CN106786357A - 航天器用母线欠压保护可控恢复电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种母线欠压保护可控恢复电路，其中，欠压保护电路(2)用于对欠压保护比较基准V1和母线电压采样值V2进行比较，根据比较结果向浪涌抑制电路(3)送出开关控制信号；开关机控制电路(1)根据开关机指令和欠压保护电路提供的开机基准电压和关机基准电压，向浪涌抑制电路(3)送出开关控制信号；浪涌抑制电路(3)作用一是接受开关机控制电路(1)、欠压保护电路(2)产生的信号控制母线的通断，作用二是当母线接通后，对后级电路产生的浪涌电流进行抑制。使用本发明，母线掉电用电设备关机，母线恢复正常后，用电设备不能自启动开机，必须由指令控制才能开机，保证了用电设备的安全。

Description

航天器用母线欠压保护可控恢复电路

技术领域

本发明属于航天器安全保护技术领域，涉及一种航天器用母线欠压保护可控恢复电路。

背景技术

随着我国航天事业的发展，我国研制的航天器有效载荷越来越多，功率越来越大，但当航天器在轨出现能源故障导致母线电压逐渐下降时，用电策略要求有效载荷的用电设备在母线电压掉到安全电压范围以下的某一预设值时应自动关机，为遥控遥测、姿轨控等平台设备保留足够的能源以应对故障排除工作。当故障排除后，母线恢复正常，用电设备不能自启动开机，需要由遥控指令逐步开机达到正常。

有的航天器有效载荷用电设备具备遥控开关机和欠压保护功能，但往往这两项功能是相互独立运作的，没有关联。当母线电压掉电时，在安全电压范围内，可发遥控指令通过开关机控制电路关掉用电设备；但掉出安全电压范围，到达欠压保护下限值后，欠压保护电路将母线关断，此时开关机控制电路可能还处于“开机”态，但已不能响应遥控指令。当母线逐渐恢复正常时，欠压保护电路退出工作，用电设备就会自启开机，这与用电策略不符，需要改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种航天器用母线欠压保护可控恢复电路，母线掉电用电设备关机，母线恢复正常后，用电设备不能自启动开机，必须由指令控制才能开机，保证了用电设备的安全。

具体来说，本发明的母线欠压保护可控恢复电路由开关机控制电路、欠压保护电路和浪涌抑制电路组成；开关机控制电路、欠压保护电路的输出信号接入浪涌抑制电路，浪涌抑制电路接入母线Vin，控制母线与用电设备之间的通断。

欠压保护电路采用接成正反馈的运算放大器N1A对欠压保护比较基准V1和母线电压采样值V2进行比较，运算放大器N1A将比较结果通过反接的隔离二极管D5接入浪涌抑制电路，控制浪涌抑制电路的通断；输出电平V3经分压后作为开关机控制电路的关机比较基准V4；欠压保护比较基准V1经分压后作为开关机控制电路的开机比较基准V5。

开关机控制电路采用接成正反馈的运算放大器N1B，运算放大器N1B的反相端除了接开机比较基准V5还进一步连接开机使能端，正相端除了接关机比较基准V4还进一步连接关机使能端；运算放大器N1B将V4与V5的比较结果通过反接的隔离二极管D4也接入浪涌抑制电路，控制母线的通断；

浪涌抑制电路采用MOSFET管VM1实现浪涌抑制，且MOSFET管VM1的中栅极耦接开关机控制电路和欠压保护电路中的隔离二极管D4和D5，仅当隔离二极管D4和D5同时反偏时，MOSFET管VM1处于导通状态，母线电压施加于用电设备。浪涌抑制电路的作用一是接收开关机控制电路、欠压保护电路产生的信号控制母线的通断，作用二是当母线接通后，对后级电路产生的浪涌电流进行抑制。

开关机控制电路、欠压保护电路对母线通断的控制可实现互锁，作用为：

a.在母线正常工况下，欠压保护电路不动作，开关机控制电路接受外部开关机指令可控制母线的通断；

b.在母线电压降低到欠压设定值以下时，欠压保护电路动作使母线关断，此时外部再发开机控制指令，母线也不会导通；

c.当母线电压由低逐渐升高至正常范围时，欠压保护电路退出保护状态，但外部不发开机指令，母线依旧处于关断状态，只有外部发开机指令，开关机控制电路才能使母线导通。

上述各电路模块的一种具体实现方式为：

浪涌抑制电路由电阻R1、R2、R3、充电电容C1及MOSFET管VM1组成；分压电阻R1和R3串联接入母线Vin的正线Vin+及回线Vin-，分压得到电压V7，充电电容C2与电阻R3并联，MOSFET管VM1的栅极通过电阻R2接入分压点V7；MOSFET管VM1的源极接母线的回线Vin-，VM1的漏极接用电设备回线。

开关机控制电路中运算放大器N1B的输出端通过电阻R15和反向连接的隔离二极管D4接入浪涌抑制电路；电阻R15小于浪涌抑制电路中电阻R3的1/10。

欠压保护电路由电阻器、电容器、二极管及运算放大器组成；运算放大器N1A的反相端通过反向连接的电压基准二极管Z2接母线的回线Vin-，获得欠压保护比较基准V1，电压基准二极管Z2的阴极通过电阻R7接运算放大器N1A的供电端；运算放大器N1A的同相端接分压电阻R5、R6的分压点，获得母线电压采样值V2；运算放大器N1A的输出端一方面通过电阻R13和二极管D2反馈到自身的同相端，另一方面通过电阻R10、R11和R12的分压，从R11和R12的连接处引出关机比较基准V4，提供给开关机控制电路，再一方面通过反向连接的隔离二极管D5接入浪涌抑制电路；

同时运算放大器N1A的反相端进一步通过分压电阻R8和R9接母线的回线Vin-，电阻R8和R9的分压点作为开机比较基准V5提供给开关机控制电路。

所述欠压保护电路中运算放大器的供电端，一方面通过稳压二极管Z1接母线的回线Vin-，另一方面通过限流电阻R4接母线的正线Vin+。所述欠压保护电路进一步包括为稳压二极管Z1进行温度补偿的滤波电容C3和二极管D1；二极管D1接在稳压二极管Z1与母线回线Vin-之间，滤波电容C3并联在稳压二极管Z1和二极管D1组成的串联结构两端。

该电路的工作原理如下：

工作原理如下：

a.初始状态：母线电压Vin在正常工作范围，欠压保护电路运算放大器N1A同相端的母线采样电压V2大于反相端的设定电压V1，运算放大器N1A的输出端电压V3是高电平(V3＞V7)，隔离二极管D5反偏；同时开关机控制电路的运算放大器N1B同相端的母线采样电压V4大于反相端的设定电压V5，运算放大器N1B的输出端电压V6是高电平(V6＞V7)，隔离二极管D4反偏，同时V6通过电阻R14和二极管D3反馈到运算放大器N1B的同相端，使V4电压抬升，起到自锁的作用；D4和D5均反偏，浪涌抑制电路的V7大于MOSFET管栅极的阈值电压，MOSFET管处于导通状态；此时如果发遥控关机指令，开关机控制电路关机使能端被遥控指令执行机构置低，使V4＜V5，则运算放大器N1B的输出端电压V6是低电平，N1B的正相端解锁，同时隔离二极管D4导通，将浪涌抑制电路MOSFET管栅极电压V7的电压通过D4、R15置低，由于R15小于R3的1/10，因此V7被拉低至MOSFET管栅极的阈值电压以下，MOSFET管处于截止状态，母线关断；

b.欠压状态：母线电压Vin逐渐降低到欠压保护下限值后，欠压保护电路运算放大器N1A同相端的母线采样电压V2小于反相端的设定电压V1，运算放大器N1A的输出端电压V3为低电平，隔离二极管D5导通，将浪涌抑制电路MOSFET管栅极电压V7的电压通过D5、R10置低，由于R10小于R3的1/10，因此V7被拉低至MOSFET管栅极的阈值电压以下，MOSFET管处于截止状态；同时由于V3置低，与之连接的开关机控制电路的运算放大器N1B同相端电压V4也通过R11、R10置低，V4电压下降，小于运算放大器N1B反相端电压V5，N1B的输出端电压V6为低电平，通过正反馈R14和D3，N1B同相端电压解锁，同时D4导通，与欠压保护电路的D5作用一样，共同将浪涌抑制电路MOSFET管关断；此时发遥控开机指令，开关机控制电路开机使能端被遥控指令执行机构置低，使V5＜V4，则运算放大器N1B的输出端电压V6是高电平，D4反偏，但欠压保护电路的D6依然处于导通状态，浪涌抑制电路MOSFET管被关断；

c.母线恢复状态：母线电压Vin逐渐升高超过欠压保护上限值后，欠压保护电路运算放大器同相端的母线采样电压V2大于反相端的设定电压V1，运算放大器N1A输出高电平，使V3＞V7，隔离二极管D5反偏，同时通过R13、D2反馈到N1A同相端，使V2电压抬升，起到欠压保护窗口比较器的作用(下次母线电压Vin需降低到欠压保护下限值后，运算放大器N1A才能输出低电平)；V3还通过R11和R12的分压向开关机控制电路的运算放大器N1B同相端设置电压V4，但V4小于反相端的设定电压V5，运算放大器N1B的输出端电压V6是低电平，D4导通，浪涌抑制电路MOSFET管栅极电压V7的电压通过D4、R15被置低，由于R15小于R3的1/10，因此V7被拉低至MOSFET管栅极的阈值电压以下，MOSFET管处于截止状态，母线不通；此时发遥控开机指令，开关机控制电路开机使能端被遥控指令执行机构置低，使V5＜V4，则运算放大器N1B的输出端电压V6是高电平，隔离二极管D4反偏，同时V6通过R14和D3反馈到同相端，使V4电压抬升大于V5，起到自锁作用；由于D4和D5均反偏，浪涌抑制电路的V7大于MOSFET管栅极的阈值电压，MOSFET管处于导通状态，母线电压施加于用电设备。

有益效果：

本发明设计的开关机控制电路、欠压保护电路对母线通断的控制可实现互锁，除了具有一般欠压保护的功能，还在母线电压由低逐渐升高至正常范围时，欠压保护电路退出保护状态的状态下，只要外部不发开机指令，母线依旧处于关断状态，只有外部发开机指令，开关机控制电路才能使母线导通，从而满足用电策略，在实现欠压保护的基础上，保证用电设备的安全性。

附图说明

图1为本发明的母线欠压保护可控恢复电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种母线欠压保护可控恢复电路，由开关机控制电路1、欠压保护电路2和浪涌抑制电路3组成。

如图1所示，本发明的浪涌抑制电路3由电阻R1、R2、R3、电容C1及MOSFET管VM1组成。分压电阻R1、R3串联接入母线Vin的正线端Vin+及回线端Vin-，分压得到电压V7，充电电容C2与电阻R3并联，栅极电阻R2由V7接入MOSFET管VM1的栅极，MOSFET管VM1的源极接母线的回线Vin-，VM1的漏极接用电设备回线。当隔离二极管D4和D5导通时，V7被置低，VM1关断；当D4和D5反偏时，母线通过R2向C1充电，V7逐渐升高，VM1处于由截止向饱和导通的发展，在此过程中，对用电设备的输入浪涌电流进行有效控制。V7上升到Vin×R3/(R1+R3)时停止，V7一般取8V。

如图1所示，本发明的欠压保护电路2由电阻器、电容器、二极管及运算放大器(为减小体积，本发明选用双运算放大器，欠压保护电路2用其中的一个)组成。运算放大器N1A的反相端通过反向连接的电压基准二极管Z2接母线的回线Vin-，获得欠压保护比较基准V1，电压基准二极管Z2的阴极通过电阻R7接运算放大器N1A的供电端；运算放大器N1A的同相端接分压电阻R5、R6的分压点，获得母线电压采样值V2；运算放大器N1A的输出端一方面通过电阻R13和二极管D2反馈到自身的同相端，另一方面通过电阻R10、R11和R12的分压，从R11和R12的连接处引出关机比较基准V4，提供给开关机控制电路1，再一方面通过反向连接的隔离二极管D5接入浪涌抑制电路3。同时运算放大器N1A的反相端进一步通过分压电阻R8和R9接母线的回线Vin-，电阻R8和R9的分压点作为开机比较基准V5提供给开关机控制电路。所述欠压保护电路2中运算放大器的供电端，一方面通过稳压二极管Z1接母线的回线Vin-，另一方面通过限流电阻R4接母线的正线Vin+。

当母线电压逐渐上升击穿稳压二极管Z1(12V)时，运算放大器N1的工作Vcc稳定在Z1的稳压值上。R4是Z1的限流电阻；二极管D1接在稳压二极管Z1与母线回线Vin-之间，D1作用是为Z1进行温度补偿；C3是滤波电容，滤波电容C3并联在稳压二极管Z1和二极管D1组成的串联结构两端。

电压基准二极管Z2为N1A的反相端设置电压V1作为欠压保护的比较基准，同时通过R8与R9的分压，为开关机控制电路1的N1B的反相端设置电压V5作为开机比较基准，设置时应使V5＝(1/2)V1。母线通过采样电阻R5、R6分压得到V2接入N1A的同相端，若母线电压上升超过欠压保护的上限值后，V2＞V1，N1A输出高电平V3(接近于Vcc)，D5反偏，同时通过R13、D2反馈到N1A同相端，使V2电压抬升，起到欠压保护窗口比较器的作用(下次母线电压Vin需降低到欠压保护下限值后，运算放大器N1A才能输出低电平)。V3还通过R10与R11的分压，为开关机控制电路1的N1B的同相端设置电压V4作为关机比较基准，设置时应使V4＜V5，N1B输出低电平V6(接近于0)，D4导通。

如图1所示，本发明的开关机控制电路1由电阻器、电容器、二极管、运算放大器和开机使能端及关机使能端组成。在未接受遥控开关机指令前，V4＜V5，N1B输出低电平，D4是导通的，浪涌抑制电路3中的VM1处于截止状态。当发遥控开机指令，开关机控制电路1的开机使能端被遥控指令执行机构置低，使V5＜V4，则运算放大器N1B的输出端电压V6是高电平，隔离二极管D4反偏，同时V6通过R14和D3反馈到同相端，使V4电压抬升大于V5，起到自锁作用；由于D4和D5均反偏，浪涌抑制电路3的V7大于MOSFET管VM1栅极的阈值电压，VM1处于导通状态，母线电压施加于用电设备。当发遥控关机指令，开关机控制电路1的关机使能端被遥控指令执行机构置低，使V4＜V5，则运算放大器N1B的输出端电压V6是低电平，N1B的正相端解锁，同时隔离二极管D4导通，将浪涌抑制电路3中MOSFET管栅极电压V7的电压通过D4、R15置低，由于R15小于R3的1/10，因此V7被拉低至MOSFET管栅极的阈值电压以下，MOSFET管处于截止状态，母线关断。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种航天器用母线欠压保护可控恢复电路，其特征在于，包括：开关机控制电路(1)、欠压保护电路(2)和浪涌抑制电路(3)；

欠压保护电路(2)采用接成正反馈的运算放大器N1A对欠压保护比较基准V1和母线电压采样值V2进行比较，运算放大器N1A将比较结果通过反接的隔离二极管D5接入浪涌抑制电路(3)；输出电平V3经分压后作为开关机控制电路(1)的关机比较基准V4；欠压保护比较基准V1经分压后作为开关机控制电路(1)的开机比较基准V5；

开关机控制电路(1)采用接成正反馈的运算放大器N1B，运算放大器N1B的反相端除了接开机比较基准V5还进一步连接开机使能端，正相端除了接关机比较基准V4还进一步连接关机使能端；运算放大器N1B将V4与V5的比较结果通过反接的隔离二极管D4也接入浪涌抑制电路(3)；

浪涌抑制电路(3)采用MOSFET管VM1实现浪涌抑制，且MOSFET管VM1的中栅极耦接开关机控制电路(1)和欠压保护电路(2)中的隔离二极管D4和D5，仅当隔离二极管D4和D5同时反偏时，MOSFET管VM1处于导通状态，母线电压施加于用电设备。

2.如权利要求1所述的母线欠压保护可控恢复电路，其特征在于，浪涌抑制电路(3)由电阻R1、R2、R3、充电电容C1及MOSFET管VM1组成；分压电阻R1和R3串联接入母线Vin的正线Vin+及回线Vin-，分压得到电压V7，充电电容C2与电阻R3并联，MOSFET管VM1的栅极通过电阻R2接入分压点V7；MOSFET管VM1的源极接母线的回线Vin-，VM1的漏极接用电设备回线。

3.如权利要求2所述的母线欠压保护可控恢复电路，其特征在于，开关机控制电路(1)中运算放大器N1B的输出端通过电阻R15和反向连接的隔离二极管D4接入浪涌抑制电路(3)；电阻R15小于浪涌抑制电路(3)中电阻R3的1/10。

4.如权利要求1所述的母线欠压保护可控恢复电路，其特征在于，欠压保护电路(2)由电阻器、电容器、二极管及运算放大器组成；

运算放大器N1A的反相端通过反向连接的电压基准二极管Z2接母线的回线Vin-，获得欠压保护比较基准V1，电压基准二极管Z2的阴极通过电阻R7接运算放大器N1A的供电端；运算放大器N1A的同相端接分压电阻R5、R6的分压点，获得母线电压采样值V2；运算放大器N1A的输出端一方面通过电阻R13和二极管D2反馈到自身的同相端，另一方面通过电阻R10、R11和R12的分压，从R11和R12的连接处引出关机比较基准V4，提供给开关机控制电路(1)，再一方面通过反向连接的隔离二极管D5接入浪涌抑制电路(3)；

同时运算放大器N1A的反相端进一步通过分压电阻R8和R9接母线的回线Vin-，电阻R8和R9的分压点作为开机比较基准V5提供给开关机控制电路(1)。

5.如权利要求1所述的母线欠压保护可控恢复电路，其特征在于，所述欠压保护电路(2)中运算放大器的供电端，一方面通过稳压二极管Z1接母线的回线Vin-，另一方面通过限流电阻R4接母线的正线Vin+。

6.如权利要求5所述的母线欠压保护可控恢复电路，其特征在于，所述欠压保护电路(2)进一步包括为稳压二极管Z1进行温度补偿的滤波电容C3和二极管D1；二极管D1接在稳压二极管Z1与母线回线Vin-之间，滤波电容C3并联在稳压二极管Z1和二极管D1组成的串联结构两端。