CN107359674B - 一种应用于立方星的电源母线电路 - Google Patents

一种应用于立方星的电源母线电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于立方星的电源母线电路，所述第一P‑MOS管Q1和第二P‑MOS管Q2并联，第一P‑MOS管Q1的S极和第二P‑MOS管Q2的S极相连后再分别与第二电阻R2的一端、第三P‑MOS管Q3的S极、第一电阻R1的一端相连；第一P‑MOS管Q1的G极和第二P‑MOS管Q2的G极相连后再分别与第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端、第三P‑MOS管Q3的D极、第二陶瓷电容C2的一端相连；第一P‑MOS管Q1的D极和第二P‑MOS管Q2的D极相连后再分别与第七电阻R7的一端、第三钽电容C3的正极端、第四钽电容C4的正极端相连。本发明具有体积小、功能集成度高、能量损失小的特点，解决了立方星地面测试后的断电、入轨后自主上电的需求。

Description

一种应用于立方星的电源母线电路
技术领域
本发明属于立方星电源分系统领域，特别是一种应用于立方星的电源母线电路。
背景技术
近年来，随着通信、光电元件、材料、传感器、等技术的快速发展，具有低成本、高功能密度特点的立方星逐步兴起，使得卫星的研制成本和研制周期都大大减少，利用立方星进行远程测量、试验成为可能。
电源系统作为立方星重要分系统，其任务是要保证在轨能够向整星提供安全可靠的供电，但受限于体积和能源有限，电源系统应充分考虑高效、小体积设计方式。立方星在地面调试完毕到进厂装入分离装置中，要求整星处于断电状态；立方星入轨后弹出分离装置后要求整星能自主上电。因此需要设计一种母线，位于蓄电池和供配电模块之间，实现蓄电池能量的接入与断开，使得立方星满足地面断电与入轨自主上电的要求。
传统小卫星母线多采用继电器作为控制开关，然而这种方式由于继电器体积过大、能量损耗偏大，不适用于立方星电源系统设计。金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)由于体积小、功耗小、易于控制等特点非常适用于立方星电源母线，可以实现立方星电源母线的高集成化、低能量损耗和高可靠性的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于立方星的电源母线电路，具有体积小、功能集成度高、能量损失小的特点，解决了立方星地面测试后的断电、入轨后自主上电的需求。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用于立方星的电源母线电路，包括第一Molex接插件H1，第二Molex接插件H2，第一P-MOS管Q1，第二P-MOS管Q2，第三P-MOS管Q3，第四N-MOS管Q4，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7，第一陶瓷电容C1，第二陶瓷电容C2，第三钽电容C3和第四钽电容C4。
所述第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2并联，第一P-MOS管Q1的S极和第二P-MOS管Q2的S极相连，同时与第二电阻R2的一端、第三P-MOS管Q3的S极、第一电阻R1的一端相连；第一P-MOS管Q1的G极和第二P-MOS管Q2的G极相连，同时与第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端、第三P-MOS管Q3的D极、第二陶瓷电容C2的一端相连；第一P-MOS管Q1的D极和第二P-MOS管Q2的D极相连，同时与第七电阻R7的一端、第三钽电容C3的正极端、第四钽电容C4的正极端相连；
所述第三钽电容C3的负极端接地；
所述第四钽电容C4的负极端接地；
所述第二陶瓷电容C2的另一端接地；
所述第一电阻R1的另一端与第三P-MOS管Q3的G极，同时与第一Molex接插件H1的第一引脚1相连。
所述第一Molex接插件H1的第二引脚2接地；
所述第三电阻R3的另一端与第二Molex接插件H2的第四引脚4相连；
所述第四电阻R4的另一端与第二Molex接插件H2的第二引脚2相连；
所述第二Molex接插件H2的第一引脚1接地，第二Molex接插件H2的第三引脚3接地；
所述第五电阻R5的另一端与第四N-MOS管Q4的D极相连；
所述第七电阻R7的另一端与第六电阻R6的一端相连，同时与第一陶瓷电容C1的一端、第四N-MOS管Q4的G极相连；
所述第四N-MOS管Q4的S极接地；
所述第一陶瓷电容C1的另一端接地；
所述第六电阻R6的另一端接地；
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明实现了从蓄电池输出到供配电链路的能量损失极小，对于能量供应紧张的立方星有重大意义。
(2)本发明器件体积小、功能集成度高,只占用了电源控制板的一小部分，为板上其他功能模块提供了更多空间。
(3)本发明满足了立方星地面调试后断电和在轨释放后自主上电的要求，设计简单巧妙，并经过多次在轨飞行验证，安全可靠。
(4)本发明的研制成本低，所用器件均为市面上常见的商用器件，研制周期短，成本降低。
附图说明
图1是本发明一种应用于立方星的电源母线电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种应用于立方星的电源母线电路，包括第一Molex接插件H1(53261-0271)，第二Molex接插件H2(53261-0471)，第一P-MOS管Q1
(SI4435DBY)，第二P-MOS管Q2(SI4435DBY)，第三P-MOS管Q3(SI2303CDS)，第四N-MOS管Q4(SI2302CDS)，第一电阻R1(100KΩ)，第二电阻R2(100KΩ)，第三电阻R3(10KΩ)，第四电阻R4(10KΩ)，第五电阻R5(10KΩ)，第六电阻R6(100KΩ)，第七电阻R7(100KΩ)，第一陶瓷电容C1(10nF)，第二陶瓷电容C2(47μF)，第三钽电容C3(120μF)和第四钽电容C4(120μF)。
所述第一Molex接插件H1外接立方星RBF端口，第二Molex接插件H1外接立方星分离开关。立方星装入分离机构之前，分离开关处于释放状态，此时第二Molex接插件H2的第一引脚1(GND)与第二Molex接插件H2的第二引脚2(KS2)短接，第二Molex接插件H2的第三引脚3(GND)与第二Molex接插件H2的第四引脚4(KS1)短接；RBF插头插入RBF端口，此时第一Molex接插件H1的第一引脚1(RBF)与第一Molex接插件H1的第二引脚2(GND)短接。第三P-MOS管Q3的G极接地，第三P-MOS管Q3的S极接蓄电池输入端口BUS_IN(标称电压为7.4V)，使得第三P-MOS管Q3导通，第三P-MOS管Q3的D极电压为7.4V，即第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的G极电压均为7.4V，等于第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的S极电压(7.4V)，因此第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2均截止，蓄电池与供配电模块断开，整星断电。此过程中第一电阻R1(100KΩ)、第三电阻R3(10KΩ)和第四电阻R4(10KΩ)均起到分流作用，第二电阻R2(100KΩ)起到上拉作用。
立方星装入分离机构后，分离开关处于压紧状态，此时第二Molex接插件H2的第一引脚1(GND)与第二Molex接插件H2的第二引脚2(KS2)断开，第二Molex接插件H2的第三引脚3(GND)与第二Molex接插件H2的第四引脚4(KS1)断开；将RBF插头从RBF端口拔除，此时第一Molex接插件H1的第一引脚1(RBF)浮空。第三P-MOS管Q3的G极电压经第一电阻R1(100KΩ)上拉至7.4V，等于第三P-MOS管Q3的S极电压(7.4V)，导致Q3截止；第二Molex接插件H2的第四引脚4(KS1)与第二Molex接插件H2的第二引脚2(KS2)均浮空，第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的G极电压经第二电阻R2(100KΩ)上拉至7.4V，等于第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的S极电压(7.4V)，使得第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2均截止，蓄电池与供配电模块断开，整星断电。
立方星在轨从分离机构释放后，分离开关处于释放状态，此时第二Molex接插件H2的第一引脚1(GND)与第二Molex接插件H2的第二引脚2(KS2)短接，第二Molex接插件H2的第三引脚3(GND)与第二Molex接插件H2的第四引脚4(KS1)短接；RBF插头已从RBF端口拔除，此时第一Molex接插件H1的第一引脚1(RBF)浮空。第三P-MOS管Q3的G极电压经第一电阻R1(100KΩ)上拉至7.4V，等于第三P-MOS管Q3的S极电压(7.4V)，Q3截止；第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的G极电压经第三电阻R3(10KΩ)和第四电阻R4(10KΩ)下拉至0V，小于第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的S极电压(7.4V)，引起第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2均导通，蓄电池接入供配电模块，整星上电。此过程中第二电阻R2(100KΩ)起到分流作用。
立方星在轨运行期间，第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2处于导通状态，由于第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2产生0.2V压降，使得第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的D极电压均为7.2V，经第六电阻R6(100KΩ)和第七电阻R7(100KΩ)分压后，加载在第四N-MOS管Q4的G极电压为3.6V，高于第四N-MOS管Q4的S极电压(0V)，第四N-MOS管Q4导通，第四N-MOS管Q4的D极电压为3.6V；第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的G极电压经第五电阻R5(10KΩ)下拉至0V，此时即使第二Molex接插件H2的第四引脚4(KS1)和第二Molex接插件H2的第二引脚2(KS2)因分离开关机械故障而浮空，第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的G极电压(0V)仍然小于第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的S极电压(7.4V)，第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2依然能处于导通状态。大大增强了母线可靠性和安全性，保证了整星供电的正常。
所述第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2正向导通电阻均为30mΩ，能量损耗极小。
所述第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管采用热备份方式，增强了母线可靠性。
所述第一陶瓷电容C1(10nF)接地滤波，第二陶瓷电容C2(47μF)接地滤波，第三钽电容C3(120μF)和第四钽电容C4(120μF)并联接地滤波。

Claims (5)

1.一种应用于立方星的电源母线电路，其特征在于：包括第一Molex接插件H1、第二Molex接插件H2、第一P-MOS管Q1、第二P-MOS管Q2、第三P-MOS管Q3、第四N-MOS管Q4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一陶瓷电容C1、第二陶瓷电容C2、第三钽电容C3和第四钽电容C4；所述第一Molex接插件H1外接立方星RBF端口，第二Molex接插件H2外接立方星分离开关；第三P-MOS管Q3的S极接蓄电池输入端口BUS_IN，标称电压为7.4V；
所述第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2并联，第一P-MOS管Q1的S极和第二P-MOS管Q2的S极相连后再分别与第二电阻R2的一端、第三P-MOS管Q3的S极、第一电阻R1的一端相连；第一P-MOS管Q1的G极和第二P-MOS管Q2的G极相连后再分别与第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端、第三P-MOS管Q3的D极、第二陶瓷电容C2的一端相连；第一P-MOS管Q1的D极和第二P-MOS管Q2的D极相连后再分别与第七电阻R7的一端、第三钽电容C3的正极端、第四钽电容C4的正极端相连；
所述第三钽电容C3的负极端接地；
所述第四钽电容C4的负极端接地；
所述第二陶瓷电容C2的另一端接地；
所述第一电阻R1的另一端分别与第三P-MOS管Q3的G极和第一Molex接插件H1的第一引脚1相连；
所述第一Molex接插件H1的第二引脚2接地；
所述第三电阻R3的另一端与第二Molex接插件H2的第四引脚4相连；
所述第四电阻R4的另一端与第二Molex接插件H2的第二引脚2相连；
所述第二Molex接插件H2的第一引脚1接地，第二Molex接插件H2的第三引脚3接地；
所述第五电阻R5的另一端与第四N-MOS管Q4的D极相连；
所述第七电阻R7的另一端分别与第六电阻R6的一端、第一陶瓷电容C1的一端、第四N-MOS管Q4的G极相连；
所述第四N-MOS管Q4的S极接地；
所述第一陶瓷电容C1的另一端接地；
所述第六电阻R6的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的应用于立方星的电源母线电路，其特征在于：在立方星装入分离机构之前，分离开关处于释放状态，此时第二Molex接插件H2的第一引脚1与第二Molex接插件H2的第二引脚2短接，第二Molex接插件H2的第三引脚3与第二Molex接插件H2的第四引脚4短接；RBF插头插入RBF端口，此时第一Molex接插件H1的第一引脚1与第一Molex接插件H1的第二引脚2短接；第三P-MOS管Q3的G极接地，第三P-MOS管Q3的S极接蓄电池输入端口BUS_IN，使得第三P-MOS管Q3导通，第三P-MOS管Q3的D极电压为7.4V，即第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的G极电压均为7.4V，等于第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的S极电压，因此第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2均截止，蓄电池与供配电模块断开，整星断电；此过程中第一电阻R1、第三电阻R3和第四电阻R4均起到分流作用，第二电阻R2起到上拉作用。
3.根据权利要求1所述的应用于立方星的电源母线电路，其特征在于：在立方星装入分离机构后，分离开关处于压紧状态，此时第二Molex接插件H2的第一引脚1与第二Molex接插件H2的第二引脚2断开，第二Molex接插件H2的第三引脚3与第二Molex接插件H2的第四引脚4断开；将RBF插头从RBF端口拔除，此时第一Molex接插件H1的第一引脚1浮空；第三P-MOS管Q3的G极电压经第一电阻R1上拉至7.4V，等于第三P-MOS管Q3的S极电压，导致Q3截止；第二Molex接插件H2的第四引脚4与第二Molex接插件H2的第二引脚2均浮空，第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的G极电压经第二电阻R2上拉至7.4V，等于第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的S极电压，使得第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2均截止，蓄电池与供配电模块断开，整星断电。
4.根据权利要求1所述的应用于立方星的电源母线电路，其特征在于：当立方星在轨从分离机构释放后，分离开关处于释放状态，此时第二Molex接插件H2的第一引脚1与第二Molex接插件H2的第二引脚2短接，第二Molex接插件H2的第三引脚3与第二Molex接插件H2的第四引脚4短接；RBF插头已从RBF端口拔除，此时第一Molex接插件H1的第一引脚1浮空；第三P-MOS管Q3的G极电压经第一电阻R1上拉至7.4V，等于第三P-MOS管Q3的S极电压，Q3截止；第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的G极电压经第三电阻R3和第四电阻R4下拉至0V，小于第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的S极电压，引起第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2均导通，蓄电池接入供配电模块，整星上电；此过程中第二电阻R2起到分流作用。
5.根据权利要求1所述的应用于立方星的电源母线电路，其特征在于：在立方星在轨运行期间，第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2处于导通状态，由于第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2产生0.2V压降，使得第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的D极电压均为7.2V，经第六电阻R6和第七电阻R7分压后，加载在第四N-MOS管Q4的G极电压为3.6V，高于第四N-MOS管Q4的S极的0V电压，第四N-MOS管Q4导通，第四N-MOS管Q4的D极电压为3.6V；第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的G极电压经第五电阻R5下拉至0V，此时即使第二Molex接插件H2的第四引脚4和第二Molex接插件H2的第二引脚2因分离开关机械故障而浮空，第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的G极电压为0V，仍然小于第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2的S极电压7.4V，第一P-MOS管Q1和第二P-MOS管Q2依然能处于导通状态，大大增强了母线可靠性和安全性，保证了整星供电的正常。
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