CN106410953A - 一种适用于微纳卫星的分离自上电及蓄电池保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种适用于微纳卫星的分离自上电及蓄电池保护方法，在卫星发射过程中可以保持卫星为断电状态，减少蓄电池能量损耗，卫星与运载分离后，分离开关接通，蓄电池组自动接入供电母线，给卫星负载供电；分离开关仅控制作为放电开关的MOS管栅极，通过的电流很小，不需要考虑降额设计；必要的冗余设计，可防止卫星在轨运行期间分离开关故障造成蓄电池组与供电母线断开连接的风险；具有过充电和过放电保护功能，能够在卫星发生过放电保护后，蓄电池组只能充电而不能放电，且当电压上升到一定值后，可通过软件控制实现蓄电池重新接入供电母线给负载供电。本发明简单可靠，可实现卫星与运载分离后自主上电工作，减少发射段能源损耗。

Description

一种适用于微纳卫星的分离自上电及蓄电池保护方法
技术领域
本发明涉及微纳卫星控制技术领域，尤其涉及一种适用于微纳卫星的分离自上电及蓄电池保护方法。
背景技术
微纳卫星具有成本低、研制周期短等特点，在全世界范围内得到了越来越多的研究和应用。由于所采用的蓄电池容量一般都很小，而卫星从发射到入轨时间一定，如果采用传统卫星的设计方式——卫星发射过程中处于工作状态，则卫星与运载分离后，蓄电池放电深度可能会达到70%以上，存在卫星断电甚至丢失的风险。因此需要设计一种电路，使得卫星在发射阶段处于断电状态，与运载分离后自动上电。
鉴于卫星在轨运行过程中存在姿态不稳或设备状态异常的可能性，为防止蓄电池因为过放电或过放电而损坏，并且在故障消失后，蓄电池能够恢复供电，亟需设计一种蓄电池保护电路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于微纳卫星的分离自上电及蓄电池保护技术，能够在卫星与运载分离后自动上电，以及在蓄电池发生过放电后防止蓄电池损坏的保护和恢复。
为达上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种适用于微纳卫星的分离自上电及蓄电池保护方法，应用于分离自上电及蓄电池保护电路，所述电路包括分离开关、继电器K1、放电开关Q2、过充放保护芯片U29、驱动芯片Q4；其中，太阳能电池阵通过供电母线与负载相连，蓄电池的正极通过放电开关Q2与供电母线相连；继电器K1的一端通过分离开关与蓄电池的负极相连，K1的另一端与放电开关的栅极连接；所述分离开关、继电器K1以及放电开关Q2，用于控制在卫星发射前，将蓄电池与供电母线断开，从而使得卫星处于断电状态，当卫星发射入轨后，蓄电池与供电母线连接，给负载供电；过充放保护芯片U29与蓄电池相连，用于检测蓄电池的电压，以防止蓄电池因为过充电和过放电而损坏；所述驱动芯片Q4，用于在卫星上电工作后，由星上软件发送BAT-ON电平指令，将Q4导通，从而将放电开关Q2导通以保证蓄电池在必要的情况下能够连接至供电母线。
进一步地，在卫星发射前，所述分离开关处于断开状态，将继电器K1设置为接通状态，并关断驱动芯片Q4，此时放电开关Q2是断开的，卫星处于断电状态；当卫星发射入轨后，卫星与运载分离，分离开关处于接通状态，则则放电开关栅极通过继电器连接至蓄电池负极，将放电开关Q2接通，蓄电池与供电母线连接，给负载供电。
进一步地，为防止分离开关在轨期间发生老化或机械故障而断开，导致放电开关Q2断开，将蓄电池与供电母线切断，造成卫星断电，所述驱动芯片Q4，在卫星上电工作后，由星上软件发送BAT-ON电平指令，将Q4接通，从而保证Q2在必要的情况下能够导通。
进一步地，在卫星姿态不稳时，太阳电池阵无输出电流或输出电流无法满足整星功率需求，蓄电池会持续处于放电状态，当蓄电池组电压低于6.7V时，星上软件发送FL-OFF脉冲指令，以设置继电器K1来断开分离开关与放电开关Q2的连接。
进一步地，所述过充放保护芯片U29连接外围的开关管Q5和Q6；当蓄电池单体电压高于一定值V1时，过充放保护芯片U29控制Q6关断，停止供电母线通过放电开关Q2给蓄电池充电；当蓄电池单体电压低于一定值V2时，U29开启Q6，允许供电母线给蓄电池充电，从而防止蓄电池因为过充电而损坏；蓄电池持续处于放电状态时，U29将Q5关断，停止蓄电池通过放电开关Q2给负载供电，从而可防止蓄电池因为过放电而损坏。
进一步地，当卫星发生过放保护后，在太阳电池阵有电流输出时，供电母线通过Q2的体二极管给蓄电池组充电，当蓄电池组电压高于V3时， U29则将Q5接通，而此时由于放电开关Q2处于关闭状态，继续对蓄电池组进行过保护，只可充电，而不允许放电。
进一步地，在蓄电池组电压高于一定值V4时，则星上软件发送BAT-ON脉冲指令，导通Q4，星上软件发送FL-ON脉冲指令，接通继电器，使放电开关Q2接通，恢复蓄电池组与供电母线连接。
进一步地，所述放电开关Q2为MOSFET管，通过控制Q2栅极的电平来控制Q2的导通和关断。
本发明的有益效果是：本发明的适用于微纳卫星的分离自上电及蓄电池保护方法，在卫星发射过程中可以保持卫星为断电状态，减少蓄电池能量损耗，卫星与运载分离后，分离开关接通，蓄电池组自动接入供电母线，给卫星负载供电；分离开关仅控制作为放电开关的MOS管栅极，通过的电流很小，不需要考虑降额设计；必要的冗余设计，可防止卫星在轨运行期间分离开关故障造成蓄电池组与供电母线断开连接的风险；具有过充电和过放电保护功能，能够在卫星发生过放电保护后，蓄电池组只能充电而不能放电，且当电压上升到一定值后，可通过软件控制实现蓄电池重新接入供电母线给负载供电。
附图说明
图1是本发明的适用于微纳卫星的分离自上电及蓄电池保护电路图。
具体实施方案
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的适用于微纳卫星的分离自上电及蓄电池保护电路，如附图1所示，所述电路包括分离开关、继电器K1、放电开关Q2、过充放保护芯片U29、驱动芯片Q4。其中，太阳能电池阵通过供电母线与负载相连，蓄电池的正极通过放电开关Q2与供电母线相连。继电器K1的一端通过分离开关与蓄电池的负极相连，K1的另一端与放电开关的栅极连接；所述分离开关、继电器K1以及放电开关Q2，用于控制在卫星发射前，将蓄电池与供电母线断开从而使得卫星处于断电状态，当卫星发射入轨后，蓄电池与供电母线连接，给负载供电。过充放保护芯片U29与蓄电池相连，用于检测蓄电池的电压，以防止蓄电池因为过充电和过放电而损坏。所述驱动芯片Q4，用于在卫星上电工作后，由星上软件发送BAT-ON电平指令，将Q4导通，从而将放电开关Q2导通以保证蓄电池在必要的情况下能够连接至供电母线。
具体的控制方法，如附图1所示，在卫星发射前，分离开关处于断开状态，将继电器K1设置为接通状态，并关断驱动芯片Q4，此时继电器1点和2点接通，而分离开关处于断开状态，即继电器的2点和蓄电池BT2的地是断开的，卫星处于断电状态。当卫星发射入轨后，卫星与运载分离，分离开关处于接通状态，则继电器1点与蓄电池BT2的地接通，通过R33将放电开关Q2的1点置为低电平，使得放电开关接通，蓄电池BT1的正极与供电母线连接，给负载供电。
为防止分离开关在轨期间发生老化或机械故障而断开，放电开关Q2的1点由地电平变为高电平，Q2的2点和3点断开，将蓄电池与供电母线切断，造成卫星断电，设置有另一路电子开关，驱动芯片为Q4，在卫星上电工作后，由星上软件发送BAT-ON电平指令，将Q4的1点置为高电平，使Q4的2点和3点接通，从而将Q2的1点置为低电平。该设计可以保证蓄电池在必要的情况下都可以连接至供电母线。
当蓄电池单体电压高于一定值V1时，过充放保护芯片U29将Q6的1点置为低电平，从而将Q6关断，停止供电母线通过放电开关Q2给蓄电池充电。当蓄电池单体电压低于一定值V2时，U29重新将Q6的1脚置为高电平，开启Q6，允许供电母线给蓄电池充电，从而可防止蓄电池因为过充电而损坏。
在卫星姿态不稳时，太阳电池阵无输出电流或输出电流无法满足整星功率需求，蓄电池会持续处于放电状态。当蓄电池组电压低于6.7V时，星上软件发送FL-OFF脉冲指令，脉冲宽度为160ms，将继电器K1的1点连接至3点，断开分离开关与放电开关Q2的连接。如果蓄电池组电压继续降低至一定值V3时，过充放保护芯片U29将Q5的1脚置为低电平，将Q5关断，停止蓄电池通过放电开关Q2给负载供电，从而可防止蓄电池因为过放电而损坏。卫星断电后，BAT-ON电平指令消失，Q4的2脚和3脚关断，从而放电开关Q2关闭。
当卫星发生过放保护后，在太阳电池阵有电流输出时，供电母线通过Q2的体二极管给蓄电池组充电，当蓄电池组电压高于V3时，过重放保护芯片U29则将Q5的1脚置为高电平，将Q5接通，而此时由于放电开关Q2处于关闭状态，可继续对蓄电池组进行过保护，只可充电，而不允许放电，在蓄电池组电压高于一定值V4时，则星上软件发送FL-ON脉冲指令和BAT-ON指令，分别接通Q4的2脚和3脚、继电器的1脚和2脚，使放电开关Q2接通，恢复蓄电池组与供电母线连接，如果故障排除，则卫星恢复正常工作，否则，该设计可为排除故障赢得时间。
本发明简单可靠，可实现卫星与运载分离后自主上电工作，减少发射段能源损耗，且可以防止蓄电池过充电和过放电，延长蓄电池使用寿命，保证了卫星任务的顺利进行。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于微纳卫星的分离自上电及蓄电池保护方法，其特征在于：应用于分离自上电及蓄电池保护电路，所述电路包括分离开关、继电器K1、放电开关Q2、过充放保护芯片U29、驱动芯片Q4；其中，太阳能电池阵通过供电母线与负载相连，蓄电池的正极通过放电开关Q2与供电母线相连；继电器K1的一端通过分离开关与蓄电池的负极相连，K1的另一端与放电开关的栅极连接；所述分离开关、继电器K1以及放电开关Q2，用于控制在卫星发射前，将蓄电池与供电母线断开，从而使得卫星处于断电状态，当卫星发射入轨后，蓄电池与供电母线连接，给负载供电；过充放保护芯片U29与蓄电池相连，用于检测蓄电池的电压，以防止蓄电池因为过充电和过放电而损坏；所述驱动芯片Q4，用于在卫星上电工作后，由星上软件发送BAT-ON电平指令，将Q4导通，从而将放电开关Q2导通以保证蓄电池在必要的情况下能够连接至供电母线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在卫星发射前，所述分离开关处于断开状态，将继电器K1设置为接通状态，并关断驱动芯片Q4，此时放电开关Q2是断开的，卫星处于断电状态；当卫星发射入轨后，卫星与运载分离，分离开关处于接通状态，则放电开关Q2的栅极通过继电器连接至蓄电池的负极，将放电开关Q2接通，蓄电池与供电母线连接，给负载供电。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述放电开关Q2为MOSFET管，通过控制Q2栅极的电平来控制Q2的导通和关断。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为防止分离开关在轨期间发生老化或机械故障而断开，导致放电开关Q2断开，将蓄电池与供电母线切断，造成卫星断电，所述驱动芯片Q4，在卫星上电工作后，由星上软件发送BAT-ON电平指令，将Q4接通，从而保证Q2在必要的情况下能够导通。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在卫星姿态不稳时，太阳电池阵无输出电流或输出电流无法满足整星功率需求，蓄电池会持续处于放电状态，当蓄电池组电压低于6.7V时，星上软件发送FL-OFF脉冲指令，以设置继电器K1来断开分离开关与放电开关Q2的连接。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述过充放保护芯片U29连接外围的开关管Q5和Q6；当蓄电池单体电压高于一定值V1时，过充放保护芯片U29控制Q6关断，停止供电母线通过放电开关Q2给蓄电池充电；当蓄电池单体电压低于一定值V2时，U29开启Q6，允许供电母线给蓄电池充电，从而防止蓄电池因为过充电而损坏；蓄电池持续处于放电状态时，U29将Q5关断，停止蓄电池通过放电开关Q2给负载供电，从而可防止蓄电池因为过放电而损坏。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当卫星发生过放保护后，在太阳电池阵有电流输出时，供电母线通过Q2的体二极管给蓄电池组充电，当蓄电池组电压高于V3时， U29则将Q5接通，而此时由于放电开关Q2处于关闭状态，继续对蓄电池组进行过保护，只可充电，而不允许放电。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在蓄电池组电压高于一定值V4时，则星上软件发送BAT-ON脉冲指令，导通Q4，星上软件发送FL-ON脉冲指令，接通继电器，使放电开关Q2接通，恢复蓄电池组与供电母线连接。
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