CN107147073B - 一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路，本发明能够对空间计算机电源模块在单点故障模式下通过过压保护点设置电路和过压检测电路对单份过压进行检测，通过关断开关关断故障部分，保护负载安全。利用关断驱动/延时电路在故障原因消失后可以自主恢复电压输出。同时本发明为防止电源模块的永久失效导致频繁重启，对过压次数进行计数，在超过设定次数后彻底关断故障部分。并且本发明可以对过压保护点、关断后延时时间和允许过压次数进行设置调节，并且为了防止误动作，在彻底关断“故障”部分后，可以通过外部指令方式，重新启动“故障”部分电源模块输出，提高系统可靠性。

Description

一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路
技术领域
本发明涉及空间飞行器二次电源过压保护电路，具体为一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路。
背景技术
目前空间飞行器二次电源一般采取一次电源经过DC/DC模块变换后，给负载供电。目前采用的国产和进口DC/DC模块均不自带过压保护功能，输出电压为DC/DC模块标称输出额定值。使用方式分为单份输出、主备冷备份经过二极管隔离合路输出和双路温备份经过二极管隔离合路输出。在使用的过程中，DC/DC输出二次电源无过压保护电路，使空间飞行器电子设备存在安全隐患。特别是空间飞行器平台计算机，任务需求要求平台计算机实时在轨工作不能断电，采取双路温备份经过二极管隔离合路输出模式。单路无输出，可以无缝切换到备份电源模块工作。空间计算机电源模块热备份冗余输出模式下，单份过压会导致合路后输出电压高于额定电压，失去备份部分作用，成为空间飞行器单点故障模式。但是一旦单路过压情况发生，会导致二极管后端负载上电压超过额定电压，备份电源失去作用，成为空间飞行器不可容忍的单点故障。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路，结构简单，设计合理，能够实现对过压保护点和允许过压次数进行设置调节，并且自主恢复电压输出，安全可靠。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路，包括DC/DC模块、过压计数器和CPU，以及依次连接的过压保护点设置电路、过压检测电路、关断驱动/延时电路和关断开关；
所述的DC/DC模块用于输出电压；
所述的过压保护点设置电路用于设置过压保护点，其连接在DC/DC模块的输出端，关断开关用于控制DC/DC模块的开关；
所述的过压检测电路用于实时对DC/DC的输出电压进行检测；
所述的关断驱动/延时电路用于驱动关断开关和设置再启动时间；其输出端连接过压计数器，过压计数器的输出端分别连接关断开关和CPU，过压计数器输出过压次数标志并且在计满过压次数后关断关断开关；CPU检测过压计数器输出的过压次数标志，根据外部命令发出清零计数指令控制过压计数器清零；
当过压检测电路采集到DC/DC模块的输出电压超出过压保护点设置电路设置的过压保护点时，过压检测电路驱使关断驱动/延时电路输出高电平，驱动关断开关关断DC/DC模块的输出；同时关断驱动/延时电路根据设定的时间计时，并且过压计数器记录一次过压次数；计时结束后，关断驱动/延时电路输出低电平，关断开关断开，DC/DC模块重新有电压输出。
优选的，当过压计数器记录的过压次数不小于设置的安全过压次数时，过压计数器输出恒高电平，彻底打开关断开关，使DC/DC模块无输出。
优选的，与空间计算机交互的地面站能够根据CPU采集到的过压次数，通过遥控指令发送重新开启命令，使CPU发出清零计数指令，使过压计数器复位，重新断开关断开关，使DC/DC模块再次输出电压。
优选的，所述的DC/DC模块采用带使能禁止端的电源模块U1。
优选的，所述的过压保护点设置电路包括串联在DC/DC模块的电压输出端和接地端之间的电阻R1和电阻R3。
优选的，所述的过压检测电路包括可控精密稳压源，以及电阻R4和电阻R6；可控精密稳压源的阴极经电阻R2连接DC/DC模块的电压输出端，阳极接地，参考级连接在电阻R1和电阻R3之间；电阻R4的一端连接可控精密稳压源的阴极，另一端连接电阻R6；电阻R6的另一端接地。
优选的，所述的关断驱动/延时电路包括J555芯片U5，电阻R7，电阻R9，电阻R11和三极管Q1，以及电容C3和电容C4；J555芯片U5的第2管脚连接在电阻R4和电阻R6之间，第1管脚接地，第5管脚经电容C4接地，第4管脚和第8管脚连接+5V电压；电阻R9的一端连接+5V电压，另一端分别连接J555芯片U5的第6管脚和第7管脚，电阻R9的经电容C3接地；三极管Q1的射极接地，集极经电阻R7连接+5V电压，基极连接电阻R11的一端；电阻R11的另一端分别连接J555芯片U5的第3管脚和二极管V4的阳极，二极管V4的阴极连接关断开关的输入端。
优选的，所述的过压计数器包括CD4060芯片U2，CD4060U2的CLR端连接由CPU发出的清零计数指令且经电阻R10接地，第5管脚经二极管V3连接关断开关的输入端，第11管脚连接三极管Q1的集极；CPU7的输出端经二极管V3连接关断开关的输入端。
优选的，所述的关断开关包括光耦U4，以及电阻R5和电阻R8；光耦U4的输出端连接DC/DC模块1的控制端；电阻R5一端为关断开关的输入端，另一端分别连接电阻R8和光耦U4的输入端；电阻R8的另一端接地。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明能够对空间计算机电源模块在单点故障模式下通过过压保护点设置电路和过压检测电路对单份过压进行检测，通过关断开关关断故障部分，保护负载安全。利用关断驱动/延时电路在故障原因消失后可以自主恢复电压输出。同时本发明为防止电源模块的永久失效导致频繁重启，对过压次数进行计数，在超过设定次数后彻底关断故障部分。并且本发明可以对过压保护点、关断后延时时间和允许过压次数进行设置调节，并且为了防止误动作，在彻底关断“故障”部分后，可以通过外部指令方式，重新启动“故障”部分电源模块输出，提高系统可靠性。从而使得本发明实现了对空间计算机DC/DC模块输出过压后对后级负载保护功能。
附图说明
图1为本发明实例中所述过压保护电路的结构原理框图。
图2为本发明实例中所述过压保护电路的结构原理电路图。
图中：DC/DC模块1、过压保护点设置电路2、过压检测电路3、关断驱动/延时电路4、过压计数器5、关断开关6、CPU 7、清零计数指令8。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，首先通过对过压保护点设置电路2，设置过压保护点。过压保护点应该不大于负载安全电压的最大值。DC/DC模块1输出电压后，过压检测电路3实时对DC/DC输出进行检测。如果电压超出过压保护点，会驱使关断驱动/延时电路4输出高电平，驱动关断开关6关断DC/DC模块1的输出。同时关断驱动/延时电路4根据设定的时间计时，并且过压计数器5记录一次过压次数。计时结束后，关断驱动/延时电路4输出低电平，关断开关6断开，DC/DC模块重新有电压输出。如果过压因素未排除，重复上述动作，过压计数器5累加计数次数。过压次数根据任务需求进行设置，假如设置为N，当过压次数等于N时，计数器输出恒高电平，彻底打开关断开关6，使DC/DC模块1无输出。地面站可以根据CPU 7采集到的过压次数，通过遥控指令发送重新开启命令，使CPU 7发出清零计数指令8指令，使过压计数器5复位，重新断开关断开关6，使DC/DC模块1再次输出电压。
本发明实施例提供了针对某型号卫星平台产品计算机一种可调节自恢复限次数可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路。该电路嵌入在该平台计算机供电模块内。电路原理如图2所示，该电路包括DC/DC模块1、过压保护点设置电路2、过压检测电路3、关断驱动/延时电路4、过压计数器5、关断开关6、CPU 7、清零计数指令8。
其中，过压保护点设置电路2包括串联在DC/DC模块1的电压输出端和接地端之间的电阻R1和电阻R3。
过压检测电路3包括可控精密稳压源，以及电阻R4和电阻R6；可控精密稳压源的阴极经电阻R2连接DC/DC模块1的电压输出端，阳极接地，参考级连接在电阻R1和电阻R3之间；电阻R4的一端连接可控精密稳压源的阴极，另一端连接电阻R6；电阻R6的另一端接地。所述的关断驱动/延时电路4包括J555芯片U5，电阻R7，电阻R9，电阻R11和三极管Q1，以及电容C3和电容C4；J555芯片U5的第2管脚连接在电阻R4和电阻R6之间，第1管脚接地，第5管脚经电容C4接地，第4管脚和第8管脚连接+5V电压；电阻R9的一端连接+5V电压，另一端分别连接J555芯片U5的第6管脚和第7管脚，电阻R9的经电容C3接地；三极管Q1的射极接地，集电极经电阻R7连接+5V电压，基极连接电阻R11的一端；电阻R11的另一端分别连接J555芯片U5的第3管脚和二极管V4的阳极，二极管V4的阴极连接关断开关6的输入端。过压计数器5包括CD4060芯片U2，CD4060U2的CLR端连接由CPU发出的清零计数指令8且经电阻R10接地，第5管脚经二极管V3连接关断开关6的输入端，第11管脚连接三极管Q1的集极；CPU7的输出端经二极管V3连接关断开关6的输入端。
关断开关6包括光耦U4，以及电阻R5和电阻R8；光耦U4的输出端连接DC/DC模块1的控制端；电阻R5一端为关断开关6的输入端，另一端分别连接电阻R8和光耦U4的输入端；电阻R8的另一端接地。
使用时，首先通过对过压保护点设置电路2，通过调节电阻分压，将过压保护点设置电路在不大于负载安全电压的最大值。DC/DC模块1输出电压后，过压检测电路3实时对DC/DC输出进行检测。如果电压超出过压保护点，U3输出2V电压，会驱使关断驱动/延时电路4输出高电平，驱动关断开关6中的光耦导通，DC/DC模块使能禁止端拉低，关断DC/DC模块1的输出。调节关断驱动/延时电路4中的R9和C3值，可以设定J555输出高电平延时时间。根据设定的时间计时，并且过压计数器5记录一次过压次数。计时结束后，关断驱动/延时电路4输出低电平，关断开关6的光耦断开，DC/DC模块重新有电压输出。如果过压因素未排除，重复上述动作，过压计数器5累加计数次数。过压次数根据任务需求进行设置，假如设置为N，当过压次数等于N时，计数器输出恒高电平，彻底打开关断开关6，使DC/DC模块1无输出。地面站可以根据CPU采集到的过压次数，通过遥控指令发送重新开启命令，使CPU 7发出清零计数指令8指令，使过压计数器5复位，重新断开关断开关6，使DC/DC模块1再次输出电压。
本发明所举的具体实施例仅是对此发明精神的诠释，本发明技术领域的技术人员可以对描述的具体实施例进行修改或类似的方法替代，并不偏离本发明的精神。

Claims (7)

1.一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路，其特征在于，包括DC/DC模块(1)、过压计数器(5)和CPU(7)，以及依次连接的过压保护点设置电路(2)、过压检测电路(3)、关断驱动/延时电路(4)和关断开关(6)；
所述的DC/DC模块(1)用于输出电压；
所述的过压保护点设置电路(2)用于设置过压保护点，其连接在DC/DC模块(1)的输出端，关断开关(6)用于控制DC/DC模块(1)的开关；
所述的过压检测电路(3)用于实时对DC/DC的输出电压进行检测；
所述的关断驱动/延时电路(4)用于驱动关断开关(6)和设置再启动时间；其输出端连接过压计数器(5)，过压计数器(5)的输出端分别连接关断开关(6)和CPU(7)，过压计数器(5)输出过压次数标志并且在计满过压次数后关断关断开关(6)；CPU(7)检测过压计数器(5)输出的过压次数标志，根据外部命令发出清零计数指令(8)控制过压计数器(5)清零；
当过压检测电路(3)采集到DC/DC模块(1)的输出电压超出过压保护点设置电路(2)设置的过压保护点时，过压检测电路(3)驱使关断驱动/延时电路(4)输出高电平，驱动关断开关(6)关断DC/DC模块(1)的输出；同时关断驱动/延时电路(4)根据设定的时间计时，并且过压计数器(5)记录一次过压次数；计时结束后，关断驱动/延时电路(4)输出低电平，关断开关(6)断开，DC/DC模块(1)重新有电压输出；
所述的过压保护点设置电路(2)包括串联在DC/DC模块(1)的电压输出端和接地端之间的电阻R1和电阻R3；
所述的关断驱动/延时电路(4)包括J555芯片U5，电阻R7，电阻R9，电阻R11和三极管Q1，以及电容C3和电容C4；J555芯片U5的第2管脚连接在电阻R4和电阻R6之间，第1管脚接地，第5管脚经电容C4接地，第4管脚和第8管脚连接+5V电压；电阻R9的一端连接+5V电压，另一端分别连接J555芯片U5的第6管脚和第7管脚，电阻R9的另一端经电容C3接地；三极管Q1的射极接地，集极经电阻R7连接+5V电压，基极连接电阻R11的一端；电阻R11的另一端分别连接J555芯片U5的第3管脚和二极管V4的阳极，二极管V4的阴极连接关断开关(6)的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路，其特征在于，当过压计数器(5)记录的过压次数不小于设置的安全过压次数时，过压计数器(5)输出恒高电平，彻底打开关断开关(6)，使DC/DC模块(1)无输出。
3.根据权利要求2所述的一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路，其特征在于，与空间计算机交互的地面站能够根据CPU(7)采集到的过压次数，通过遥控指令发送重新开启命令，使CPU(7)发出清零计数指令(8)，使过压计数器(5)复位，重新断开关断开关(6)，使DC/DC模块(1)再次输出电压。
4.根据权利要求1所述的一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路，其特征在于，所述的DC/DC模块(1)采用带使能禁止端的电源模块U1。
5.根据权利要求1所述的一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路，其特征在于，所述的过压检测电路(3)包括可控精密稳压源，以及电阻R4和电阻R6；可控精密稳压源的阴极经电阻R2连接DC/DC模块(1)的电压输出端，阳极接地，参考极连接在电阻R1和电阻R3之间；电阻R4的一端连接可控精密稳压源的阴极，另一端连接电阻R6的一端；电阻R6的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路，其特征在于，所述的过压计数器(5)包括CD4060芯片U2，CD4060芯片U2的CLR端连接由CPU发出的清零计数指令(8)且经电阻R10接地，第5管脚经二极管V3连接关断开关(6)的输入端，第11管脚连接三极管Q1的集极；CPU(7)的输出端经二极管V3连接关断开关(6)的输入端。
7.根据权利要求1所述的一种可调节可再启动的空间计算机电源输出过压保护电路，其特征在于，所述的关断开关(6)包括光耦U4，以及电阻R5和电阻R8；光耦U4的输出端连接DC/DC模块(1)的控制端；电阻R5一端为关断开关(6)的输入端，另一端分别连接电阻R8和光耦U4的输入端；电阻R8的另一端接地。
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