CN107947251B - 复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统，能够解决整星测试期间加电瞬间和断电瞬间在电源控制器和蓄电池组之间的电流冲击问题。其中：蓄电池继电器盒：实现整星AIT测试过程中整星加、断电控制电路，设置通路正模块和通路负模块；整星加电操作模块：结合蓄电池继电器盒的电路设计、整星供电通路设计，按照严格的操作次序和判读方法进行操作，实现整星加电的软启动过程。整星断电操作模块：结合蓄电池继电器盒的电路设计、整星供电通路设计，按照严格的操作次序和判读方法进行操作，实现整星加电的软启动过程。

Description

复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统

技术领域

本发明涉及复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统，尤其涉及大功率复合母线体制SAR卫星整星防电流冲击加断电系统。

背景技术

SAR卫星存在大功率脉冲载荷，传统SAR卫星采用双独立母线体制电源系统匹配脉冲载荷，其能源利用率低、设备配套多、功率密度低；新型复合母线体制SAR卫星电源系统可解决双独立母线体制的弊端，大幅提升能源利用率与系统功率密度。

复合母线体制电源系统中，太阳电池阵功率输出、电源控制器和大容量蓄电池组直接并联形成大功率不调节母线，同时不调节母线经全调节母线变换器输出全调节母线；复合母线体制卫星不仅存在蓄电池组与电源控制器大容量电容阵并联接入问题，还有整星带载启动问题，因此复合母线体制电源系统在提升系统性能的同时，也带来了整星加断电时会产生不可避免的电流冲击的缺点，电流冲击会对卫星相关设备的安全性和可靠性产生不可忽视的影响。

卫星AIT测试期间需频繁的执行整星加电和断电操作，本发明提出一种防电流冲击的整星加断电系统，其应用场合不限于SAR卫星，可以满足整星安全、可靠地加断电操作需求。

发明内容

本发明提供一种复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统，能够解决整星测试期间加电瞬间和断电瞬间在电源控制器和蓄电池组之间的电流冲击问题，可以实现整星软启动过程和软关断过程，保证相关设备的安全性。

本发明的技术方案如下：

一种复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统，包括：蓄电池继电器盒、整星加电操作模块、整星断电操作模块，其中：

蓄电池继电器盒：实现整星AIT测试过程中整星加、断电控制电路，设置通路正模块和通路负模块，蓄电池继电器盒一端连接电源控制器，一端连接蓄电池组，提供电源控制器向蓄电池组的充电通路和蓄电池组向电源控制器的放电通路，通过继电器盒通路正电路实现接通和断开蓄电池通路，保证整星和蓄电池组的加电安全与断电安全；

整星加电操作模块：首先设置地面电源供电曲线电压高于蓄电池组电压，地面电源输出后电源控制器首先建立电压，待监测到蓄电池组出现充电电流后，说明MOSFET反向寄生二极管已导通，此时发送MOSFET接通指令，状态检测正常后，依次发送功率继电器接通指令，实现软启动，整星可进入正常测试操作；

整星断电操作模块：首先设置地面电源供电曲线电压高于蓄电池组电压,电流处于设定范围内，此时地面电源处于向蓄电池组充电状态，监测到蓄电池组出现充电电流后，依次发送功率继电器断开指令，检测到功率继电器已断开且蓄电池组依然处于充电状态，说明MOSFET处于导通状态，之后发送MOSFET断开指令，指令执行后检测蓄电池组依然处于充电状态，状态检测正常后，即可关闭地面供电电源，实现软关断，整星进入断电状态。

进一步的，所述的蓄电池继电器盒设置充放电电流遥测模块，用以配合整星加电操作程序判读。

进一步的，所述的蓄电池继电器盒采用继电器组与功率MOSFET并联方式，利用MOSFET寄生体二极管，在充电状态下将电源控制器与蓄电池组之间的电压差钳位在0.7V左右，控制电源控制器中的大电容阵与蓄电池组之间的电势基本平衡，同时利用MOSFET耐瞬态电流应力的特点，利用MOSFET开关将0.7V的电压差拉到接近于0V的电压差，基本消除继电器开关的冲击电流。

进一步的，所述的整星加电操作模块采用先向电源控制器大电容阵充电，充电完成后自动向蓄电池组充电的方法，使冲击电流从能量较小的电容阵向能量非常大的蓄电池组流动，减小冲击电流的幅度和持续时间。

本发明的有益效果：

1、设计蓄电池继电器盒，通过半导体开关和继电器开关电路设计提供电源控制器与蓄电池组间的功率通路。

2、巧妙利用蓄电池继电器盒中功率MOSFET寄生体二极管，将电源控制器和蓄电池组间电压差钳位于0.7V左右，实现设备间电势差的匹配。

3、利用蓄电池继电器盒中功率MOSFET耐瞬时电流应力的特点，将电源控制器和蓄电池组间电压差拉到接近于0V，基本消除继电器开关的冲击电流。

4、设计了可编程的整星加电和断电操作程序，实现整星加电和断电的自动化操作。

5、在复合母线体制下，相比于传统限流电阻防电流冲击系统加电时充电时间长、电流冲击大、不适宜自动化操作等缺点，本发明设计的防电流冲击加断电系统可实现即时加断电、对功率继电器无电流冲击、可自动化操作等优点。

附图说明

图1本发明中复合母线体制卫星电源系统拓扑图；

图2为本发明防电流冲击加断电系统的原理框图；

图3为本发明的整星加电操作模块流程图；

图4为本发明的整星断电操作模块流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步介绍。

1.总体方案设计

根据工程系统要求，复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统由蓄电池继电器盒、整星加电操作模块、整星断电操作模块构成。

2.设计蓄电池继电器盒功率通路

根据任务要求，设计蓄电池继电器盒的功率通路。设计K1-K3功率继电器通路用于正常供电通路；设计MOSFET半导体开关与功率继电器K1-K3并联，设计功率MOSFET寄生体二极管反向安装，阳极接电源控制器，阴极接蓄电池组；设计蓄电池组充电电流遥测Ic。

3.设计地面电源工作参数

根据任务要求，设计地面电源整星加电状态电压电流参数和整星断电状态电压电流参数，根据蓄电池组电压变化范围设置多档电压，根据整星基础负载设置多档电流。

4.整星加电操作模块

1)设置地面电源供电曲线，电压高于蓄电池组电压1档，电流小于最大安全电流值；

2)地面电源使能输出；

3)母线电压开始建立；

4)检测蓄电池组充电电流Ic是否大于零，若不大于零，调高地面电源电压；

5)蓄电池组充电电流Ic大于零，蓄电池组处于充电状态，发送S接通指令；

6)依次发送K1-K3接通指令；

7)检测系统状态，判读整星加电遥测参数，若出现异常，地面电源禁止，系统发出告警；

8)系统状态检测正常，完成整星加电，进入正常测试。

5.整星断电操作模块

1)设置地面电源供电曲线，电压高于蓄电池组电压1档，电流小于最大安全电流值；

2)检测蓄电池组充电电流Ic是否大于零，若不大于零，调高地面电源电压；

3)蓄电池组充电电流Ic大于零，蓄电池组处于充电状态，依次发送K1-K3断开指令；

4)发送S断开指令；

5)检测系统状态，判读整星断电遥测参数，若出现异常，系统发出告警；

6)系统状态检测正常，地面电源禁止输出；

7)完成整星断电。

本发明的一种复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统包括蓄电池继电器盒、整星加电操作模块、整星断电操作模块，其中：

蓄电池继电器盒：实现整星AIT测试过程中整星加、断电控制电路，设置通路正模块和通路负模块，蓄电池继电器盒一端连接电源控制器，一端连接蓄电池组，提供电源控制器向蓄电池组的充电通路和蓄电池组向电源控制器的放电通路，通过继电器盒通路正电路设计实现接通和断开蓄电池通路，保证整星和蓄电池组的加电安全与断电安全；蓄电池继电器盒设置充放电电流遥测，用以配合整星加电操作程序判读。

整星加电操作模块：结合蓄电池继电器盒的电路设计、整星供电通路设计，按照严格的操作次序和判读方法进行操作，实现整星加电的软启动过程。

整星断电操作模块：结合蓄电池继电器盒的电路设计、整星供电通路设计，按照严格的操作次序和判读方法进行操作，实现整星加电的软启动过程。

所述的蓄电池继电器盒采用继电器组与功率MOSFET并联，巧妙利用MOSFET寄生体二极管，在充电状态下将电源控制器与蓄电池组之间的电压差钳位在0.7V左右，控制电源控制器中的大电容阵与蓄电池组之间的电势基本平衡，同时利用MOSFET耐瞬态电流应力的特点，利用MOSFET开关将0.7V的电压差拉到接近于0V的电压差，基本消除继电器开关的冲击电流。

所述的整星加电操作程序采用先向电源控制器大电容阵充电，充电完成后自动向蓄电池组充电的方法，使冲击电流从能量较小的电容阵向能量非常大的蓄电池组流动，大大减小了冲击电流的幅度和持续时间。

所述的整星加电操作程序首先设置地面电源供电曲线电压高于蓄电池组电压，地面电源输出后电源控制器首先建立电压，待监测到蓄电池组出现充电电流后，证明MOSFET反向寄生二极管已导通，此时发送MOSFET接通指令，状态检测正常后，即可依次发送功率继电器接通指令，实现软启动，整星可进入正常测试操作。

所述的整星断电操作程序首先设置地面电源供电曲线电压高于蓄电池组电压,电流处于设定范围内，此时地面电源处于向蓄电池组充电状态，监测到蓄电池组出现充电电流后，依次发送功率继电器断开指令，检测到功率继电器已断开且蓄电池组依然处于充电状态，证明MOSFET处于导通状态，之后发送MOSFET断开指令，指令执行后检测蓄电池组依然处于充电状态，状态检测正常后，即可关闭地面供电电源，实现软关断，整星进入断电状态。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统，其特征在于，包括：蓄电池继电器盒、整星加电操作模块、整星断电操作模块，其中：

蓄电池继电器盒：实现整星AIT测试过程中整星加、断电控制电路，设置通路正模块和通路负模块，蓄电池继电器盒一端连接电源控制器，一端连接蓄电池组，提供电源控制器向蓄电池组的充电通路和蓄电池组向电源控制器的放电通路，通过继电器盒通路正电路实现接通和断开蓄电池通路，保证整星和蓄电池组的加电安全与断电安全；

整星加电操作模块：首先设置地面电源供电曲线电压高于蓄电池组电压，地面电源输出后电源控制器首先建立电压，待监测到蓄电池组出现充电电流后，说明MOSFET反向寄生二极管已导通，此时发送MOSFET接通指令，状态检测正常后，依次发送功率继电器接通指令，实现软启动，整星可进入正常测试操作；

整星断电操作模块：首先设置地面电源供电曲线电压高于蓄电池组电压,电流处于设定范围内，此时地面电源处于向蓄电池组充电状态，监测到蓄电池组出现充电电流后，依次发送功率继电器断开指令，检测到功率继电器已断开且蓄电池组依然处于充电状态，说明MOSFET处于导通状态，之后发送MOSFET断开指令，指令执行后检测蓄电池组依然处于充电状态，状态检测正常后，即可关闭地面供电电源，实现软关断，整星进入断电状态；

所述的蓄电池继电器盒采用继电器组与功率MOSFET并联方式，利用MOSFET寄生体二极管，在充电状态下将电源控制器与蓄电池组之间的电压差钳位在0.7V左右，控制电源控制器中的大电容阵与蓄电池组之间的电势基本平衡，同时利用MOSFET耐瞬态电流应力的特点，利用MOSFET开关将0.7V的电压差拉到接近于0V的电压差，基本消除继电器开关的冲击电流；

所述的整星加电操作模块采用先向电源控制器大电容阵充电，充电完成后自动向蓄电池组充电的方法，使冲击电流从能量较小的电容阵向能量非常大的蓄电池组流动，减小冲击电流的幅度和持续时间。

2.如权利要求1所述的一种复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统，其特征在于，进一步的，所述的蓄电池继电器盒设置充放电电流遥测模块，用以配合整星加电操作程序判读。

3.如权利要求1-2任意一项所述的一种复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统，其特征在于，所述的整星加电操作模块工作流程如下：

1)设置地面电源供电曲线，电压高于蓄电池组电压1档，电流小于最大安全电流值；

2)地面电源使能输出；

3)母线电压开始建立；

4)检测蓄电池组充电电流Ic是否大于零，若不大于零，调高地面电源电压；

5)蓄电池组充电电流Ic大于零，蓄电池组处于充电状态，发送S接通指令；

6)依次发送K1-K3接通指令；

7)检测系统状态，判读整星加电遥测参数，若出现异常，地面电源禁止，

系统发出告警；

8)系统状态检测正常，完成整星加电，进入正常测试。

4.如权利要求1-2任意一项所述的一种复合母线体制卫星整星防电流冲击加断电系统，其特征在于，所述的整星断电操作模块工作流程如下：

1)设置地面电源供电曲线，电压高于蓄电池组电压1档，电流小于最大安全电流值；

2)检测蓄电池组充电电流Ic是否大于零，若不大于零，调高地面电源电压；

3)蓄电池组充电电流Ic大于零，蓄电池组处于充电状态，依次发送K1-K3断开指令；

4)发送S断开指令；

5)检测系统状态，判读整星断电遥测参数，若出现异常，系统发出告警；

6)系统状态检测正常，地面电源禁止输出；

7)完成整星断电。

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