CN108375919B - 基于星箭分离的卫星自主供电控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于星箭分离的卫星自主供电控制电路，所述电路包括：供电单元、第一控制单元、第二控制单元和选通单元；所述供电单元，用于通过所述选通单元向卫星提供电能；所述第一控制单元，与所述第二控制单元连接，用于根据卫星与运载火箭的相对位置关系，形成第一信号；所述第二控制单元，分别与所述选通单元和所述第一控制单元连接，用于基于所述第一信号形成第二信号，并向所述选通单元提供所述第二信号；所述选通单元，与所述供电单元和所述第二控制单元分别连接，用于基于所述第二信号导通或断开自身与所述供电单元的连接。

Description

基于星箭分离的卫星自主供电控制电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种基于星箭分离的卫星自主供电控制电路。

背景技术

随着微小卫星技术快速发展以及卫星商业化的普及，一箭多星或由卫星搭载多种设备的任务需求越来越多，对卫星的要求也越来越严格。

但是，在运载火箭承载卫星时会消耗大量的能量，一箭多星等飞行任务对能量的消耗更甚，十分不利于卫星的发射。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明实施例主要提供一种基于星箭分离的卫星自主供电控制电路，可以减少卫星发射过程中的能耗。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种基于星箭分离的卫星自主供电控制电路，所述电路包括：供电单元、第一控制单元、第二控制单元和选通单元；其中，

所述供电单元，用于通过所述选通单元向卫星提供电能；

所述第一控制单元，与所述第二控制单元连接，用于根据卫星与运载火箭的相对位置关系，形成第一信号；

所述第二控制单元，分别与所述选通单元和所述第一控制单元连接，用于基于所述第一信号形成第二信号，并向所述选通单元提供所述第二信号；

所述选通单元，与所述供电单元和所述第二控制单元分别连接，用于基于所述第二信号导通或断开自身与所述供电单元的连接。

上述技术方案中，所述第一控制单元，包括第一支路和第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联；

所述第一控制单元，具体用于在卫星与运载火箭分离前，利用所述第一支路与所述第二支路共同形成所述第一信号；在卫星与运载火箭分离后，利用所述第一支路形成所述第一信号。

上述技术方案中，所述第二支路包括：

星箭分离开关，在卫星与运载火箭分离前处于闭合状态，在卫星与运载火箭分离之后处于断开状态。

上述技术方案中，所述第二支路，还包括：

第一保护电阻，用于连接所述供电单元与所述星箭分离开关；

第二保护电阻，用于连接所述第二控制单元与所述星箭分离开关。

上述技术方案中，所述第一支路包括：

第一电阻，一端与所述第二控制单元连接，另一端与所述供电单元连接；

缓冲电容，与所述第一电阻并联，用于稳定所述第一信号。

上述技术方案中，所述选通单元，包括第三支路，所述第三支路为所述供电单元向卫星提供电能的供电支路；

所述选通单元具体用于当所述第二信号为第一电平状态时，断开所述第三支路；当所述第二信号为第二电平状态时，导通所述第三支路。

上述技术方案中，所述选通单元包括：第四支路，所述第四支路为所述供电单元向卫星提供电能的供电支路；

所述选通单元，具体用于根据卫星的控制信号，导通所述第四支路，其中，所述卫星用于在接收所述供电单元的电能之后，向所述第四支路发送所述控制信号；所述第四支路在接收所述控制信号之前处于断开状态。

上述技术方案中，所述第三支路包括：

第一晶体管，包括第一端、第二端和第三端；其中，所述第一端与所述第四支路的一端连接，所述第二端与所述第二控制单元连接，所述第三端与所述供电单元连接。

所述第四支路包括：

放电开关，一端与所述第一晶体管的第一端连接，另一端与所述第一晶体管的第三端连接。

上述技术方案中，所述第二控制单元，包括：控制开关、第二电阻和第三电阻；其中，

所述控制开关，一端与地端连接，另一端与第三电阻连接；

所述第二电阻，一端与所述第三电路连接，另一端与所述选通单元连接；

所述第三电阻，一端与所述控制开关连接，另一端与所述第二电阻和所述第一控制单元连接。

上述技术方案中，所述供电单元包括：

蓄电池组，用于通过所述选通电路向卫星供电。

本发明实施例所提供的基于星箭分离的卫星自主供电控制电路，可以根据卫星与运载火箭的相对位置关系，实现供电单元向卫星供电控制。例如，在卫星与运载火箭分离之前，可以断开供电单元与卫星的连接，使卫星处于断电状态；在卫星与运载火箭分离之后，可以导通供电单元与卫星的连接，进而供电单元可以向卫星提供电能。这样，根据卫星与运载火箭的相对位置关系，可以实现供电单元向卫星供电控制，与一直向卫星供电的方式相比，可以减少卫星发射过程中能耗，至少可以减少星箭分离前卫星的能耗。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于星箭分离的卫星自主供电控制电路的基本结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于星箭分离的卫星自主供电控制电路的具体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的基于星箭分离的卫星自主供电控制电路的工作流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例中，基于星箭分离的卫星自主供电控制电路可以根据卫星与运载火箭的相对位置关系，导通或断开供电单元向卫星供电的路径，进而实现向卫星的供电控制。同时，在卫星与运载火箭分离之前，可以断开供电单元向卫星供电的路径，减少运载火箭承载卫星过程中的能耗，节省供电单元的电能。

本发明实施例提供的基于星箭分离的卫星自主供电控制电路的基本结构如图1所示，所述电路包括：供电单元110、第一控制单元120、第二控制单元130和选通单元140。

所述供电单元110，用于通过所述选通单元140向卫星提供电能；

所述第一控制单元120，与所述第二控制单元130连接，用于根据卫星与运载火箭的相对位置关系，形成第一信号；

所述第二控制单元130，分别与所述选通单元和所述第一控制单元连接，用于基于所述第一信号形成第二信号，并向所述选通单元140提供所述第二信号；

所述选通单元140，与所述供电单元110和所述第二控制单元130分别连接，用于基于所述第二信号导通或断开自身与所述供电单元110的连接。

所述供电控制电路可以位于卫星上，与卫星连接；或者与卫星不连接，例如所述电路与母线连接，通过母线向卫星供电。所述母线可以为以并列分支的形式连接多个设备的一条共用的通路。

所述第一信号，可以为所述第一控制单元产生的电信号；所述第二信号，可以为基于所述第一信号形成的电信号。所述电信号可以为电压信号、电流信号。所述第一信号和所述第二信号均可具有第一电平状态与第二电平状态，所述第一电平状态不同于所述第二电平状态，例如，第一电平状态对应的第一电平比参考电平高，故第一电平状态可以称为高电平状态，第二电平状态对应的第二电平为参考电平或比参考电平低，故第二电平状态可以称为低电平状态。需要说明的是，这里的高电平状态与低电平状态可以为相对于参考电平而言的电平状态。例如，第一电平可以相对于参考电平设置5V、1.2V、3.3V等电平值；低电平状态可为所述参考电平，或低于参考电平的电平值。所述参考电平可为0V，或者-1.2V等取值。所述高电平和低电平的具体取值，可以根据实际电路需要进行设置。

所述供电单元101，与所述选通单元140连接，用于通过所述选通单元140向卫星提供电能；所述供电单元可包括蓄电池组。

所述第一控制单元120，与所述第二控制单元130连接，用于根据卫星与运载火箭的相对位置关系，形成第一信号。所述卫星与运载火箭的相对卫星关系可包括：卫星与运载火箭分离前，卫星与运载火箭相互接触；卫星与运载火箭分离后，卫星脱离运载火箭。

进一步地，所述第一控制单元120包括第一支路和第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联；所述第一控制单元120具体用于在卫星与运载火箭分离前，利用所述第一支路与所述第二支路共同形成所述第一信号；在卫星与运载火箭分离后，利用所述第一支路形成所述第一信号。

具体如，在卫星与运载火箭分离前，所述第一支路与所述第二支路均与所述第二控制单元130连接，所述第一支路与所述第二支路并联后，在共同连接所述第二控制单元130的节点产生所述第一信号；在卫星与运载火箭分离后，所述第二支路断开，所述第一支路与所述第二控制单元130连接，所述第一支路在连接所述第二控制单元130的节点产生所述第一信号。在卫星与运载火箭分离前和分离后，形成第一信号的电路结构发生改变，进而第一信号也会发生变化，由第一信号形成的第二信号可由第一电平状态转变为第二电平状态，从而使选通单元140提供所述供电电源110向卫星供电的通路。

所述第二控制单元130，分别与所述选通单元140和所述第一控制单元120连接，用于基于所述第一信号形成第二信号，并向所述选通单元140提供所述第二信号。所述第二控制单元130可以基于所述第一信号产生第二信号。具体如在卫星与运载火箭分离前，可产生第一电平状态的第一信号；在卫星与运载火箭分离后，可产生第二电平状态的第二信号。

所述第二控制单元130可以导通或断开所述第一控制单元120到地的通路，在所述第二控制单元130断开所述第一控制单元120到地的通路时，所述第二信号为第一电平状态。具体如，所述第二控制单元130可包括与地连接的控制开关，在卫星与运载火箭分离前或在卫星与运载火箭分离后均可处于闭合状态，所述第二信号为第二电平状态。当供电单元110向卫星供电之后，所述第二控制单元130的控制开关可以断开，进而第二信号变为第一电平状态。

所述选通单元140，用于基于所述第二信号导通或断开与所述供电单元的连接。在卫星与运载火箭分离前，所述第二信号可以为第一电平状态，这时，所述选通单元140可断开与所述供电单元110的连接，使所述供电单元110无法向卫星提供电能；当卫星与运载火箭分离后，所述第二信号可以为第二电平状态，所述选通单元140导通与所述供电单元110，使所述供电单元110向卫星提供电能。

所述选通单元140可包括第三支路，所述第三支路为所述供电单元向卫星提供电能的供电支路；所述选通单元140具体用于当所述第二信号为第一电平状态时，断开所述第三支路；当所述第二信号为第二电平状态时，导通所述第三支路。

在一些实施例中，所述选通单元140还包括第四支路，所述第四支路为所述供电单元向卫星提供电能的供电支路；所述第四支路与所述第三支路为不同的供电支路。所述选通单元140，具体用于根据卫星的控制信号，导通所述第四支路，其中，所述卫星用于在接收所述供电单元的电能之后，向所述第四支路发送所述控制信号；所述第四支路在接收所述控制信号之前处于断开状态。

进一步地，所述第二控制单元130，具体用于在所述选通单元导通所述第四支路后，向所述选通单元的第三支路提供第一电平状态的所述第二信号。所述第二控制单元130可以通过断开控制开关的方式更改所述第二信号的电平状态。这里，可以第二控制单元130可以接收其他电路、装置或设备发送指示断开控制开关的信号，从而断开控制开关。

具体如，在卫星与运载火箭分离之前，所述选通单元140接收第一电平状态的第二信号，所述第三支路断开与所述供电单元110的连接，所述第四支路同样处于断开状态，此时，供电单元110无法向卫星供电，进而可以节省供电单元的电能，减少卫星的能耗。

当卫星与运载火箭分离后，所述选通单元140接收第二电平状态的第二信号，所述第三支路导通与所述供电单元110的连接，此时所述第四支路处于断开状态，所述供电单元110可通过所述第三支路向卫星供电。在卫星上电之后，可以向选通单元110的第四支路发送控制信号，使所述第四支路导通，卫星可以通过第四支路接收供电单元110的电能。在所述第四支路导通之后，所述选通单元140可以断开所述第三支路，供电单元110通过选通单元140的所述第四支路向卫星提供电能。所述第四支路可设计为稳定性及实用性较高的电路结构，例如继电器电路结构。

本发明实施例所提供的基于星箭分离的卫星自主供电控制电路，可以在卫星与运载火箭分离之前，断开供电单元向卫星提供电能的通路，使卫星处于断电状态。这样，在卫星与运载火箭分离之前，卫星可以不耗费电能，减少能耗。在卫星与运载火箭分离之后，供电控制电路可以自动导通供电单元向卫星提供电能的通路，进而可以使供电单元向卫星提供稳定的电能。相比于传统卫星上电的方式，本发明实施例提供的供电控制电路可以根据卫星与运载火箭的相对位置关系，最大限度地节省电能，减小卫星的能耗。

为了更加详尽地说明上述电路结构，本发明实施例还提供了所述供电控制电路的具体示例结构，所述供电电路的具体结构如图2所示。

所述供电单元110包括：蓄电池组，用于通过所述选通单元140向卫星供电。

所述第一控制单元120的第一支路包括：

第一电阻R1，一端与所述第二控制单元130连接，另一端与所述供电单元110连接；

缓冲电容C1，与所述第一电阻并联R1，用于稳定所述第一信号。

当卫星与运载火箭分离后，第二支路断开，原本由第一支路和第二支路共同形成的第一信号变为仅有第一支路形成，所述第一信号减小。缓冲电容C1在第一信号减小时，可以对第一信号进行补偿，减缓第一信号减小的速率，从而稳定所述第一信号。

所述第一控制单元120的第二支路包括：

星箭分离开关KX1，在卫星与运载火箭分离前处于闭合状态，在卫星与运载火箭分离之后处于断开状态。

所述星箭分离开关KX1可以包括本体与闸刀，所述本体可以位于卫星上，所述闸刀可以位于运载火箭上。在卫星与运载火箭分离前，闸刀可以与开关的本体接触，进而星箭分离开关KX1闭合；当卫星与运载火箭分离后，闸刀与开关的本体分离，星箭分离开关KX1断开。所述闸刀还可以位于卫星上，此时所述闸刀可以为弹簧或弹片等弹性结构。在卫星与运载火箭分离前，弹性结构与运载火箭相互接触，会受到运载火箭力的作用，进而被压紧，从而弹性结构可以与本体连接，使星箭离开关KX1处于闭合状态。当卫星与运载火箭分离时，弹性结构受到的作用力消失进而弹起，弹性结构断开与本体的连接，使星箭分离开关KX1处于断开状态。

所述第二支路还包括：

第一保护电阻RB1，用于连接所述供电单元110与所述星箭分离开关KX1；

第二保护电阻RB2，用于连接所述第二控制单元120与所述星箭分离开关KX1。

所述第一保护电阻RB1与所述第二保护电阻RB2可以在星箭分离开关KX1闭合时，避免第二支路的电流过大而使电路的元器件损坏。

需要说明的是，为了简化电路结构，第一保护电阻R1、第一电阻R1和缓冲电容C1均存在一端与所述供电单元110连接，一些实施例中，还可以将第一保护电阻R1、第一电阻R1和缓冲电容C1连接供电单元110的一端更改为连接其他电源，或分别连接其他电源。

所述第二控制单元130可包括：控制开关K1、第二电阻R2和第三电阻R3。

所述控制开关K1，一端与地端连接，另一端与第三电阻连接R3；所述放电开关K2可以为磁保持继电开关。

所述第二电阻R2，一端与所述第三电阻R3连接，另一端与所述选通单元140连接。

所述第三电阻R3，一端与所述控制开关K1连接，另一端与所述第二电阻和所述第一控制单元连接。

当所述控制开关K1闭合时，所述第二控制单元130形成的第二信号的电平状态取决于第一信号。当所述第一控制单元120的星箭分离开关KX1为闭合状态时，所述第二信号为第一电平状态；当所述星箭分离开关KX1为断开状态时，所述第二信号为第二电平状态。当所述控制开关K1断开时，所述第二信号为第一电平状态。

所述第二信号的大小可取决于所述第二电阻R2和所述第三电阻R3的阻值。

所述选通单元140的第三支路可包括：

第一晶体管Q1，包括第一端、第二端和第三端；其中，所述第一端与所述第四支路的一端连接，所述第二端与所述第二控制单元130连接，所述第三端与所述供电单元110连接。

需要说明的是，本发明实施例中的晶体管可以为金属-氧化物-半导体(metal-oxide-semiconductor，MOS)场效应管、异质结双极晶体管(Heterojunction bipolartransistor，HBT)、双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)等电路元件。本发明实施例以MOS管为例。

所述第一晶体管Q1的导电类型可以为空穴型(P型)，所述第一晶体管Q1可为P-MOS。当所述第一晶体管Q1为P-MOS时，所述第一晶体管Q1的第一端可为漏极，所述漏极向卫星提供电能；所述第一晶体管Q1的第二端可为栅极，所述栅极接收第二信号；所述第一晶体管Q1的第三端可为源极，所述源极与电源连接。

所述选通单元140的所述第四支路可包括：

放电开关K2，一端与所述第一晶体管Q1的第一端连接，另一端与所述第一晶体管Q1的第三端连接。所述放电开关K2可以为磁保持继电开关。

所述放电开关K2可以根据卫星的控制信号进行闭合，具体如，当卫星通过第一晶体管Q1接收供电单元110提供的电能时，卫星上电，进而卫星可以向放电开关K2发送控制信号使放电开关K2闭合。当放电开关K2闭合后，卫星可以通过放电开关的支路接收供电单元110提供的电能。

结合上述供电控制电路的具体电路结构，本发明实施例提供的供电控制电路的工作流程如图3所示，可包括以下步骤：

步骤301，运载火箭承载卫星飞行，星箭分离开关KX1和控制开关K1均处于闭合状态，放电开关K2处于断开状态，卫星处于断电状态。

此时，第一控制单元120的第一支路和第二支路共同产生第一信号，所述第一信号可以为电压信号，可以视为第一控制单元120与第二控制单元130连接节点的电压。第二控制单元130可以在第一信号的基础上形成第一电平状态的第二信号。第一晶体管Q1的第二端接收第一电平状态的第二信号，第一晶体管Q1截止，卫星处于断电状态。

步骤302，运载火箭发射卫星，星箭分离开关KX1断开，卫星上电。

运载火箭飞行到预定轨道时发射卫星，此时，卫星与运载火箭分离，星箭分离开关KX1由于卫星与运载火箭分离而断开，进而第一控制单元120的第二支路处于断开状态，由第一控制单元120形成的第一信号减小。控制开关K1处于闭合状态，根据第一信号形成的第二信号变小，第二控制信号的电平状态由第一电平状态转变为第二电平状态。第一晶体管Q1的栅极接收第二电平状态的第二信号，第一晶体管Q1导通，放电开关K2处于断开状态。供电单元通过第一晶体管Q1向卫星提供电能。

步骤303，卫星上电之后，放电开关K2闭合，控制开关K1断开。

卫星上电之后，卫星向放电开关K2发送控制信号，这里，控制信号可以为脉冲电信号。放电开关K2接收到卫星发送的控制信号后闭合，供电单元110通过放电开关K2向卫星提供电能。

为了更好地向卫星提供电能，在放电开关K2闭合之后，控制开关K1可以在电信号的作用下断开，所述电信号可以为其他电路或卫星发送的。控制开关K1断开之后，第二信号由第二电平状态转变为第一电平状态，在第一电平状态的第二信号的作用下，第一晶体管Q1由导通转变为截止，供电单元110仅通过放电开关K2向卫星提供电能。相比于第一晶体管Q1，放电开关K2具有更高的稳定性，因此将第一晶体管Q1转变为通过放电开关K2向卫星提供电能，可以提高电能传输的稳定性。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于星箭分离的卫星自主供电控制电路，其特征在于，所述电路包括：供电单元、第一控制单元、第二控制单元和选通单元；其中，

所述供电单元，用于通过所述选通单元向卫星提供电能；

所述第一控制单元，与所述第二控制单元连接，用于根据卫星与运载火箭的相对位置关系，形成第一信号；

所述第二控制单元，分别与所述选通单元和所述第一控制单元连接，用于基于所述第一信号形成第二信号，并向所述选通单元提供所述第二信号；

所述选通单元，与所述供电单元和所述第二控制单元分别连接，用于基于所述第二信号导通或断开自身与所述供电单元的连接；

所述第一控制单元，包括第一支路和第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联；所述第二支路包括：星箭分离开关；所述星箭分离开关包括：本体和闸刀，所述本体位于卫星上，所述闸刀位于所述卫星上或位于运载火箭上；

所述第一控制单元，具体用于在所述卫星与所述运载火箭分离前，所述闸刀与所述本体接触，所述星箭分离开关处于闭合状态，利用所述第一支路与所述第二支路共同形成所述第一信号；在所述卫星与所述运载火箭分离后，所述闸刀与所述本体分离，所述星箭分离开关处于断开状态，利用所述第一支路形成所述第一信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二支路，还包括：

第一保护电阻，用于连接所述供电单元与所述星箭分离开关；

第二保护电阻，用于连接所述第二控制单元与所述星箭分离开关。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一支路包括：

第一电阻，一端与所述第二控制单元连接，另一端与所述供电单元连接；

缓冲电容，与所述第一电阻并联，用于稳定所述第一信号。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述选通单元，包括第三支路，所述第三支路为所述供电单元向卫星提供电能的供电支路；

所述选通单元具体用于当所述第二信号为第一电平状态时，断开所述第三支路；当所述第二信号为第二电平状态时，导通所述第三支路。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述选通单元包括：第四支路，所述第四支路为所述供电单元向卫星提供电能的供电支路；

所述选通单元，具体用于根据卫星的控制信号，导通所述第四支路，其中，所述卫星用于在接收所述供电单元的电能之后，向所述第四支路发送所述控制信号；所述第四支路在接收所述控制信号之前处于断开状态。

6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述选通单元包括：第四支路，所述第四支路为所述供电单元向卫星提供电能的供电支路；

所述选通单元，具体用于根据卫星的控制信号，导通所述第四支路，其中，所述卫星用于在接收所述供电单元的电能之后，向所述第四支路发送所述控制信号；所述第四支路在接收所述控制信号之前处于断开状态。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，

所述第三支路包括：

第一晶体管，包括第一端、第二端和第三端；其中，所述第一端与所述第四支路的一端连接，所述第二端与所述第二控制单元连接，所述第三端与所述供电单元连接；

所述第四支路包括：

放电开关，一端与所述第一晶体管的第一端连接，另一端与所述第一晶体管的第三端连接。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二控制单元，包括：控制开关、第二电阻和第三电阻；其中，

所述控制开关，一端与地端连接，另一端与第三电阻连接；

所述第二电阻，一端与所述第三电阻连接，另一端与所述选通单元连接；

所述第三电阻，一端与所述控制开关连接，另一端与所述第二电阻和所述第一控制单元连接。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述供电单元包括：

蓄电池组，用于通过所述选通单元向卫星供电。

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