一般可以采用的某些复位芯片实现，但是它的局限性在于集成芯片的可靠性不如模拟电路，系统断电重启时长固定；另外也可以通过设计硬件电路实现，如RC重启电路，设计简单，可靠性强。在上电和断电的瞬间，电容两端的电压不能突变，有一个时长为τ(τ＝RC)的变化过程，根据这一原理配置合适的电阻，通过电阻对电容的充放电，实现对电容两端电平高低的控制，及产生重启复位信号。在RC重启电路中电容两端的充放电过程，涉及到大量的电荷转移，处理不好可能会倒灌，击毁控制系统。通常情况下，RC重启电路在地面设备中运用的比较广，原因在于RC电路的放电过程中，接地的按键开关作为重启控制信号，放电电荷被引入GND中；然而对于卫星上的控制系统，RC电路的重启控制信号，由自身控制器或其它系统进行程序控制，这种情况下必须做好相应的处理，防止电荷倒灌。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种利用星载控制系统自身程序控制的RC重启电路，通过系统自身的断电重启，使系统从失控状态恢复正常工作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：极性钽电容C1和可变电容C2的负极接地，C1的正极通过电阻R8连通肖特基二极管D1的负极，肖特基二极管D1的正极连接电源，同时C1、C2的正极连接放电电阻R7一端、分压电阻R9一端以及VMOS管Q5的栅极，分压电阻R9的另一端接VMOS管Q5的源极并接地，VMOS管Q5的漏极接功率MOS管Q3的栅极和电阻R5，电阻R5和MOS管Q3的源极接电路的VCC，MOS管Q3的漏极接电池正极；MCU控制输入端通过下拉电阻R6接地，同时通过电阻R4接NPN三极管Q2、Q4的基极，Q4的射极接地，Q4的集电极接电阻R3一端、R2一端和MOS管Q1的栅极，电阻R2的另一端接MOS管Q1的源极和电源VCC，MOS管Q1的漏极接通过电阻R1接NPN三极管Q2的集电极和放电电阻R7的另一端，NPN三极管Q2的发射极接入R3的另一端。

所述的MOS管Q3选择大功率MOS管Si9803，VMOS管Q5选择N沟道2N7002，MOS管Q1选择功率MOS管IRF7416。

本发明的有益效果是：利用NPN三极管结合MOS管，将MCU的指令信号逻辑“0”、“1”转换成模拟信号，有效的实现了RC电路的充放电控制。RC放电产生的电荷通过三极管接地，与MCU指令信号进行了有效隔离，防止RC放电电路中的电荷经MCU管脚倒灌，击坏MCU器件。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明中RC充放电电路断电重启时Q点处工作电平时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：核心控制芯片MCU发出的指令信号，利用NPN三极管饱和放大特性控制MOS管的通断，间接控制RC充放电电路，通过RC中电容的两端的电平变化，控制供电MOS管的通断，从而实现自身系统的断电重启。

本发明的详细技术方案是：如图1，极性钽电容的C1和可变电容C2的负极接地，C1的正极接电阻R8一端，电阻R8的另一端通过一个肖特基二极管D1接到电源，同时C1、C2的正极连接放电电阻R7、分压电阻R9以及VMOS管Q5的栅极，分压电阻R9的另一端接VMOS管Q5的源极并接地，VMOS管Q5的漏极接大功率MOS管Q3的栅极和电阻R5，大功率MOS管Q3的源极接电路的VCC，漏极接电池正极。MCU控制输入端接电阻R4、R6，电阻R6另一端接地，R6作下拉电阻，电阻R4接NPN三极管Q2、Q4的基极，Q4的射极接地，集电极接电阻R3、R2和MOS管Q1的栅极，电阻R2的另一端接MOS管Q1的源极和电源VCC，MOS管Q1的漏极接电阻R1，电阻R1另一端接NPN三极管Q2的集电极，NPN三极管Q2的发射极接入R3。

本发明的进一步技术方案是：上述方案中，通过MOS管来实现整个系统的通断，方案中选择Q3是大功率MOS管Si9803，这是一款最大导通电流可达6安培的大功率MOS管。而选择N沟道VMOS管Q5是2N7002辅助控制MOS管的栅极电平高低，以稳定系统供电。

本发明的进一步技术方案是：上述方案中，MCU指令信号控制三极管Q2、Q4的基极的电平，利用三极管基极饱和导通特性，控制MOS管Q1的通断，实现放电电阻端的电平变化。方案中选择Q1是功率MOS管IRF7416，P沟道MOS管，具有高速通断特性，同时具有较大的导通电流。

本发明的实施例是一种星上程序控制RC重启电路。MCU指令信号通过控制三极管Q2、Q4的基极电压，使三极管处于开关状态，调整RC充放电电路中电容两端的电平高低，从而进一步调整供电MOS管的通断，实现系统自身的重启。同时由于RC充放电电路的充放电时长τ＝RC是可调节的，因此系统的断电重启时间t＝C1*(R7+R8)也是可以调节的。此外，由于RC电路的控制是由三极管Q2、Q4和MOS管Q1组合间接控制，电容C放电过程中电荷通过三极管接地，电荷转移不会发生倒灌击毁MCU器件。与地面上的按键控制方式所不同的是：上述过程将系统的硬重启转变为软重启模式。

在图1中极性钽电容的C1和可变电容C2的负极接地，C1的正极接电阻R8一端，电阻R8的另一端通过一个肖特基二极管D1接到电源，同时C1、C2的正极连接放电电阻R7、分压电阻R9以及VMOS管Q5的栅极，分压电阻R9的另一端接VMOS管Q5的源极并接地，VMOS管Q5的漏极接大功率MOS管Q3的栅极和电阻R5，大功率MOS管Q3的源极接电路的VCC，漏极接电池正极。MCU控制输入端接电阻R4、R6，电阻R6另一端接地，R6作下拉电阻，电阻R4接NPN三极管Q2、Q4的基极，Q4的射极接地，集电极接电阻R3、R2和MOS管Q1的栅极，电阻R2的另一端接MOS管Q1的源极和电源VCC，MOS管Q1的漏极接电阻R1，电阻R1另一端接NPN三极管Q2的集电极，NPN三极管Q2的发射极接入R3。

在系统正常工作时，对应图2中AB和DE阶段。MCU_EN使能端给出逻辑“0”低电平信号，此时，三极管Q2、Q4的基极电平为低，三极管截止，MOS管Q1断开，放电电阻R7一端悬空，Q点处电平为R8，R9对电源的分压值，VMOS管Q5栅极拉高，MOS管Q3的栅极拉低，MOS管Q3源极和漏极导通，电池接入电路，电路正常工作。

系统断电时，对应图2中BC阶段。MCU_EN使能端给出逻辑“1”高电平信号，此时，三极管Q2、Q4的基极电平为高，三极管处于饱和导通状态，MOS管Q1的栅极拉低，MOS管Q1源极和漏极导通，同时三极管Q2的基极拉低，使得放电电阻R7通过Q2和Q4接地，由于放电电阻R7远小于分压电阻R9，R7、R9并联后等效值接近于R7，R8||R7||R9对于电源分压作用后，Q处的电平拉低(趋向于“0”)，电容C1将通过电阻R7在短时间内放电，Q点处的电平被迅速拉低，VMOS管Q2断开，大功率MOS管Q1的栅极电平拉高，从而MOS管Q1断开，系统供电切断，从而实现系统断电。

系统重启时，对应图2中CD阶段。由于整个系统的断电(控制系统也切断，MCU使能信号MCU_EN释放，默认拉低电平)，在短时间τ1(放电时长τ1＝C*R4)内，Q处电平迅速降为0，与此同时，放电电阻R7从电路中移除，Q处电平恢复高电平，由于电容C1两端电压不能突变，通过R8对电容C1、C2充电，在适当的RC充电τ2(τ2＝C×R2)时长下，Q处电平缓慢增加，达到一定门限值后，VMOS管Q5(2N7002)导通，大功率MOS管Q3的栅极拉低，MOS管Q3源极和漏极导通，电池接入电路，系统恢复正常工作。整个系统的断电时间为t≈τ1+τ2，系统完成重启。

Claims (2)

1.一种星上程控RC重启电路，其特征在于：极性钽电容C1和可变电容C2的负极接地，C1的正极通过电阻R8连通肖特基二极管D1的负极，肖特基二极管D1的正极连接电源，同时C1、C2的正极连接放电电阻R7一端、分压电阻R9一端以及VMOS管Q5的栅极，分压电阻R9的另一端接VMOS管Q5的源极并接地，VMOS管Q5的漏极接功率MOS管Q3的栅极和电阻R5，电阻R5和MOS管Q3的源极接电路的VCC，MOS管Q3的漏极接电池正极；MCU控制输入端通过下拉电阻R6接地，同时通过电阻R4接NPN三极管Q2、Q4的基极，Q4的射极接地，Q4的集电极接电阻R3一端、R2一端和MOS管Q1的栅极，电阻R2的另一端接MOS管Q1的源极和电源VCC，MOS管Q1的漏极接通过电阻R1接NPN三极管Q2的集电极和放电电阻R7的另一端，NPN三极管Q2的发射极接入R3的另一端。

2.根据权利要求1所述的星上程控RC重启电路，其特征在于：所述的MOS管Q3选择大功率MOS管Si9803，VMOS管Q5选择N沟道2N7002，MOS管Q1选择功率MOS管IRF7416。