CN108639387B - 一种电推进电源全备份切换电路及切换方法 - Google Patents
一种电推进电源全备份切换电路及切换方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108639387B CN108639387B CN201810390841.6A CN201810390841A CN108639387B CN 108639387 B CN108639387 B CN 108639387B CN 201810390841 A CN201810390841 A CN 201810390841A CN 108639387 B CN108639387 B CN 108639387B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- group
- voltage relay
- power supply
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
- B64G1/428—Power distribution and management
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
Abstract
一种电推进电源全备份切换电路及切换方法，电路包括：高压继电器切换电路、故障隔离电路、指令电路、遥测电路、输入输出接口，通过航天器指令对高压继电器切换电路的通断状态设置，将电推进电源的输出功率经故障隔离电路后传送到高压继电器切换指令要求的一个功率输出接口，并提供航天器所需的遥测信息。该电路克服了现有技术中不完全备份带来的可靠性低的问题，能够实现航天器两台电推进电源的完全备份，并对电推进电源的故障进行隔离，提高航天器电推进系统可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电推进电源全备份切换电路及切换方法，适用于具有两 台或两台以上电推进电源处理单元的电推进航天器。
背景技术
电推进技术是一种利用电能加速推进工质实现高比冲的航天器推进技 术，可有效地节省航天器推进剂携带量、提高航天器平台的承载能力。电推 进电源(一般称作电源处理单元)是将航天器供电转换为电推力器所需的各 种电源的设备，一般具有电源模块多、电压高、功率及功率密度大等特点。 因此，电推进电源中电子元器件承受的电应力水平较高，产品可靠性相对较 低。
在航天器研制中，通常采用冗余备份方式提高系统可靠性。以国内外通 信卫星为例，设计中一般采用4台电推力器、2台电推进电源的配置方式； 4台电推力器采用主备冗余方式，电推进电源与电推力器间采用一对二方式 连接。根据此连接方式，电推进电源与电推力器形成两个分支，各分支间相 互作为备份冗余。当一个分支出现故障时，航天器可关闭该分支的电推进电 源和电推力器，使用另一分支进行工作。
在恶劣情况下，当电推进系统的两个分支分别出现故障时，如第一分支 的电推进电源出现故障且第二分支的电推力器出现故障时，现有设计方案下 的电推进系统将完全失效，可能造成航天器整体失效，造成数亿或数十亿人 民币的经济损失。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提出一种电推进电源全 备份切换电路及切换方法，实现两个及以上电推进电源的完全冗余备份，在 航天器电推进系统中电推进电源和电推力器分别出现故障时，可使用正常工 作的电推进电源提高航天器电推进系统的可靠性。
本发明解决的技术方案为：一种电推进电源全备份切换电路(3)，包 括：高压继电器切换电路、故障隔离电路、指令电路、遥测电路、输入输出 接口；输入输出接口，包括两个功率输入接口、四个功率输出接口、遥测 接口和遥控接口；
电推进电源的输出功率通过输入输出接口中的一个功率输入接口进入 故障隔离电路，经过故障隔离电路进行反向隔离后送至高压继电器切换电 路，当高压继电器切换电路接收到航天器通过遥控接口发来的高压继电器切 换指令后，指令电路按照高压继电器切换指令，将反向隔离后的电推进电源 的输出功率传送到高压继电器切换指令要求的一个功率输出接口；遥测电路 将高压继电器切换电路的工作状态进行采集，并通过遥测接口反馈给航天 器。
优选的故障隔离电路，包括：第一高压隔离二极管组(9)和第二高压 隔离二极管组(10)；
第一高压隔离二极管组(9)中包括N个高压隔离二极管；第一高压隔 离二极管组(9)的N个二极管的正极分别连接第一功率输入接口的N个电 源正极输入接点，第一功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第 一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的负极连接高压继电器切换电路的 一个输入；第一功率输入接口的输入接点通过电缆连接至第一电推进电源 (1)的输出
第二高压隔离二极管组(10)中包括N个高压隔离二极管；第二高压 隔离二极管组(10)的N个二极管的正极分别连接第二功率输入接口的N 个电源正极输入接点，第二功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开； 第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的负极连接高压继电器切换电 路的另一个输入；第二功率输入接口输入接点通过电缆连接至第二电推进电 源(2)的输出。
另一种优选的故障隔离电路，包括：第一高压隔离二极管组(9)和第 二高压隔离二极管组(10)；
第一高压隔离二极管组(9)中包括N个高压隔离二极管；第一高压隔 离二极管组(9)的N个二极管的负极分别连接第一功率输入接口的N个电 源负极输入接点，第一功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第 一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的正极连接高压继电器切换电路的 一个输入；第一功率输入接口的N个输入接点通过电缆连接至第一电推进 电源(1)的输出
第二高压隔离二极管组(10)中包括N个高压隔离二极管；第二高压 隔离二极管组(10)的N个二极管的负极分别连接第二功率输入接口的N 个电源负极输入接点，第二功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开； 第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的正极连接高压继电器切换电 路的另一个输入；第二功率输入接口的N个输入接点通过电缆连接至第二 电推进电源(2)的输出。
高压继电器切换电路，包括：第一高压继电器组(4)、第二高压继电 器组(5)、第三高压继电器组(6)、第四高压继电器组(7)、第五高压 继电器组(8)；
第一高压继电器组(4)、第二高压继电器组(5)、第三高压继电器组 (6)、第四高压继电器组(7)、第五高压继电器组(8)中，各包含N个 高压继电器；
第一高压继电器组(4)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压 隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第一高压继电器组(4) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第一功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第一电推力器(11)；
第二高压继电器组(5)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压 隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第二高压继电器组(5) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第二功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第二电推力器(12)；
第三高压继电器组(6)的N个高压继电器的一端分别连接至第二高压 隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；第三高压继电器组(6) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第三功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第三电推力器(13)；
第四高压继电器组(7)的N个高压继电器的一端分别连接至第二高压 隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；第四高压继电器组(7) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第四功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第四电推力器(14)；
第五高压继电器组(8)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压 隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第五高压继电器组(8) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第二高压隔离二极管组(10)的N 个高压隔离二极管的负极。
指令电路，可以为单一脉冲指令电路或矩阵指令电路，根据需要选择单 一脉冲指令电路或矩阵指令电路，实现五个高压继电器组的开关通断切换。
遥测电路可以为：电阻网络遥测电路或矩阵遥测电路，根据需要选择电 阻网络遥测电路、矩阵遥测电路，提供对高压继电器组状态的遥测采集功能。
一种电推进电源全备份切换电路的切换方法，步骤如下：
(1)电推进电源的输出功率通过输入输出接口中的一个功率输入接口 进入故障隔离电路；
(2)经过故障隔离电路进行反向隔离后送至高压继电器切换电路
(3)高压继电器切换电路接收到航天器通过遥控接口发来的高压继电 器切换指令后，由指令电路按照高压继电器切换指令，将反向隔离后的电推 进电源的输出功率传送到高压继电器切换指令要求的一个功率输出接口；
(4)遥测电路将高压继电器切换电路的工作状态进行采集，并通过遥 测接口反馈给航天器。
步骤(1)和步骤(2)中的故障隔离电路，包括：第一高压隔离二极管 组(9)和第二高压隔离二极管组(10)；
第一高压隔离二极管组(9)中包括N个高压隔离二极管；第一高压隔 离二极管组(9)的N个二极管的正极分别连接第一功率输入接口的N个电 源正极输入接点，第一功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第 一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的负极连接高压继电器切换电路的 一个输入；第一功率输入接口的输入接点通过电缆连接至第一电推进电源 (1)的输出
第二高压隔离二极管组(10)中包括N个高压隔离二极管；第二高压 隔离二极管组(10)的N个二极管的正极分别连接第二功率输入接口的N 个电源正极输入接点，第二功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开； 第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的负极连接高压继电器切换电 路的另一个输入；第二功率输入接口输入接点通过电缆连接至第二电推进电 源(2)的输出。
步骤(1)和步骤(2)中的故障隔离电路，包括：第一高压隔离二极管 组(9)和第二高压隔离二极管组(10)；
第一高压隔离二极管组(9)中包括N个高压隔离二极管；第一高压隔 离二极管组(9)的N个二极管的负极分别连接第一功率输入接口的N个电 源负极输入接点，第一功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第 一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的正极连接高压继电器切换电路的 一个输入；第一功率输入接口的N个输入接点通过电缆连接至第一电推进 电源(1)的输出
第二高压隔离二极管组(10)中包括N个高压隔离二极管；第二高压 隔离二极管组(10)的N个二极管的负极分别连接第二功率输入接口的N 个电源负极输入接点，第二功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开； 第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的正极连接高压继电器切换电 路的另一个输入；第二功率输入接口的N个输入接点通过电缆连接至第二 电推进电源(2)的输出。
步骤(2)和步骤(3)中的高压继电器切换电路，包括：第一高压继电 器组(4)、第二高压继电器组(5)、第三高压继电器组(6)、第四高压 继电器组(7)、第五高压继电器组(8)；
第一高压继电器组(4)、第二高压继电器组(5)、第三高压继电器组 (6)、第四高压继电器组(7)、第五高压继电器组(8)中，各包含N个 高压继电器；
第一高压继电器组(4)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压 隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第一高压继电器组(4) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第一功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第一电推力器(11)；
第二高压继电器组(5)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压 隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第二高压继电器组(5) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第二功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第二电推力器(12)；
第三高压继电器组(6)的N个高压继电器的一端分别连接至第二高压 隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；第三高压继电器组(6) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第三功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第三电推力器(13)；
第四高压继电器组(7)的N个高压继电器的一端分别连接至第二高压 隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；第四高压继电器组(7) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第四功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第四电推力器(14)；
第五高压继电器组(8)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压 隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第五高压继电器组(8) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第二高压隔离二极管组(10)的N 个高压隔离二极管的负极。
步骤(3)中的指令电路为单一脉冲指令电路或矩阵指令电路，根据需 要选择单一脉冲指令电路或矩阵指令电路，实现高压继电器组的开关通断切 换。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过第五高压继电器组将两个电推进电源的输出互联，实 现了两个电推进电源的完全冗余备份，当一个电推进电源失效时，另一个电 推进电源可实现对全部电推力器的供电输出；
(2)本发明利用第一高压隔离二极管组和第二高压隔离二极管组的反 向截止特性，在第五高压继电器组接通的条件下，当第一电推进电源开机时， 其输出电压被第二高压隔离二极管组反向截止，不会对第二电推进电源造成 影响；反之亦然；
(3)本发明在第五高压继电器组接通的条件下，当第一电推进电源输 出端出现短路等故障时，第一高压隔离二极管组的截止特性可实现第一电推 进电源故障反向隔离功能，第二电推进电源的输出电压被第一高压隔离二极 管组反向截止，第一电推进电源的故障不会对第二电推进电源造成影响；反 之亦然；
(4)本发明与原有切换方案相比，本电路通过通过较少的新增元器件 和重量代价实现了两个电推进电源的冗余备份和故障隔离，提高了电推进系 统的可靠性。
(5)本发明实现两个及以上电推进电源的完全冗余备份，在航天器电 推进系统中电推进电源和电推力器分别出现故障时，可使用正常工作的电推 进电源提高航天器电推进系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明的电路原理简图。
图2是实施案例所使用切换电路原理图。
图3是实施案例所使用的指令电路原理图。
图4是实施案例所使用的遥测电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明的一种电推进电源全备份切换电路及切换方法，电路包括：高压 继电器切换电路、故障隔离电路、指令电路、遥测电路、输入输出接口，通 过航天器指令对高压继电器切换电路的通断状态设置，将电推进电源的输出 功率经故障隔离电路后传送到高压继电器切换指令要求的一个功率输出接 口，并提供航天器所需的遥测信息。该电路克服了现有技术中不完全备份带 来的可靠性低的问题，能够实现航天器两台电推进电源的完全备份，并对电 推进电源的故障进行隔离，提高航天器电推进系统可靠性。
电推进系统位于航天器上，能够根据航天器的指令完成推进工作，实现 航天器的在轨运动，电推进系统包含：两个电推进电源、电源切换电路、四 个电推力器；受航天器的指令控制，指定的电推进电源通过电源切换电路向 航天器指定的电推力器供电，电推力器工作产生推力，提供航天器在轨所需 的控制力和控制力矩。
如图1所示，一种电推进电源全备份切换电路(3)，其特征在于包括： 高压继电器切换电路、故障隔离电路、指令电路、遥测电路、输入输出接口； 输入输出接口，包括两个功率输入接口、四个功率输出接口、遥测接口和遥 控接口。电推进电源的输出功率通过输入输出接口中的一个功率输入接口进 入故障隔离电路，经过故障隔离电路进行反向隔离后送至高压继电器切换电 路，当高压继电器切换电路接收到航天器通过遥控接口发来的高压继电器切 换指令后，指令电路按照高压继电器切换指令，将反向隔离后的电推进电源的输出功率传送到高压继电器切换指令要求的一个功率输出接口；遥测电路 将高压继电器切换电路的工作状态进行采集，并通过遥测接口反馈给航天 器。
电推进电源全备份切换电路的实施方法如下：
1、将第一电推进电源(1)的功率输出接口通过电缆与电推进电源全备 份切换电路的第一功率输入接口连接，将第二电推进电源(2)的功率输出 接口通过电缆与电推进电源全备份切换电路的第二功率输入接口连接，电推 进电源的输出功率通过功率输入接口进入故障隔离电路；功率接口可根据需 要采用高压电连接器或高压接线柱等形式；
2、设计第一高压隔离二极管组(9)和第二高压隔离二极管组(10)， 每个高压隔离二极管组由N个高压二极管组成，N等于每个电推进电源输出 的正极或负极接点数量；第一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的正极 (或负极)分别连接第一功率输入接口的N个电源正极(或负极)输入接 点，第一功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第一高压隔离二 极管组(9)的N个二极管的负极(或正极)连接高压继电器切换电路的一 个输入；第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的正极(或负极)分 别连接第二功率输入接口的N个电源正极(或负极)输入接点，第二功率 输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第二高压隔离二极管组(10) 的N个二极管的负极(或正极)连接高压继电器切换电路的另一个输入； 所使用高压二极管的反向耐压应高于电推进电源的最大输出电压，所使用高 压二极管的正向电流应高于电推进电源的最大输出电流；为避免高压二极管 开路故障，应对每一只高压二极管设置并联冗余；
3、设计高压继电器切换电路，包括：第一高压继电器组(4)、第二高 压继电器组(5)、第三高压继电器组(6)、第四高压继电器组(7)、第 五高压继电器组(8)；每个高压继电器组由N个高压继电器组成；
第一高压继电器组(4)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压 隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第一高压继电器组(4) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第一功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第一电推力器(11)；
第二高压继电器组(5)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压 隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第二高压继电器组(5) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第二功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第二电推力器(12)；
第三高压继电器组(6)的N个高压继电器的一端分别连接至第二高压 隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；第三高压继电器组(6) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第三功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第三电推力器(13)；
第四高压继电器组(7)的N个高压继电器的一端分别连接至第二高压 隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；第四高压继电器组(7) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第四功率输出接口的N个输出接点； 该N个输出接点通过电缆连接至第四电推力器(14)；
第五高压继电器组(8)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压 隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第五高压继电器组(8) 的N个高压继电器的另一端分别连接至第二高压隔离二极管组(10)的N 个高压隔离二极管的负极。
所使用高压继电器的触点间耐压应高于电推进电源的最大输出电压，所 使用高压继电器的导通电流应高于电推进电源的最大输出电流。
4、设计高压继电器指令电路，指令电路的输入端连接至遥控接口，指 令电路接收到航天器通过遥控接口发来的高压继电器切换指令后，控制高压 继电器实现通断状态切换；指令电路可以根据需要选择单一脉冲指令电路或 矩阵指令电路；指令电路还需为高压继电器设置反向泄放二极管。
5、设计高压继电器状态遥测电路，提供对高压继电器组状态的遥测采 集功能；遥测电路的输出端连接至遥测接口；遥测电路可根据需要选择电阻 网络遥测电路、矩阵遥测电路等。
6、当第一电推进电源(1)和第二电推进电源(2)均正常工作时，设 置第五高压继电器组(8)全部为断开状态；
电推进系统要求第一电推力器(11)工作时，设置第一高压继电器组(4) 为接通状态，设置第二高压继电器组(5)为断开状态，第一电推进电源(1) 的功率输出经第一高压隔离二极管组(9)、第一高压继电器组(4)连接至 第一电推力器(11)，为第一电推力器(11)进行供电；
电推进系统要求第二电推力器(12)工作时，设置第一高压继电器组(4) 为断开状态，设置第二高压继电器组(5)为接通状态，第一电推进电源(1) 的功率输出经第一高压隔离二极管组(9)、第二高压继电器组(5)连接至 第二电推力器(12)，为第二电推力器(12)进行供电；
电推进系统要求第三电推力器(13)工作时，设置第三高压继电器组(6) 为接通状态，设置第四高压继电器组(7)为断开状态，第二电推进电源(2) 的功率输出经第二高压隔离二极管组(10)、第三高压继电器组(6)连接 至第三电推力器(13)，为第三电推力器(13)进行供电；
电推进系统要求第四电推力器(14)工作时，设置第三高压继电器组(6) 为断开状态，设置第四高压继电器组(7)为接通状态，第二电推进电源(2) 的功率输出经第二高压隔离二极管组(10)、第四高压继电器组(7)连接 至第四电推力器(14)，为第四电推力器(14)进行供电。
7、当第一电推进电源(1)正常工作、第二电推进电源(2)出现故障 时，设置第五高压继电器组(8)全部为接通状态；第一电推进电源(1)的 最大输出电压低于第二高压隔离二极管组(10)的反向耐压，第一电推进电 源(1)的输出电压被第二高压隔离二极管组(10)隔离，不会反馈至第二 电推进电源(2)的输出端，实现对第二电推进电源(2)故障的反向隔离功 能；
电推进系统要求第一电推力器(11)工作时，设置第一高压继电器组(4) 为接通状态，设置第二高压继电器组(5)、第三高压继电器组(6)、第四 高压继电器组(7)全部为断开状态，第一电推进电源(1)的功率输出经第 一高压隔离二极管组(9)、第一高压继电器组(4)连接至第一电推力器(11)， 为第一电推力器(11)进行供电；
电推进系统要求第二电推力器(12)工作时，设置第二高压继电器组(5) 为接通状态，设置第一高压继电器组(5)、第三高压继电器组(6)、第四 高压继电器组(7)全部为断开状态，第一电推进电源(1)的功率输出经第 一高压隔离二极管组(9)、第二高压继电器组(5)连接至第二电推力器(12)， 为第二电推力器(12)进行供电；
电推进系统要求第三电推力器(13)工作时，设置第三高压继电器组(6) 为接通状态，设置第一高压继电器组(4)、第二高压继电器组(5)、第四 高压继电器组(7)全部为断开状态，第一电推进电源(1)的功率输出经第 一高压隔离二极管组(9)、第三高压继电器组(6)连接至第三电推力器(13)， 为第三电推力器(13)进行供电；
电推进系统要求第四电推力器(14)工作时，设置第四高压继电器组(7) 为接通状态，设置第一高压继电器组(4)、第二高压继电器组(5)、第三 高压继电器组(6)全部为断开状态，第一电推进电源(1)的功率输出经第 一高压隔离二极管组(9)、第四高压继电器组(7)连接至第四电推力器(14)， 为第四电推力器(14)进行供电。
8、当第一电推进电源(1)出现故障、第二电推进电源(2)正常工作 时，工作状态与上文类似，在此不再赘述。
以下结合附图对本发明做进一步说明。
图2给出了一个优选的电推进电源全备份切换电路的设计实例。在本设 立实例中，电推进电源的输出共包括屏栅/阳极电源正、阴极加热电源正、 加速电源输出、中加热电源正、中触持电源正、阴极触持电源正6个电源输 出接点及回线、阳极回线2个电源回线接点。输出接点共计8个，各输出接 点之间的最大电压为1000V，最大输出电流为8A。
(1)设计功率输入和输出接口：根据输出接点的数量和各输出接点间 的最大电压，第一功率输入接口和第二功率输入接口选用高压电连接器形 式，电连接器规格为J599/20GH09aBN/GY-01，其接点数为9个，额定工 作电压为2500V。第一功率输出接口、第二功率输出接口、第三功率输出接 口、第四功率输出接口特性与功率输入接口相同，选用相同的高压电连接器 形式。
(2)设计故障隔离电路：由于电推进电源输出的正极和负极接点共计 6个，第一高压隔离二极管组(9)和第二高压隔离二极管组(10)应分别 包含至少6只高压隔离二极管；考虑对每一只高压二极管设计并联冗余，第 一高压隔离二极管组(9)和第二高压隔离二极管组(10)实际分别包含12 只高压隔离二极管。如图2所示，高压二极管VP11～VP26组成第一高压隔 离二极管组(9)，VP31～VP46组成第二高压隔离二极管组(10)。电推 进电源中，屏栅/阳极电源正、阴极加热电源正、中加热电源正、中触持电 源正、阴极触持电源正均为电源正极输出，对应的二极管为正向安装，二极 管的正极与第一功率输入接口相连；加速电源输出为负极输出，对应的二极 管为反向安装，二极管的负极与第一功率输入接口相连。考虑电推进电源的 最大输出电压和最大输出电流，高压二极管选用HFA35HB120型号，其反 向耐压为1200V，正向电流为11A。
(3)设计高压继电器切换电路：由于电推进电源输出的正极和负极接 点共计6个，第一高压继电器组(4)、第二高压继电器组(5)、第三高压 继电器组(6)、第四高压继电器组(7)、第五高压继电器组(8)分别包 含6只高压继电器；如图2所示，高压继电器J21～J26组成第一高压继电 器组(4)，高压继电器J11～J16组成第二高压继电器组(5)，高压继电 器J31～J36组成第三高压继电器组(6)，高压继电器J41～J46组成第四高 压继电器组(7)，高压继电器J1～J6组成第五高压继电器组(8)。考虑 电推进电源的最大输出电压和最大输出电流，高压继电器选用2JB20-2-28C 型号，其触点间耐压优选为2500V，导通电流为20A。
(4)设计高压继电器指令电路：根据高压继电器切换电路设计结果， 本设计实例共采用30只高压继电器，每只高压继电器需要接通/断开各1条 指令，共计60条指令；为节约航天器资源，本设计实例中采用矩阵指令电 路，如图3所示。矩阵指令电路的输入信号包括行驱动电路主份、行驱动电 路备份、列驱动电路主份、列驱动电路备份。行驱动电路主份和行驱动电路 备份在高压继电器线包负载处通过指令隔离二极管进行或运算后输入；为避 免指令隔离二极管短路故障，对指令隔离二极管进行了串联冗余。设计实例 中高压继电器线包负载为感性负载，在负载两端并联了反向泄放二极管，起 到电荷泄放和电压嵌位的作用；为避免二极管短路故障，对反向泄放二极管 进行了串联冗余。高压继电器指令电压为28V，为保证二极管耐压能力，本 设计实例中二极管选用1N5811型号，实际反向耐压为150V。
表1继电器K1～K3的开关状态随AB间电阻值及电压变化情况表
(5)设计高压继电器状态遥测电路：将本设计实例中的30只高压继电 器优选分成10组，每组3只，采用电阻网络遥测电路形式对高压继电器状 态进行测量，每组高压继电器的遥测电路如图4所示；当高压继电器K1～K3 的开关状态发生改变时，AB两点间的电阻值会发生变化，从而导致AB两 点间的电压出现变化。采集端通过测量AB两点间的电压差，即可反推出继 电器K1～K3的开关状态，如表1所示。该电路可通过一个电压测量通道表 征3个继电器的开关状态，起到节约航天器遥测资源的目的。
本发明通过第五高压继电器组将两个电推进电源的输出互联，实现了两 个电推进电源的完全冗余备份，当一个电推进电源失效时，另一个电推进电 源可实现对全部电推力器的供电输出；利用第一高压隔离二极管组和第二高 压隔离二极管组的反向截止特性，在第五高压继电器组接通的条件下，当第 一电推进电源开机时，其输出电压被第二高压隔离二极管组反向截止，不会 对第二电推进电源造成影响；反之亦然；
本发明在第五高压继电器组接通的条件下，当第一电推进电源输出端出 现短路等故障时，第一高压隔离二极管组的截止特性可实现第一电推进电源 故障反向隔离功能，第二电推进电源的输出电压被第一高压隔离二极管组反 向截止，第一电推进电源的故障不会对第二电推进电源造成影响；反之亦然； 本电路通过通过较少的新增元器件和重量代价实现了两个电推进电源的冗 余备份和故障隔离，提高了电推进系统的可靠性。
本发明实现两个及以上电推进电源的完全冗余备份，在航天器电推进系 统中电推进电源和电推力器分别出现故障时，可使用正常工作的电推进电源 提高航天器电推进系统的可靠性。
Claims (4)
1.一种电推进电源全备份切换电路，其特征在于包括：高压继电器切换电路、故障隔离电路、指令电路、遥测电路、输入输出接口；输入输出接口，包括功率输入接口、功率输出接口、遥测接口和遥控接口；
电推进电源的输出功率通过输入输出接口中的一个功率输入接口进入故障隔离电路，经过故障隔离电路进行反向隔离后送至高压继电器切换电路，当高压继电器切换电路接收到航天器通过遥控接口发来的高压继电器切换指令后，指令电路按照高压继电器切换指令，将反向隔离后的电推进电源的输出功率传送到高压继电器切换指令要求的一个功率输出接口；遥测电路将高压继电器切换电路的工作状态进行采集，并通过遥测接口反馈给航天器；
故障隔离电路，包括：第一高压隔离二极管组(9)和第二高压隔离二极管组(10)；
第一高压隔离二极管组(9)中包括N个高压隔离二极管；第一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的正极分别连接第一功率输入接口的N个电源正极输入接点，第一功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的负极连接高压继电器切换电路的一个输入；第一功率输入接口的输入接点通过电缆连接至第一电推进电源(1)的输出
第二高压隔离二极管组(10)中包括N个高压隔离二极管；第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的正极分别连接第二功率输入接口的N个电源正极输入接点，第二功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的负极连接高压继电器切换电路的另一个输入；第二功率输入接口输入接点通过电缆连接至第二电推进电源(2)的输出；
高压继电器切换电路，包括：第一高压继电器组(4)、第二高压继电器组(5)、第三高压继电器组(6)、第四高压继电器组(7)、第五高压继电器组(8)；
第一高压继电器组(4)、第二高压继电器组(5)、第三高压继电器组(6)、第四高压继电器组(7)、第五高压继电器组(8)中，各包含N个高压继电器；
第一高压继电器组(4)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第一高压继电器组(4)的N个高压继电器的另一端分别连接至第一功率输出接口的N个输出接点；该N个输出接点通过电缆连接至第一电推力器(11)；
第二高压继电器组(5)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第二高压继电器组(5)的N个高压继电器的另一端分别连接至第二功率输出接口的N个输出接点；该N个输出接点通过电缆连接至第二电推力器(12)；
第三高压继电器组(6)的N个高压继电器的一端分别连接至第二高压隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；第三高压继电器组(6)的N个高压继电器的另一端分别连接至第三功率输出接口的N个输出接点；该N个输出接点通过电缆连接至第三电推力器(13)；
第四高压继电器组(7)的N个高压继电器的一端分别连接至第二高压隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；第四高压继电器组(7)的N个高压继电器的另一端分别连接至第四功率输出接口的N个输出接点；该N个输出接点通过电缆连接至第四电推力器(14)；
第五高压继电器组(8)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第五高压继电器组(8)的N个高压继电器的另一端分别连接至第二高压隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；
指令电路为单一脉冲指令电路或矩阵指令电路，根据需要选择单一脉冲指令电路或矩阵指令电路，实现高压继电器组的开关通断切换；
遥测电路为电阻网络遥测电路或矩阵遥测电路，根据需要选择电阻网络遥测电路、矩阵遥测电路，提供对高压继电器组状态的遥测采集功能。
2.根据权利要求1所述的一种电推进电源全备份切换电路，其特征在于：故障隔离电路，包括：第一高压隔离二极管组(9)和第二高压隔离二极管组(10)；
第一高压隔离二极管组(9)中包括N个高压隔离二极管；第一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的负极分别连接第一功率输入接口的N个电源负极输入接点，第一功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的正极连接高压继电器切换电路的一个输入；第一功率输入接口的N个输入接点通过电缆连接至第一电推进电源(1)的输出；
第二高压隔离二极管组(10)中包括N个高压隔离二极管；第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的负极分别连接第二功率输入接口的N个电源负极输入接点，第二功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的正极连接高压继电器切换电路的另一个输入；第二功率输入接口的N个输入接点通过电缆连接至第二电推进电源(2)的输出。
3.一种电推进电源全备份切换电路的切换方法，其特征在于步骤如下：
(1)电推进电源的输出功率通过输入输出接口中的一个功率输入接口进入故障隔离电路；
(2)经过故障隔离电路进行反向隔离后送至高压继电器切换电路；故障隔离电路，包括：第一高压隔离二极管组(9)和第二高压隔离二极管组(10)；
第一高压隔离二极管组(9)中包括N个高压隔离二极管；第一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的正极分别连接第一功率输入接口的N个电源正极输入接点，第一功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的负极连接高压继电器切换电路的一个输入；第一功率输入接口的输入接点通过电缆连接至第一电推进电源(1)的输出
第二高压隔离二极管组(10)中包括N个高压隔离二极管；第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的正极分别连接第二功率输入接口的N个电源正极输入接点，第二功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的负极连接高压继电器切换电路的另一个输入；第二功率输入接口输入接点通过电缆连接至第二电推进电源(2)的输出；
(3)高压继电器切换电路接收到航天器通过遥控接口发来的高压继电器切换指令后，由指令电路按照高压继电器切换指令，将反向隔离后的电推进电源的输出功率传送到高压继电器切换指令要求的一个功率输出接口；
指令电路为单一脉冲指令电路或矩阵指令电路，根据需要选择单一脉冲指令电路或矩阵指令电路，实现高压继电器组的开关通断切换；
高压继电器切换电路，包括：第一高压继电器组(4)、第二高压继电器组(5)、第三高压继电器组(6)、第四高压继电器组(7)、第五高压继电器组(8)；
第一高压继电器组(4)、第二高压继电器组(5)、第三高压继电器组(6)、第四高压继电器组(7)、第五高压继电器组(8)中，各包含N个高压继电器；
第一高压继电器组(4)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第一高压继电器组(4)的N个高压继电器的另一端分别连接至第一功率输出接口的N个输出接点；该N个输出接点通过电缆连接至第一电推力器(11)；
第二高压继电器组(5)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第二高压继电器组(5)的N个高压继电器的另一端分别连接至第二功率输出接口的N个输出接点；该N个输出接点通过电缆连接至第二电推力器(12)；
第三高压继电器组(6)的N个高压继电器的一端分别连接至第二高压隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；第三高压继电器组(6)的N个高压继电器的另一端分别连接至第三功率输出接口的N个输出接点；该N个输出接点通过电缆连接至第三电推力器(13)；
第四高压继电器组(7)的N个高压继电器的一端分别连接至第二高压隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；第四高压继电器组(7)的N个高压继电器的另一端分别连接至第四功率输出接口的N个输出接点；该N个输出接点通过电缆连接至第四电推力器(14)；
第五高压继电器组(8)的N个高压继电器的一端分别连接至第一高压隔离二极管组(9)的N个高压隔离二极管的负极；第五高压继电器组(8)的N个高压继电器的另一端分别连接至第二高压隔离二极管组(10)的N个高压隔离二极管的负极；
(4)遥测电路将高压继电器切换电路的工作状态进行采集，并通过遥测接口反馈给航天器，遥测电路为电阻网络遥测电路或矩阵遥测电路，根据需要选择电阻网络遥测电路、矩阵遥测电路，提供对高压继电器组状态的遥测采集功能。
4.根据权利要求3所述的一种电推进电源全备份切换电路的切换方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)中的故障隔离电路，包括：第一高压隔离二极管组(9)和第二高压隔离二极管组(10)；
第一高压隔离二极管组(9)中包括N个高压隔离二极管；第一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的负极分别连接第一功率输入接口的N个电源负极输入接点，第一功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第一高压隔离二极管组(9)的N个二极管的正极连接高压继电器切换电路的一个输入；第一功率输入接口的N个输入接点通过电缆连接至第一电推进电源(1)的输出；
第二高压隔离二极管组(10)中包括N个高压隔离二极管；第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的负极分别连接第二功率输入接口的N个电源负极输入接点，第二功率输入接口的N个电源输入接点各自隔离开；第二高压隔离二极管组(10)的N个二极管的正极连接高压继电器切换电路的另一个输入；第二功率输入接口的N个输入接点通过电缆连接至第二电推进电源(2)的输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810390841.6A CN108639387B (zh) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 一种电推进电源全备份切换电路及切换方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810390841.6A CN108639387B (zh) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 一种电推进电源全备份切换电路及切换方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108639387A CN108639387A (zh) | 2018-10-12 |
| CN108639387B true CN108639387B (zh) | 2020-08-14 |
Family
ID=63748249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810390841.6A Active CN108639387B (zh) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 一种电推进电源全备份切换电路及切换方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108639387B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110247696B (zh) * | 2019-05-27 | 2021-11-16 | 中国空间技术研究院 | 一种通信卫星遥控指令接口检测电路及方法 |
| CN111169658B (zh) * | 2020-01-06 | 2021-06-11 | 北京航天自动控制研究所 | 一种运载火箭尾段tb防短路故障隔离装置 |
| CN113725992B (zh) * | 2021-07-19 | 2024-02-09 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种航天器电源系统故障识别与隔离方法 |
| CN114576042B (zh) * | 2022-03-11 | 2023-06-20 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种适用于固体火箭发动机远程点火装置及点火方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103264777A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-08-28 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种航天器两器能源共用方法 |
| US9086060B1 (en) * | 2012-10-31 | 2015-07-21 | The Boeing Company | Telemetry for testing switch configuration in ion propulsion system |
| CN105929337A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-09-07 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元 |
| CN106574607A (zh) * | 2014-07-30 | 2017-04-19 | 赛峰航空器发动机 | 航天器推进系统和方法 |
-
2018
- 2018-04-27 CN CN201810390841.6A patent/CN108639387B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9086060B1 (en) * | 2012-10-31 | 2015-07-21 | The Boeing Company | Telemetry for testing switch configuration in ion propulsion system |
| CN103264777A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-08-28 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种航天器两器能源共用方法 |
| CN106574607A (zh) * | 2014-07-30 | 2017-04-19 | 赛峰航空器发动机 | 航天器推进系统和方法 |
| CN105929337A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-09-07 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108639387A (zh) | 2018-10-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108639387B (zh) | 一种电推进电源全备份切换电路及切换方法 | |
| CN106207953B (zh) | 大功率混合式直流断路器 | |
| CN104753044A (zh) | 一种混合式全固态高压直流断路器拓扑结构 | |
| CN104040666A (zh) | 直流断路器和包括这样的直流断路器的电力系统 | |
| US11837867B2 (en) | HVDC transmission schemes | |
| CN108365600A (zh) | 混合式直流断路器系统及断路器合闸的故障线路检测方法 | |
| CN109327016B (zh) | 一种直流极间分断装置及控制方法 | |
| CN104916856A (zh) | 一种提高液流电池运行可靠性的储能系统及其方法 | |
| CN110797965B (zh) | 一种转电结构及方法 | |
| CN115765134A (zh) | 一种飞行器统一供配电冗余系统 | |
| CN112531682A (zh) | 一种飞行器控制系统母线供电电路及供电方法 | |
| CN111169658B (zh) | 一种运载火箭尾段tb防短路故障隔离装置 | |
| CN113572189B (zh) | 海上风电用双极柔性直流系统及其变压器故障切换方法 | |
| CN210536522U (zh) | 一种模块化sop系统 | |
| CN210693533U (zh) | 一种变电站蓄电池组开路保护装置 | |
| CN114597872B (zh) | 直流断路器及其控制方法、电子设备 | |
| CN113839406A (zh) | 一种新型高压直流断路器的自供能控制方法 | |
| CN111007297A (zh) | 多回路电压分配和选择电路及其实现方法 | |
| CN219999075U (zh) | 储能装置 | |
| Zha et al. | Comparative analysis of the mutual conversion process of ground return and metallic return of multi-terminal hybrid VSC-HVDC and LCC-HVDC | |
| CN216659814U (zh) | 电力系统以及可飞行装置 | |
| CN219227414U (zh) | 一种飞机部件强度试验用电磁阀供电装置 | |
| CN216216067U (zh) | 一种跨电压等级的快速转电系统 | |
| CN210074813U (zh) | 一种小型化高可靠的浪涌抑制通断电路 | |
| CN112968420B (zh) | 一种晶闸管型混合式直流断路器及其控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |