CN107579547A - 基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统，其包括DSP处理器和多个电源配电固态继电器模块，每个电源配电固态继电器模块包括四个固态继电器，所述固态继电器包括光伏隔离器件、光耦、MOSFET管和触发器，固态继电器的输入包括偏置端、控制关断端、控制接通端和状态端，偏置端与光伏隔离器件连接，控制关断端和控制接通端与触发器连接，状态端与光耦连接；其中，控制接通端、控制关断端和状态端分别与DSP处理的I/O连接；本发明系统将固态继电器在飞行器电源配电系统集成应用，实现飞行器电源配电，硬件自保、转电、断电、火工品母线电压管制和配电状态回采等功能，满足飞行器供配电和安全管制需要。

Description

基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统

技术领域

本发明涉及飞行器配电系统，具体地指一种基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统，属于航天飞行器电路技术领域。

背景技术

飞行器配电系统是其控制系统电路的重要组成部分，需实现飞行器控制、测量和导航等系统供配电，实现地面供电与弹上电池供电转换(转电)、断电和火工品母线电压的安全管制等功能。

目前，国内外实现飞行器配电系统功能主要基于固态继电器、电磁继电器和外围电路设计实现，为了实现配电后硬件自保功能还需要使用磁保电磁继电器等器件。在工程应用中，电磁继电器会偶发粘连故障，导致配电功能异常。固态继电器和电磁继电器在配电系统中一般以分立器件形式应用，为了解决电磁继电器粘连和配电通路的可靠性，通常进行串并联处理，增加了电磁继电器的使用量，最终导致传统电源配电设备体积庞大。

因此，面对飞行器系统的小型化、轻质化、高可靠需求，传统的配电系统显得越来越力不从心。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统，该系统结构小型化、轻质化、高可靠性，且实现硬件自保功能。

实现本发明目的采用的技术方案是一种基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统，该系统包括DSP处理器和多个电源配电固态继电器模块，每个电源配电固态继电器模块包括四个固态继电器，所述固态继电器包括光伏隔离器件、光耦、MOSFET管和触发器，固态继电器的输入包括偏置端、控制关断端、控制接通端和状态端，偏置端与光伏隔离器件连接，控制关断端和控制接通端与触发器连接，状态端与光耦连接；其中，控制接通端、控制关断端和状态端分别与DSP处理的I/O连接；

所述触发器包括非门、第一或非门、第二或非门，所述非门的输入与所述控制关断端连接，输出与第一或非门的一个输入端连接，第一或非门的另一个输入端与第二或非门的输出端连接，第一或非门的输出端与第二或非门的一个输入端连接，第二或非门的另一输入端与控制接通端连接。

进一步地，控制接通端与第二或非门的另一输入端之间连接有RC滤波电路。

进一步地，所述状态端与光耦之间连接有RC滤波电路。

进一步地，所述MOSFET管两端并联有恢复二极管。

进一步地，配电电源输入端与配电电源输出端连接由瞬态抑制二极管；控制端和偏置端对地并接一个瞬态抑制二极管。

在上述技术方案中，所述基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统包括第一和第二两个电源配电固态继电器模块，每个电源配电固态继电器模块包括四路输入和输出；其中，

第一电源配电固态继电器模块的第一和第二两路输入连接有瞬态抑制二极管和测控系统，第三和第四两路输入与第二电源配电固态继电器模块的第一和第二两路输入连接；第一和第二两路输出为+BB配电输出；第三和第四两路输出为+DD输出；

第二电源配电固态继电器模块的第三和第四两路输入连接BFA转电源配电输出，第三和第四两路输出为+BF配电输出。

本发明系统将固态继电器在飞行器电源配电系统集成应用，实现飞行器电源配电，硬件自保、转电、断电、火工品母线电压管制和配电状态回采等功能，满足飞行器供配电和安全管制需要。

附图说明

图1为本发明基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统的结构示意图。

图2为图1中固态继电器模块电路结构图。

图3为图2固态继电器模块电路中触发器的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细说明本发明技术方案。

本实施例从集成电源配电固态继电器模块方案、飞行器系统配电应用方案，介绍本发明基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统的实施方式。

如图1所示，本发明基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统包括DSP处理器和集成的多个电源配电固态继电器模块，本实施例系统配电应用选用两块集成电源配电固态继电器模块搭建电源配电系统，电源配电固态继电器模块集成4路独立输入/输出配电功能，单路固态继电器模块电路如图2所示，输入包含偏置端、控制接通端、控制关断端、配电电源输入端和地端；输出包含配电电源输出端、配电电源输出地和状态端，其中控制接通端、控制关断端和状态端分别与DSP处理的I/O连接。

其中触发器电路模块使继电器具备各控制信号硬件自锁功能，其结构如图2所示，固态继电器包括光伏隔离器件、光耦、MOSFET管和触发器，固态继电器的输入包括偏置端、控制关断端、控制接通端和状态端，偏置端与光伏隔离器件连接，控制关断端和控制接通端与触发器连接，状态端与光耦连接；其中触发器包括非门、第一或非门、第二或非门，其连接路图3所示，非门的输入与所述控制关断端连接，输出与第一或非门的一个输入端连接，第一或非门的另一个输入端与第二或非门的输出端连接，第一或非门的输出端与第二或非门的一个输入端连接，第二或非门的另一输入端与控制接通端连接，OFF、ON为控制信号，K为输出。具体实现硬件自锁的过程为：根据或非门真值表1所示，只有输入端两个信号同时都为低时，输出才为高，只要输入信号有一个为高，输出则为低。因此，当1一直为高时，3则一直为低。当1为低时，5为高时，6为低，则3为高，4为高，此时当5变为低，6仍然为低，1为低，3还是低，不变。综上，此电路实现了硬件自锁功能。表2为通断控制真值表。

输入A	输入B	输出Y
			0	0	1
1	0	0
			0	1	0
1	1	0

表1

(控制关断)OFF	(控制接通)ON	(输出信号)K
			0	1/0	0
1	上升沿	1

表2

此外，在固态继电器模块电路中，

R4和C1，R8和C2构成RC缓冲滤波电路,使继电器具备延时接通功能,并提高了控制端的抗干扰能力，有效防止输入信号的微抖动造成的继电器误动作。

在控制端和偏置端对地并接一个瞬态抑制二极管,可有效提高继电器的抗静电击穿能力。

使用光伏器件隔离,驱动功率MOSFET管实现开关功能,对应用系统不造成EMC方面的影响。在功率MOSFET管两端并联快恢复二极管,在继电器关断瞬问,为负载上的感性成分提供快速放电回路,可有效降低感性成分产生的反向电动势,提高了继电器的工作寿命。

当系统主电流回路中存在一些分布的感性和阻性参量时，在继电器关断时，会在继电器输出端出现较高电压脉冲,因此可在模块的配电电源输入端与配电电源输出端增加瞬态抑制二极管，防止继电器出现电压击穿导致失效。

状态采集光耦输出端通过电阻上拉，使其上电电平默认为“1”。功率MOSFET输出端连接状态采集光耦输入端，当功率MOSFET导通时，光耦导通，状态采集端电平为“0”。

控制真值表如下表3所示，表中，0为低电平，1为高电平。表示上升沿有效，只有在关断端变为高电平且延时1ms，之后无论接通端如何变化继电器始终处于接通状态，如果想要断开继电器则需要将关断端设置为低电平。

偏置端	关断端	接通端	继电器	状态
					0	0/1	0/1	断开	0
1	0	0/1	断开	1
					1	1	上升沿	通	0

表3

本发明采用集成电源配电固态继电器模块配电后硬件自保，通过断电控制端断开供电，配电状态通过状态端反馈，由处理器适时采集检监控，4路通路共输出地，为了提高带载能力可以并联使用(达到40A以上)。集成电源配电固态继电器模块，高度集成了MOSFET管、光耦和电阻等器件，在减小体积同时考虑散热需求，各路配电通路相对独立，可在系统上灵活应用。

本发明基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统包括DSP处理器和集成的多个电源配电固态继电器模块，本实施例系统配电应用选用两块集成电源配电固态继电器模块搭建电源配电系统的应用说明如下：

1、+BB配电输出

一般测试时(飞行器上电池未激活)，由地面测控系统4给飞行器供电(+BB0)，为提高带载能力，电源配电固态继电器模块1的配电通路1和配电通路2并联使用，在+BB配电指令发出后，电源配电固态继电器模块1的配电通路1和配电通路2同时接通，+BB配电输出。飞行器上电池激活后，再切换为飞行器上+DD电池5供电(之间设计防倒灌、短路功率二极管3。同样，+DD电池5供电输出先经过电源配电固态继电器模块1的配电通路3和配电通路4并联管制，在转电指令发出后，电源配电固态继电器模块1的配电通路3和配电通路4接通。

2、+BF配电输出

为确保安全性，转电指令和+BF配电指令，完成+BF配电输出进行2级管制，转电指令发出完成+BFA预先配电，+BF配电指令发出完成+BF配电。为确保可靠性，配电通路并联使用。在转电指令发出后，电源配固态继电器模块2的配电通路1和配电通路2接通；进而在+BF配电指令发出后，电源配固态继电器模块2的配电通路3和配电通路4接通，实现+BF配电输出。

3、配电状态采集

为提高产品自测试、自诊断能力，各配电通路MOSFET管通断状态通过光耦隔离后送DSP处理器6集中采集。

Claims (6)

1.一种基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统，其特征在于：包括DSP处理器和多个电源配电固态继电器模块，每个电源配电固态继电器模块包括四个固态继电器，所述固态继电器包括光伏隔离器件、光耦、MOSFET管和触发器，固态继电器的输入包括偏置端、控制关断端、控制接通端和状态端，偏置端与光伏隔离器件连接，控制关断端和控制接通端与触发器连接，状态端与光耦连接；其中，控制接通端、控制关断端和状态端分别与DSP处理的I/O连接；

所述触发器包括非门、第一或非门、第二或非门，所述非门的输入与所述控制关断端连接，输出与第一或非门的一个输入端连接，第一或非门的另一个输入端与第二或非门的输出端连接，第一或非门的输出端与第二或非门的一个输入端连接，第二或非门的另一输入端与控制接通端连接。

2.根据权利要求1所述基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统，其特征在于：控制接通端与第二或非门的另一输入端之间连接有RC滤波电路。

3.根据权利要求2所述基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统，其特征在于：所述状态端与光耦之间连接有RC滤波电路。

4.根据权利要求3所述基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统，其特征在于：所述MOSFET管两端并联有恢复二极管。

5.根据权利要求4所述基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统，其特征在于：配电电源输入端与配电电源输出端连接由瞬态抑制二极管；控制端和偏置端对地并接一个瞬态抑制二极管。

6.根据权利要求1～5任一所述基于集成固态继电器模块的飞行器电源配电系统，其特征在于：包括第一和第二两个电源配电固态继电器模块，每个电源配电固态继电器模块包括四路输入和输出；其中，

第一电源配电固态继电器模块的第一和第二两路输入连接有瞬态抑制二极管和测控系统，第三和第四两路输入与第二电源配电固态继电器模块的第一和第二两路输入连接；第一和第二两路输出为+BB配电输出；第三和第四两路输出为+DD输出；

第二电源配电固态继电器模块的第三和第四两路输入连接BFA转电源配电输出，第三和第四两路输出为+BF配电输出。