CN107959277A - 卫星负载输入端过流保护系统 - Google Patents

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    • H02H3/07—Details with automatic reconnection and with permanent disconnection after a predetermined number of reconnection cycles

Abstract

本发明提供了一种卫星负载输入端过流保护系统，包括与卫星负载输入端连接的过流保护电路，用于当卫星负载端发生短路或过流等故障时，检测负载端输入电流超过限定值，切断电流输出，再延时恢复电流输出，反复预设次数后，如负载端输入电流仍然超过所述限定值，则永久切断电流输出。本发明中负载端短路时电流不会超过限定值，对母线无干扰，不影响整星安全，可在负载发生短路或过流等情况下能仍能保证母线稳定，对其它用电负载不会产生任何干扰，保证整星安全，本发明具有软启动功能，另外，可通过指令恢复电流输入。本发明的电路将软启动和过流保护合二为一，功率器件没有增加，只是增加了部分控制电路。

Description

卫星负载输入端过流保护系统
技术领域
本发明涉及一种卫星负载输入端过流保护系统。
背景技术
卫星在轨运行时用电负载有多个，彼此之间为并联关系，当一个发生短路或过流故障时会导致母线电压过低，影响其它用电负载稳定，导致其它负载故障，严重时可导致整星失效。
传统卫星负载输入端过流保护一般采用保险丝，采用保险丝作为过流保护缺点有两个：
1）过流峰值电流不可控，保险丝熔断受I2t控制，如负载发生短路时峰值电流主要受线缆阻抗限制，如果线缆阻抗小，峰值电流可达数百安培，对母线扰动很大，会导致其它用电负载欠压保护和重新启动，会带来不可预计的影响。
2）保险丝本身为可靠性不高的器件，正常运行时可能发生开路故障，影响系统功能。
由于卫星各用电负载对母线稳定性要求很高，因此减小各负载之间的影响非常重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卫星负载输入端过流保护系统，能够解决采用保险丝作为过流保护时过流峰值电流不可控和可靠性不高的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种卫星负载输入端过流保护系统，包括：
与卫星负载输入端连接的过流保护电路，用于当卫星负载端发生短路或过流等故障时，检测负载端输入电流超过限定值，切断电流输出，再延时恢复电流输出，反复预设次数后，如负载端输入电流仍然超过所述限定值，则永久切断电流输出。
进一步的，在上述系统中，所述过流保护电路包括：
电流采样电阻Rs；
与所述电流采样电阻Rs并联的采样电路；
与所述控制电路的一端与所述采样电路连接，另一端与所述驱动电路连接。
进一步的，在上述系统中，所述采样电路包括电阻R1、R2 、R3、R4和R6，晶体管V1、V3，其中，
V1为两个集成在一起的晶体管；
当Rs上有电流流过时，电阻R1和R2两端电压有差异，而镜像源原理要求R3和R4上电流一致，因此多余电流经V3流出，流出电流为Rs两端电压差除以R1，电流经电阻R6转化为电压信号。
进一步的，在上述系统中，所述控制电路包括V4、U1A、V5、P-MOS管、U2A、C4、N1A、U3，其中，
电流信号VOC与基准进行比较，当VOC信号超过基准V4，比较器出去高电平，波形经过U1A整形后经V5关闭P-MOS管，同时波形经过U2A整形后给C4进行充电；
P-MOS管关闭后电流信号为零，比较器N1A恢复低电平，P-MOS管重新开通，如果再次检测到电流信号高于基准值V4，再次关闭P-MOS管，同时给C4再次充电，反复预设次数后，当C4充满电，RS触发器U3锁定输出高电平，关闭P-MOS管，切断负载端电流输入；
U1A和U2A为与门电路，用于将输入信号进行整形，形成上升沿和下降沿都很陡直的波形。
进一步的，在上述系统中，所述控制电路还包括R13、C2、R7、R12、C1、V7、C3、V8、V6，其中，
R13为滞回电阻，避免N1A产生震荡；
C2用于对高频信号进行抑制；
V5和V7为隔离二极管；
C3为隔直通交电容，用于将交流信号传递给后续电路；
V8为电容C3的泻放二极管；
V6为隔离二极管，用于使电容C4电荷保持；
C4为积分电容，P-MOS管开关次数产生的脉冲给C4充电，C4充满达到U3的SET端的阈值时，RS触发器U3触发输出高电平，经V7输出锁定关闭P-MOS管。
进一步的，在上述系统中，所述U3的R端连接继电器指令端，U3锁定输出高电平关闭P-MOS管后，通过继电器指令给R端高电平重新开通P-MOS管。
进一步的，在上述系统中，所述驱动电路包括R23、C5、V9、V11、V10、R19、R20，其中，
R23和C5组成软启动电路，软启动的电流上升斜率由R23和C5决定；
V9和V11组成图腾柱式驱动，以快速开启和关闭P-MOS管；
V10为GS过压保护管；
R19和R20电阻分压，使R19两端电压差约10V，以保证P-MOS管GS端电压约10V。
进一步的，在上述系统中，采样电阻Rs采样负载端输入电流，采样电路利用镜像源原理将电流信号转化为电压信号，转化后的电压信号与限制阈值进行比较，当采样电流超过限定阈值时，比较器输出为1，切断P-MOS管；
P-MOS管切断后电流为零，采样电流信号低于限定阈值，比较器输出为0，P-MOS重新开通，如果短路故障没有恢复，采样电流仍超过限定阈值，再次切断P-MOS管，循环预设次数后，则永久切断电流输入。
进一步的，在上述系统中，将采样负载端输入电流与限制阈值进行比较，电流信号超过基准V4，比较器出去高电平，波形经过U1A整形后经V5关闭P-MOS管，同时波形经过U2A整形后给C4进行充电；
P-MOS管关闭后电流信号为零，比较器N1A恢复低电平，P-MOS管重新开通，如果再次检测到电流信号高于基准值V4，再次关闭P-MOS管，同时给C4再次充电，反复预设次数后，当C4充满电，RS触发器U3锁定输出高电平，关闭P-MOS管，切断负载端电流输入。
与现有技术相比，本发明提供了一种卫星负载输入端过流保护系统，包括与卫星负载输入端连接的过流保护电路，用于当卫星负载端发生短路或过流等故障时，检测负载端输入电流超过限定值，切断电流输出，再延时恢复电流输出，反复预设次数后，如负载端输入电流仍然超过所述限定值，则永久切断电流输出。本发明中负载端短路时电流不会超过限定值，对母线无干扰，不影响整星安全，可在负载发生短路或过流等情况下能仍能保证母线稳定，对其它用电负载不会产生任何干扰，保证整星安全，本发明具有软启动功能，另外，可通过指令恢复电流输入。本发明的电路将软启动和过流保护合二为一，功率器件没有增加，只是增加了部分控制电路。
附图说明
图1是本发明一实施例的卫星负载输入端过流保护技术的电原理框图；
图2是本发明一实施例的卫星负载输入端过流保护技术的电流采样电路图；
图3是本发明一实施例的卫星负载输入端过流保护技术的过流保护控制原理图；
图4是本发明一实施例的卫星负载输入端过流保护技术驱动原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种卫星负载输入端过流保护系统，包括：
卫星负载输入端过流保护电路，用于当卫星负载端发生短路或过流等故障时，检测负载端输入电流超过限定值，切断电流输出，再延时恢复电流输出，反复预设次数后，如负载端输入电流仍然超过所述限定值，则永久切断电流输出（可指令恢复）。
本发明一实施例的卫星负载输入端过流保护电路包括采样电路、控制电路和驱动电路，可用于卫星负载单机输入保护，具有软启动功能，当负载发生过流或短路时能切断电流，保护整星能源安全，该电路与保险丝相比优点有：电流受限，对母线干扰小，故障在一定程度可恢复，可靠性高，适合于长寿命高可靠卫星负载用电输入保护。
本发明的一种微型负载输入端过流保护技术电原理框图如图1所示，电路包括电流采样电阻Rs，采样电路，控制电路和驱动电路。
电流采样电路如图2所示，当Rs上有电流流过时，电阻R1和R2两端电压有差异，而镜像源原理要求R3和R4上电流一致，因此多余电流经V3流出，流出电流为Rs两端电压差除以R1，电流经电阻R6转化为电压信号。
电压信号VOC=(VRS/R1)*R6。
V1为两个集成在一起的晶体管，两个晶体管由于在一块硅片因此具有很精确的一致性，从而保证两个晶体管流过电流一致。
控制电路如图3所示，电流信号VOC与基准进行比较，当VOC信号超过基准V4，比较器出去高电平，波形经过U1A整形后经V5关闭P-MOS管，同时波形经过U2A整形后给C4进行充电；P-MOS管关闭后电流信号为零，比较器N1A恢复低电平，P-MOS管重新开通，如果再次检测到电流信号高于基准值V4，再次关闭P-MOS管，同时给C4再次充电，反复预设次数后(次数由R14和C4决定)，当C4充满电，RS触发器U3锁定输出高电平，关闭P-MOS管，切断负载端电流输入。可通过继电器T1发指令信号恢复负载端电流输入。
R13为滞回电阻，避免N1A产生震荡，C2对高频信号进行抑制，有利于系统的稳定性。R7为上拉电阻，R12和C1为滤波电路，可以滤除尖刺干扰。U1A和U2A为与门电路，可将输入信号进行整形，形成上升沿和下降沿都很陡直的波形，利于后续电路的信号处理。V5和V7为隔离二极管。C3为隔直通交电容，将交流信号传递给后续电路。V8为电容C3的泻放二极管，V6为隔离二极管，使电容C4电荷保持。C4为积分电容，P-MOS管开关次数产生的脉冲给C4充电（电流值由R14决定），C4充满达到U3的SET端的阈值时，RS触发器U3触发输出高电平，经V7输出锁定关闭P-MOS管。该功能能有效避免由于负载瞬时尖峰电流或不知明原因造成的尖峰电流干扰，提高电路抗干扰能力，提高可靠性。
U3的R端连接继电器指令端，U3锁定输出高电平关闭P-MOS管后可通过继电器指令给R端高电平重新开通P-MOS管。
驱动电路如图4所示，R23和C5组成软启动电路，软启动的电流上升斜率由R23和C5决定。V9和V11组成图腾柱式驱动，可快速开启和关闭P-MOS管，V10为GS过压保护管。R19和R20电阻分压，使R19两端电压差约10V，从而保证P-MOS管GS端电压约10V，利于P-MOS管驱动。
本发明的卫星负载输入端过流保护系统一实施例中，卫星负载输入端过流保护电路检测负载端输入电流超过限定值，切断电流输出，再延时恢复电流输出，反复预设次数后，如负载端输入电流仍然超过所述限定值，则永久切断电流输出，包括：
采样电阻Rs采样负载端输入电流，采样电路利用镜像源原理将电流信号转化为电压信号，转化后的电压信号与限制阈值进行比较，当采样电流超过限定阈值时，比较器输出为1，切断P-MOS管；
P-MOS管切断后电流为零，采样电流信号低于限定阈值，比较器输出为0，P-MOS重新开通，如果短路故障没有恢复，采样电流仍超过限定阈值，再次切断P-MOS管，循环预设次数后（次数可根据需要设置），则永久切断电流输入。
本发明的卫星负载输入端过流保护系统一实施例中，卫星负载输入端过流保护电路检测负载端输入电流超过限定值，切断电流输出，再延时恢复电流输出，反复预设次数后，如负载端输入电流仍然超过所述限定值，则永久切断电流输出，包括：
将采样负载端输入电流与限制阈值进行比较，电流信号超过基准V4，比较器出去高电平，波形经过U1A整形后经V5关闭P-MOS管，同时波形经过U2A整形后给C4进行充电；
P-MOS管关闭后电流信号为零，比较器N1A恢复低电平，P-MOS管重新开通，如果再次检测到电流信号高于基准值V4，再次关闭P-MOS管，同时给C4再次充电，反复预设次数后(次数由R14和C4决定)，当C4充满电，RS触发器U3锁定输出高电平，关闭P-MOS管，切断负载端电流输入。
本发明中负载端短路时电流不会超过限定值，对母线无干扰，不影响整星安全，可在负载发生短路或过流等情况下能仍能保证母线稳定，对其它用电负载不会产生任何干扰，保证整星安全，本发明具有软启动功能，另外，可通过指令恢复电流输入。
本发明的电路将软启动和过流保护合二为一，功率器件没有增加，只是增加了部分控制电路。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种卫星负载输入端过流保护系统，其特征在于，包括：
与卫星负载输入端连接的过流保护电路，用于当卫星负载端发生短路或过流等故障时，检测负载端输入电流超过限定值，切断电流输出，再延时恢复电流输出，反复预设次数后，如负载端输入电流仍然超过所述限定值，则永久切断电流输出。
2.如权利要求1所述的卫星负载输入端过流保护系统，其特征在于，所述过流保护电路包括：
电流采样电阻Rs；
与所述电流采样电阻Rs并联的采样电路；
与所述控制电路的一端与所述采样电路连接，另一端与所述驱动电路连接。
3.如权利要求2所述的卫星负载输入端过流保护系统，其特征在于，所述采样电路包括电阻R1、R2 、R3、R4和R6，晶体管V1、V3，其中，
V1为两个集成在一起的晶体管；
当Rs上有电流流过时，电阻R1和R2两端电压有差异，而镜像源原理要求R3和R4上电流一致，因此多余电流经V3流出，流出电流为Rs两端电压差除以R1，电流经电阻R6转化为电压信号。
4.如权利要求3所述的卫星负载输入端过流保护系统，其特征在于，所述控制电路包括V4、U1A、V5、P-MOS管、U2A、C4、N1A、U3，其中，
电流信号VOC与基准进行比较，当VOC信号超过基准V4，比较器出去高电平，波形经过U1A整形后经V5关闭P-MOS管，同时波形经过U2A整形后给C4进行充电；
P-MOS管关闭后电流信号为零，比较器N1A恢复低电平，P-MOS管重新开通，如果再次检测到电流信号高于基准值V4，再次关闭P-MOS管，同时给C4再次充电，反复预设次数后，当C4充满电，RS触发器U3锁定输出高电平，关闭P-MOS管，切断负载端电流输入；
U1A和U2A为与门电路，用于将输入信号进行整形，形成上升沿和下降沿都很陡直的波形。
5.如权利要求4所述的卫星负载输入端过流保护系统，其特征在于，所述控制电路还包括R13、C2、R7、R12、C1、V7、C3、V8、V6，其中，
R13为滞回电阻，避免N1A产生震荡；
C2用于对高频信号进行抑制；
V5和V7为隔离二极管；
C3为隔直通交电容，用于将交流信号传递给后续电路；
V8为电容C3的泻放二极管；
V6为隔离二极管，用于使电容C4电荷保持；
C4为积分电容，P-MOS管开关次数产生的脉冲给C4充电，C4充满达到U3的SET端的阈值时，RS触发器U3触发输出高电平，经V7输出锁定关闭P-MOS管。
6.如权利要求5所述的卫星负载输入端过流保护系统，其特征在于，所述U3的R端连接继电器指令端，U3锁定输出高电平关闭P-MOS管后，通过继电器指令给R端高电平重新开通P-MOS管。
7.如权利要求6所述的卫星负载输入端过流保护系统，其特征在于，所述驱动电路包括R23、C5、V9、V11、V10、R19、R20，其中，
R23和C5组成软启动电路，软启动的电流上升斜率由R23和C5决定；
V9和V11组成图腾柱式驱动，以快速开启和关闭P-MOS管；
V10为GS过压保护管；
R19和R20电阻分压，使R19两端电压差约10V，以保证P-MOS管GS端电压约10V。
8.如权利要求7所述的卫星负载输入端过流保护系统，其特征在于，采样电阻Rs采样负载端输入电流，采样电路利用镜像源原理将电流信号转化为电压信号，转化后的电压信号与限制阈值进行比较，当采样电流超过限定阈值时，比较器输出为1，切断P-MOS管；
P-MOS管切断后电流为零，采样电流信号低于限定阈值，比较器输出为0，P-MOS重新开通，如果短路故障没有恢复，采样电流仍超过限定阈值，再次切断P-MOS管，循环预设次数后，则永久切断电流输入。
9.如权利要求8所述的卫星负载输入端过流保护系统，其特征在于，将采样负载端输入电流与限制阈值进行比较，电流信号超过基准V4，比较器出去高电平，波形经过U1A整形后经V5关闭P-MOS管，同时波形经过U2A整形后给C4进行充电；
P-MOS管关闭后电流信号为零，比较器N1A恢复低电平，P-MOS管重新开通，如果再次检测到电流信号高于基准值V4，再次关闭P-MOS管，同时给C4再次充电，反复预设次数后，当C4充满电，RS触发器U3锁定输出高电平，关闭P-MOS管，切断负载端电流输入。
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