CN107465173A - 一种空间电源辅助电源保护电路 - Google Patents

Abstract

一种空间电源辅助电源保护电路，包括DC‑DC主电路、保护电路，所述保护电路包括输入端保护电路和输出端保护电路；所述输入端保护电路包括输入欠压保护电路和输入过流保护电路；所述输出端保护电路包括输出过压、欠压保护电路。本申请的有益效果是：追加了输入和输出保护电路，除了能够为自身电气系统提供稳定的输出电压外，同时还对辅助电源的输入端和输出端提供保护，提高了上下级用电系统的可靠性。

Description

一种空间电源辅助电源保护电路

技术领域

本申请属于空间电源技术领域，具体地说，涉及一种空间电源辅助电源保护电路。

背景技术

在国内和国际空间电源领域，对卫星电源系统的研发和应用随着卫星技术的快速发展日趋成熟，出于可靠稳定的考虑，空间电源控制器每个模块均具有独立的辅助电源，主要用于内部控制电路的供电和保护电路的供电。传统空间电源辅助电源存在着输入电压范围窄、双向保护欠缺、响应速度慢的缺点。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供一种空间电源辅助电源保护电路，追加了输入和输出保护电路，除了能够为自身电气系统提供稳定的输出电压外，同时还对辅助电源的输入端和输出端提供保护，提高了上下级用电系统的可靠性。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种空间电源辅助电源保护电路，并采用以下技术方案来实现。

一种空间电源辅助电源保护电路，包括DC-DC主电路、保护电路；所述DC-DC主电路包括控制芯片；所述保护电路包括输入端保护电路和输出端保护电路；所述输入端保护电路的输入端与所述DC-DC主电路的母线电连接；所述输入端保护电路的输出端与所述控制芯片电连接；所述输出端保护电路的输入端与所述DC-DC主电路的变压器反馈饶阻输出端电连接；所述输出端保护电路的输出端与所述控制芯片电连接。

进一步的，所述输入端保护电路包括输入欠压保护电路和输入过流保护电路，所述输入欠压保护电路和所述输入过流保护电路均与所述母线电连接。

进一步的，所述输入欠压保护电路包括三个三极管，分别为三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3；所述母线分别连接电阻后与所述三个三极管的集电极电连接；所述母线与GND之间串联电阻R1和电阻R2；所述电阻R1和所述电阻R2的连接点分为两路信号，所述两路信号分别连接电阻R3的一端和稳压管D1的负极；所述电阻R3的另一端连接电源VCC；所述稳压管D1的正极分别连接所述三极管Q1的基极和电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端接所述GND；所述三极管Q1的发射极接所述GND；所述三极管Q1的集电极连接电阻R6的一端；所述电阻R6的另一端分别连接所述三极管Q2的基极和电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端接所述GND；所述三极管Q2的发射极接所述GND，所述三极管Q2的集电极连接电阻R7的一端；所述电阻R7的另一端分别连接所述三极管Q3的基极和稳压管D2的负极，所述稳压管D2的正极接所述GND；所述三极管Q3的发射极串联电阻R8和稳压管D3后接所述GND；所述稳压管D3的负极与所述电阻R8电连接，所述稳压管D3的正极接所述GND；所述稳压管D3的负极接所述电源VCC；所述三极管Q2的集电极与所述控制芯片电连接；所述三极管Q1、所述三极管Q2和所述三极管Q3均为NPN型三极管。

进一步的，所述输入过流保护电路包括三极管Q4，所述三极管Q4的基极连接电容C后接GND；所述三极管Q4的集电极串联稳压管D4和电阻R12后接所述GND；所述稳压管D4的正极与所述电阻R12连接；所述三极管Q4的集电极和发射极之间串联电阻R10和电阻R11；所述电阻R10和所述电阻R11的连接点连接电感L1后接所述GND；所述三极管Q4的发射极连接电阻R9后与所述母线电连接；所述稳压管D4的正极与稳压管D5的正极电连接，所述稳压管D5的负极与三极管Q5的基极电连接；所述三极管Q5的基极与发射极之间连接一个电阻，发射极与所述母线电连接；所述三极管Q5的集电极与所述控制芯片电连接；所述三极管Q4和所述三极管Q5均为PNP型三极管。

进一步的，所述三极管Q5的集电极连接过流信号处理电路后与所述控制芯片电连接。

进一步的，所述输出端保护电路包括输出过压、欠压保护电路；所述输出过压、欠压保护电路包括两个比较器，分别为比较器A1和比较器A2；所述比较器A1和所述比较器A2的正电源电压端均与所述电源VCC电相连；所述比较器A1和所述比较器A2的负电源电压端均与所述GND相连；所述比较器A1和所述比较器A2的正极均连接基准电压，所述基准电压由所述电源VCC经电阻分压所得；电压U0与所述GND之间串联三个电阻，分别为电阻R15、电阻R16和电阻R17；所述电阻R15与所述电阻R16的连接点连接电阻R18后与所述比较器A1的负极相连；所述电阻R16和所述电阻R17的连接点连接电阻R19后与所述比较器A2的负极相连；所述比较器A1的输出端连接二极管D6后与所述比较器A2的负极相连；所述二极管D6的正极与所述比较器A1输出端相连，负极与所述比较器A2的负极相连；所述比较器A2的输出端与所述控制芯片电连接。

进一步的，所述基准电压的具体连接方式为，所述电源VCC串联电阻R13和电阻R14后接所述GND；所述电阻R13和所述电阻R14的连接点分别与所述两个比较器的正极相连。

进一步的，所述三极管Q5的集电极串联电阻和二极管后与所述比较器A2的负极电连接。

进一步的，所述的电子元器件均为等效元器件。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：通过追加输入和输出保护电路，不仅能够为辅助电源自身电气系统提供稳定的输出电压，还能对辅助电源的输入端和输出端提供保护，在异常情况下对辅助电源进行切断，提高了上下级用电系统的可靠性。

当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请辅助电源电路功能示意图。

图2是本申请辅助电源拓扑原理框图。

图3是本申请输入欠压保护等效电路。

图4是本申请输入过流保护等效电路。

图5是本申请输出过压、欠压保护等效电路。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1所示，一种空间电源辅助电源由两部分组成，保护电路和DC-DC主电路。保护电路分为输入保护电路和输出保护电路。输入保护电路设置在DC-DC主电路的输入端，输出保护电路设置在DC-DC主电路的输出端。

辅助电源输入功率取自蓄电池组。主电路方案采用的是反激变换器。为了在辅助电源自身失效的情况下对蓄电池进行保护，辅助电源内部设置有电子开关，即控制电路，如图2所示，控制电路与DC-DC主电路电连接，DC-DC主电路接收控制电路的通断指令控制，具有输入欠压保护、输入过流保护、输出欠压保护、输出过压保护功能。其中，输入欠压保护和输入过流保护为输入保护电路；输出欠压、输出过压保护为输出保护电路。

输入欠压保护电路和输入过流保护电路均与辅助电源的正负输入端连接，正、负输入端即为蓄电池组供电的正负极，对应到图2，即为V-IN+和V-IN+RTN两个信号端。

如图3所示，输入欠压保护电路，包括三个NPN型三极管Q1、Q2、Q3。母线，即辅助电源正极输入端，分别连接电阻后与三个三极管的集电极连接。母线与GND之间串联电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2中间点引线后分别连接电阻R3的一端和稳压管D1的负极，电阻R3的另一端连接电源VCC，稳压管D1的正极分别连接三极管Q1的基极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接GND。三极管Q1的发射极接GND。三极管Q1的集电极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端分别连接三极管Q2的基极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接GND。三极管Q2的发射极接GND，三极管Q2的集电极连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别连接三极管Q3的基极和稳压管D2的负极，稳压管D2的正极接GND。三极管Q3的发射极串联电阻R8和稳压管D3后接GND。稳压管D3负极与电阻R8连接，正极接GND。电阻R8和稳压管D3之间接电源VCC，即稳压管D3的负极接VCC。三极管Q2的集电极为保护信号引出点，输入欠压保护信号与DC-DC主电路的控制芯片电连接，作为使能信号控制主电路控制芯片是否工作。

输入欠压保护机制：当输入电压达到限定值时，稳压管D1与D3反向击穿，三极管Q1与Q3导通，Q2关断，形成电源VCC给DC-DC主电路供电。当发生输入欠压时，三极管Q2导通，保护信号输出低电平，进而拉低DC-DC主电路控制芯片UC1845的使能控制信号，此时，控制芯片UC1845不能正常工作，辅助电源实现欠压保护。

如图4所示，输入过流保护电路包括PNP型三极管Q4，三极管Q4的基极连接电容C后接GND。三极管Q4的集电极串联稳压管D4和电阻R12后接GND。其中，稳压管D4的正极与电阻R12连接。三极管Q4的集电极和发射极之间串联电阻R10和R11，且电阻R10和R11的中间点连接电感L1后接GND。三极管Q4的发射极连接电阻R9后与母线连接。输入过流保护电路还包含PNP型三极管Q5，三极管Q5的基极连接稳压管D5后与稳压管D4的正极连接。且稳压管D5的极性连接方式为负极连接三极管Q5，正极与稳压管D4正极相连。三极管Q5的基极与发射极之间连接一个电阻，且发射极与母线连接。三极管Q5的集电极作为输入过流保护信号被输出，并与DC-DC主电路的控制芯片电连接，用来控制控制芯片的工作状态。具体连接方式可视情况而定，需要时可连接信号处理电路，对输入过流保护信号进行处理，再与控制芯片电连接，控制主电路控制芯片的工作启停状态。

输入过流保护机制：上电瞬间，电容C未充电，此时三极管Q4为导通状态，形成一段限流功能；当充电完成后，电容C上端为高电平(即三极管Q4的基极为高电平)，三极管Q4处于截止状态，形成二段限流保护功能。从而避免了上电瞬间的高电流对辅助电源造成的冲击和损害，一段限流功能维系的时间可以通过调整电容C的容值，也就是充放电的时长，来进行调整。当辅助电源正常工作后，如果输入端电流异常增大，三极管Q5导通，Q5的集电极高电平输出，经信号处理电路将过流信号电平反转，从而控制主电路控制芯片停止工作，起到过流保护的作用。本实施例选择的信号处理电路为输出过压、欠压保护电路的比较器A2，具体为三极管Q5的集电极串联电阻和二极管后与比较器A2的-极输入端电连接。当Q5集电极高电平输出时，会拉高比较器A2的-极压值，比较器A2输出低电平，而比较器A2输出端与DC-DC主电路控制芯片连接，作用使能信号控制控制芯片的工作状态，故而拉低控制芯片使能端，使得控制芯片停止工作，实现过流保护。

输出过压、欠压保护电路的输入端与辅助电源的变压器反馈饶阻输出端连接，即电压U0，如图5所示。输出过压、欠压保护电路包括两个比较器A1和A2。比较器A1和A2的正电源电压端均与VCC相连，即由VCC供电；负电源电压均与GND相连。比较器A1和A2的正极均连接基准电压，基准电压由电源VCC经电阻分压所得。具体连接方式为，电源VCC串联电阻R13和电阻R14后接GND。电阻R13和电阻R14的连接点分别与两个比较器的正极相连。电压U0与GND之间串联三个电阻，R15、R16和R17。电阻R15与R16的连接点连接电阻R18后与比较器A1的负极相连。电阻R16和R17的连接点连接电阻R19后与比较器A2的负极相连。比较器A1的输出端连接二极管D6后与比较器A2的负极相连。其中，二极管D6的正极与比较器A1输出端相连，负极与比较器A2的负极相连。

输出过压、输出欠压保护机制：U0经电阻分压后产生的电压值与基准电压进行比较，判断输出是否过压或欠压。欠压时，比较器A1输出高电平，同时高电平传给比较器A2的负极输入端，高电平高于VCC的分压，故比较器A2输出低电平，发生保护，关断辅助电源。正常工作时，比较器A1输出低电平，此时由于又二极管D6的存在，低电平传不到比较器A2，而比较器A2的正极基准电压高于负极待判定电压，故比较器A2输出高电平，不发生保护。过压时，比较器A1输出低电平，但被二极管D6隔离，比较器A2负极压值高于正极基准压值，故比较器A2输出低电平，发生过压保护。需要说明的是过压、欠压以及正常压值的判定标准，根据不同的电路不同的应用会不一样，这时只需要调整各个分压电阻的阻值，达到合适的分压比例，即可实现上述保护机制的各个动作。

各个保护电路中的电阻、电容、二极管、稳压管等各个元器件，均为等效元器件，为了更简洁、更直观地说明各个保护电路的保护机制，选用等效元器件来组成最简单的电路模型，在本申请设计思路的基础上采用其他可等效成本申请各电阻、电容、二极管、稳压管等元器件的电路网络的设计，均属于本申请的设计思想范畴。

本申请的有益效果是：通过追加输入和输出保护电路，不仅能够为辅助电源自身电气系统提供稳定的输出电压，还能对辅助电源的输入端和输出端提供保护，在异常情况下对辅助电源进行切断，提高了上下级用电系统的可靠性。

以上对本申请实施例所提供的一种空间电源辅助电源保护电路，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，不同厂商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种空间电源辅助电源保护电路，包括DC-DC主电路，所述DC-DC主电路包括控制芯片，其特征在于：还包括保护电路，所述保护电路包括输入端保护电路和输出端保护电路；所述输入端保护电路的输入端与所述DC-DC主电路的母线电连接；所述输入端保护电路的输出端与所述控制芯片电连接；所述输出端保护电路的输入端与所述DC-DC主电路的变压器反馈饶阻输出端电连接；所述输出端保护电路的输出端与所述控制芯片电连接。

2.根据权利要求1所述空间电源辅助电源保护电路，其特征在于：所述输入端保护电路包括输入欠压保护电路和输入过流保护电路，所述输入欠压保护电路和所述输入过流保护电路均与所述母线电连接。

3.根据权利要求2所述空间电源辅助电源保护电路，其特征在于：所述输入欠压保护电路包括三个三极管，分别为三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3；所述母线分别连接电阻后与所述三个三极管的集电极电连接；所述母线与GND之间串联电阻R1和电阻R2；所述电阻R1和所述电阻R2的连接点分为两路信号，所述两路信号分别连接电阻R3的一端和稳压管D1的负极；所述电阻R3的另一端连接电源VCC；所述稳压管D1的正极分别连接所述三极管Q1的基极和电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端接所述GND；所述三极管Q1的发射极接所述GND；所述三极管Q1的集电极连接电阻R6的一端；所述电阻R6的另一端分别连接所述三极管Q2的基极和电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端接所述GND；所述三极管Q2的发射极接所述GND，所述三极管Q2的集电极连接电阻R7的一端；所述电阻R7的另一端分别连接所述三极管Q3的基极和稳压管D2的负极，所述稳压管D2的正极接所述GND；所述三极管Q3的发射极串联电阻R8和稳压管D3后接所述GND；所述稳压管D3的负极与所述电阻R8电连接，所述稳压管D3的正极接所述GND；所述稳压管D3的负极接所述电源VCC；所述三极管Q2的集电极与所述控制芯片电连接；所述三极管Q1、所述三极管Q2和所述三极管Q3均为NPN型三极管。

4.根据权利要求2所述空间电源辅助电源保护电路，其特征在于：所述输入过流保护电路包括三极管Q4，所述三极管Q4的基极连接电容C后接GND；所述三极管Q4的集电极串联稳压管D4和电阻R12后接所述GND；所述稳压管D4的正极与所述电阻R12连接；所述三极管Q4的集电极和发射极之间串联电阻R10和电阻R11；所述电阻R10和所述电阻R11的连接点连接电感L1后接所述GND；所述三极管Q4的发射极连接电阻R9后与所述母线电连接；所述稳压管D4的正极与稳压管D5的正极电连接，所述稳压管D5的负极与三极管Q5的基极电连接；所述三极管Q5的基极与发射极之间连接一个电阻，发射极与所述母线电连接；所述三极管Q5的集电极连接过流信号处理电路后与所述控制芯片电连接；所述三极管Q4和所述三极管Q5均为PNP型三极管。

5.根据权利要求1-4任一所述空间电源辅助电源保护电路，其特征在于：所述输出端保护电路包括输出过压、欠压保护电路；所述输出过压、欠压保护电路包括两个比较器，分别为比较器A1和比较器A2；所述比较器A1和所述比较器A2的正电源电压端均与所述电源VCC电相连；所述比较器A1和所述比较器A2的负电源电压端均与所述GND相连；所述比较器A1和所述比较器A2的正极均连接基准电压，所述基准电压由所述电源VCC经电阻分压所得；电压U0与所述GND之间串联三个电阻，分别为电阻R15、电阻R16和电阻R17；所述电阻R15与所述电阻R16的连接点连接电阻R18后与所述比较器A1的负极相连；所述电阻R16和所述电阻R17的连接点连接电阻R19后与所述比较器A2的负极相连；所述比较器A1的输出端连接二极管D6后与所述比较器A2的负极相连；所述二极管D6的正极与所述比较器A1输出端相连，负极与所述比较器A2的负极相连；所述比较器A2的输出端与所述控制芯片电连接。

6.根据权利要求5所述空间电源辅助电源保护电路，其特征在于：所述基准电压的具体连接方式为，所述电源VCC串联电阻R13和电阻R14后接所述GND；所述电阻R13和所述电阻R14的连接点分别与所述两个比较器的正极相连。

7.根据权利要求6所述空间电源辅助电源保护电路，其特征在于：所述三极管Q5的集电极串联电阻和二极管后与所述比较器A2的负极电连接。

8.根据权利要求2-4、6、7任一所述空间电源辅助电源保护电路，其特征在于：所述的电子元器件均为等效元器件。

9.根据权利要求5所述空间电源辅助电源保护电路，其特征在于：所述的电子元器件均为等效元器件。