CN108666980B - 一种放电故障一体化保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种新型放电一体化故障保护电路，包括：输入欠压保护模块、输入过流保护模块、输出过压保护模块、加电指令模块、断电指令模块，保护信号逻辑组合电路模块；其中，输入欠压保护模块的输出信号B、输入过流保护模块的输出信号A、输出过压保护模块的输出信号C、加电指令模块的输出信号D、断电指令模块的输出信号E作为保护信号逻辑组合电路模块的输入信号，保护信号逻辑组合电路模块的输出信号P1和P2即为一体化保护电路的输出信号。

Description

一种放电故障一体化保护电路
技术领域
本发明涉及一种一体化保护电路，特别涉及一种适用于航天领域放电调节电路的故障一体化保护电路。
背景技术
电源控制器作为航天器的能源中枢，将太阳帆板和蓄电池的能源经过合理的调节和控制，转换成其它单机所需要的高品质母线电压。在阴影期，航天器的能源供给由放电电路提供。根据航天器可靠性设计要求，放电调节电路均采用多路放电调节电路并联输出、模块热冗余工作的模式，放电电路的可靠稳定工作对航天器的平稳运行起到关键的作用。在复杂的空间环境下，当有一路或者几路放电电路发生故障的时候，必须及时准确的将其关闭，使其退出供电，以保证母线的安全。
航天器电源控制器中的放电调节保护电路采用多种电路形式，主要有：输入欠压保护、输入过流保护、输出过压保护、输出限流保护。传统的电路形式为每个保护电路输出的保护信号均有单独的执行电路，并作用于电路的不同位置，以此来实现保护功能。这样的电路设计复杂，不同的保护电路需要配以不同的执行电路，同时，降低了电路的可靠性。
发明内容
为了解决传统放电保护电路复杂的电路设计和需要配以不同的执行电路的问题，同时，为了提高电路的可靠性，本发明提供了一种新型放电故障一体化保护电路，包括：输入欠压保护模块、输入过流保护模块、输出过压保护模块、加电指令模块、断电指令模块，保护信号逻辑组合电路模块；其中，输入欠压保护模块的输出信号B、输入过流保护模块的输出信号A、输出过压保护模块的输出信号C、加电指令模块的输出信号D、断电指令模块的输出信号E作为保护信号逻辑组合电路模块的输入信号，保护信号逻辑组合电路模块的输出信号P1和P2即为一体化保护电路的输出信号；
所述输入欠压保护模块，通过对每路放电电路的输入电压，即蓄电池电压采样、放大，并与基准电压比较，输出电平保护信号；
所述输入过流保护模块，通过对每路放电电路的输入电流即蓄电池放电电流采样、放大，并与基准电压比较，输出电平保护信号；
所述输出过压保护模块，通过对每路放电电路的输出电压采样，并与基准电压比较，输出电平保护信号；
所述加电指令模块，为星务计算机发送的80ms高电平脉宽指令，该指令能够触发保护信号消失，使放电电路正常供电；
所述断电指令模块，为星务计算机发送的80ms高电平脉宽指令，该指令能够触发保护，使该路放电电路停止供电；
所述保护信号逻辑组合电路模块，通过对上述输入欠压保护模块的输出信号B、输入过流保护模块的输出信号A、输出过压保护模块的输出信号C、加电指令模块的输出信号D、断电指令模块的输出信号E的逻辑组合，最终输出保护信号P1和P2，来驱动保护MOS管的开通和关断。
优选地，所述输入欠压保护模块N1中，蓄电池电压采样“+”信号Vbat+与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与比较器X1的“+”端和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与信号“地”相连，蓄电池电压采样“-”信号Vbat-与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与比较器X1的“-”端和电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与比较器的输出端和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端和比较器X2的“-”端相连，电阻R8的一端与电源Vc相连，电阻R8的另一端与稳压管D1的一端和电阻R7的一端相连，稳压管D1的另一端与信号“地”相连，电阻R7的另一端与比较器X2的“+”端和电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端与比较器X2的输出端和电阻R5的一端、电阻R10的一端相连，电阻R5的另一端与电源Vc相连，电阻R10的另一端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X10的A输入端相连。
优选地，所述输入过流保护模块中，电流采样信号Vcs连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端与比较器X3的“-”端相连，电阻R12的一端与电源Vc相连，电阻R12的另一端与稳压管D2的一端和电阻R13的一端相连，稳压管D2的另一端与信号“地”相连，电阻R13的另一端与比较器X3的“+”端相连，比较器X3的输出端与电阻R14的一端和电阻R15的一端相连，电阻R14的另一端与电源Vc相连，电阻R15的另一端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X7的A输入端相连。
优选地，所述输出过压保护模块中，母线采样信号Vbus与电阻R19的一端相连，电阻R19的另一端与电阻R20的一端和电阻R21的一端相连，电阻R20的另一端与信号“地”相连，电阻R21的另一端与比较器X4的“-”端相连，电阻R16的一端与电源Vc相连，电阻R16的另一端与稳压管D3的一端和电阻R17的一端相连，稳压管D3的另一端与信号“地”相连，电阻R17的另一端与比较器X4的“+”端相连，比较器X4的输出端与电阻R18的一端和电阻R22的一端相连，电阻R18的另一端与电源Vc相连，电阻R22的另一端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X7的B输入端相连。
优选地，所述加电指令模块中，加电指令与或门电路X5的两个输入端相连，或门电路X5的Y输出端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X8的B输入端相连。
优选地，所述断电指令模块中，断电指令与或门电路X6的两个输入端相连，或门电路X6的Y输出端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X7的输入端相连。
优选地，所述保护信号逻辑组合电路模块中，或门电路X7的输出端与D触发器X9的SD端相连，电容C1的一端与电源Vc相连，电容C1的另一端与或门电路X8的一个输入端和电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端与信号“地”相连，或门电路X8的输出端与D触发器X9的RD端相连，D触发器X9的输出端与或门电路X10的一个输入端相连，或门电路X10的输出端与电阻R24的一端和电阻R27的一端相连，电阻R24的另一端与NPN型三极管Q1的b端相连，NPN型三极管Q1的e端与信号“地”相连，NPN型三极管Q1的c端与电阻R25的一端和电阻R26的一端相连，电阻R25的另一端与电源Vc相连，电阻R26的另一端输出的即为最终输出的保护信号P1，电阻R27的另一端与NPN型三极管Q2的b端相连，NPN型三极管Q2的e端与信号“地”相连，NPN型三极管Q2的c端与电阻R28的一端和电阻R29的一端相连，电阻R28的另一端与电源Vc相连，电阻R29的另一端输出的即为最终输出的保护信号P2。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1传统航天器用电源控制器放电保护电路原理图；
图2放电调节电路欠压保护原理图；
图3放电调节电路过流保护原理图；
图4放电调节电路过压保护原理图；
图5放电调节电路加电指令电路原理图；
图6放电调节电路断电指令电路原理图；
图7放电调节电路保护信号逻辑组合电路原理图；
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
电源控制器中的放电电路采用多路并联形式来提高供电的可靠性和安全性，在每路的输出都设置隔离二极管，当某路发生故障后，该路停止工作，退出供电。母线能源由其它放电电路提供，图3所示为常用的放电调节电路Weinberg拓扑。未发生保护或者发送加电指令后，保护电路最终输出P1和P2信号均为高电平，开关管Q6和Q8处于导通状态；当保护发生或者发送断电指令后，保护电路最终输出P1和P2信号均为低电平，开关管Q6和Q8处于关断状态，该路放电电路退出供电。
本发明实施例的一种放电故障一体化保护电路，包括：输入欠压保护模块、输入过流保护模块、输出过压保护模块、加电指令模块、断电指令模块，保护信号逻辑组合电路模块；其中，输入欠压保护模块的输出信号B、输入过流保护模块的输出信号A、输出过压保护模块的输出信号C、加电指令模块的输出信号D、断电指令模块的输出信号E作为保护信号逻辑组合电路模块的输入信号，保护信号逻辑组合电路模块的输出信号P1和P2即为一体化保护电路的输出信号。
所述输入欠压保护模块，通过对每路放电电路的输入电压，即蓄电池电压采样、放大，并与基准电压比较，输出电平保护信号；
所述输入过流保护模块，通过对每路放电电路的输入电流即蓄电池放电电流采样、放大，并与基准电压比较，输出电平保护信号；
所述输出过压保护模块，通过对每路放电电路的输出电压采样，并与基准电压比较，输出电平保护信号；
所述加电指令模块，为星务计算机发送的80ms高电平脉宽指令，该指令能够触发保护信号消失，使放电电路正常供电；
所述断电指令模块，为星务计算机发送的80ms高电平脉宽指令，该指令能够触发保护，使该路放电电路停止供电；
所述保护信号逻辑组合电路模块，通过对上述输入欠压保护模块的输出信号B、输入过流保护模块的输出信号A、输出过压保护模块的输出信号C、加电指令模块的输出信号D、断电指令模块的输出信号E的逻辑组合，最终输出保护信号P1和P2，来驱动保护MOS管的开通和关断。
一种新型放电故障一体化保护电路，其具体工作原理为：
欠压保护电路(N1)，每路放电电路的输入电压(即蓄电池电压)差分采样并经过运放X1计算获得一个采样电压，该采样电压与基准电压(稳压管D1的电压)经过迟滞比较器X2后得到欠压保护信号A。当蓄电池电压低于欠压保护值时，信号A为“高”，当蓄电池电压恢复到安全电压后，信号A为“低”。
如图2所示，所述输入欠压保护模块N1中，蓄电池电压采样“+”信号Vbat+与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与比较器X1的“+”端和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与信号“地”相连，蓄电池电压采样“-”信号Vbat-与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与比较器X1的“-”端和电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与比较器的输出端和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端和比较器X2的“-”端相连，电阻R8的一端与电源Vc相连，电阻R8的另一端与稳压管D1的一端和电阻R7的一端相连，稳压管D1的另一端与信号“地”相连，电阻R7的另一端与比较器X2的“+”端和电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端与比较器X2的输出端和电阻R5的一端、电阻R10的一端相连，电阻R5的另一端与电源Vc相连，电阻R10的另一端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X10的A输入端相连。
过流保护电路(N2)，通过对每路放电电路的输入电流(即蓄电池放电电流)采样(信号Vcs)，与基准电压(稳压管D1的电压)经过迟滞比较器X3比较，输出过流保护信号。当未发生过流保护时，该保护信号为0，即逻辑“低”；当发生过流保护时，该保护信号为Vc，即逻辑“高”。
如图3所示，所述输入过流保护模块中，电流采样信号Vcs连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端与比较器X3的“-”端相连，电阻R12的一端与电源Vc相连，电阻R12的另一端与稳压管D2的一端和电阻R13的一端相连，稳压管D2的另一端与信号“地”相连，电阻R13的另一端与比较器X3的“+”端相连，比较器X3的输出端与电阻R14的一端和电阻R15的一端相连，电阻R14的另一端与电源Vc相连，电阻R15的另一端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X7的A输入端相连。
过压保护电路(N3)，通过对每路放电电路的输出电压Vbus经过电阻R19和R20分压采样，并与基准电压(稳压管D3的电压)迟滞比较器X4比较，输出电平保护信号。当未发生过压保护时，该保护信号为0，即逻辑“低”；当发生过压保护时，该保护信号为Vc，即逻辑“高”。
如图4所示，所述输出过压保护模块中，母线采样信号Vbus与电阻R19的一端相连，电阻R19的另一端与电阻R20的一端和电阻R21的一端相连，电阻R20的另一端与信号“地”相连，电阻R21的另一端与比较器X4的“-”端相连，电阻R16的一端与电源Vc相连，电阻R16的另一端与稳压管D3的一端和电阻R17的一端相连，稳压管D3的另一端与信号“地”相连，电阻R17的另一端与比较器X4的“+”端相连，比较器X4的输出端与电阻R18的一端和电阻R22的一端相连，电阻R18的另一端与电源Vc相连，电阻R22的另一端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X7的B输入端相连。
加电指令电路(N4)，为星务计算机发送的80ms高电平脉宽指令，该指令能够触发保护信号消失，使放电电路正常供电。
如图5所示，所述加电指令模块中，加电指令与或门电路X5的两个输入端相连，或门电路X5的Y输出端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X8的B输入端相连。断电指令电路(N5)，为星务计算机发送的80ms高电平脉宽指令，该指令能够触发保护，使该路放电电路停止供电。
如图6所示，所述断电指令模块中，断电指令与或门电路X6的两个输入端相连，或门电路X6的Y输出端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X7的输入端相连保护信号逻辑组合电路(N6)，该组合逻辑的作用是对保护电路N1～N5的信号组合逻辑，输出保护信号P1和P2，驱动保护MOS管Q6和Q8。具体工作原理为：当过流保护(信号B)、过压保护(信号C)、断电指令(信号E)中只要有某一个功能发生保护时，或门X7的Y输出逻辑高，触发D触发器X9的SD端，触发器X9的Q输出维持为高电平，或门X10的Y输出为高，经过晶体管Q1和Q2后，保护信号P1和P2为低，保护MOS管Q6和Q8一直处于关断状态；当欠压保护发生时，信号A输出高，或门电路X10的Y输出为高，经过晶体管Q1和Q2后，保护信号P1和P2为低，最终MOS管Q6和Q8关断，当蓄电池电压恢复后，信号A输出低，或门电路X10的Y输出为低，经过晶体管Q1和Q2后，保护信号P1和P2为高，保护MOS管Q6和Q8恢复开通状态；电阻R23和电容C1的RC网络是上电复位功能，在上电的瞬间，电容C1为高电平，或门电路X8的Y输出为高，经过一段时间后，C1的电压缓慢降为低，或门电路X8的Y输出为低。上电复位和信号D只要其中某一个发生作用，或门电路X8的输出为高，触发D触发器X9的RD端，使X9的Q输出为低，或门电路X10的Y输出经过晶体管Q1和Q2后，保护信号P1和P2为高，保护MOS管Q6和Q8处于导通状态。
如图7所示，所述保护信号逻辑组合电路模块中，或门电路X7的输出端与D触发器X9的SD端相连，电容C1的一端与电源Vc相连，电容C1的另一端与或门电路X8的一个输入端和电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端与信号“地”相连，或门电路X8的输出端与D触发器X9的RD端相连，D触发器X9的输出端与或门电路X10的一个输入端相连，或门电路X10的输出端与电阻R24的一端和电阻R27的一端相连，电阻R24的另一端与NPN型三极管Q1的b端相连，NPN型三极管Q1的e端与信号“地”相连，NPN型三极管Q1的c端与电阻R25的一端和电阻R26的一端相连，电阻R25的另一端与电源Vc相连，电阻R26的另一端输出的即为最终输出的保护信号P1，电阻R27的另一端与NPN型三极管Q2的b端相连，NPN型三极管Q2的e端与信号“地”相连，NPN型三极管Q2的c端与电阻R28的一端和电阻R29的一端相连，电阻R28的另一端与电源Vc相连，电阻R29的另一端输出的即为最终输出的保护信号P2。
本发明解决了传统放电保护需要配以不同的执行电路的难题，对提高航天用放电电路的可靠性和供电的安全性有积极的作用。

Claims (7)

1.一种放电故障一体化保护电路，其特征在于，包括：输入欠压保护模块、输入过流保护模块、输出过压保护模块、加电指令模块、断电指令模块，保护信号逻辑组合电路模块；其中，输入欠压保护模块的输出信号B、输入过流保护模块的输出信号A、输出过压保护模块的输出信号C、加电指令模块的输出信号D、断电指令模块的输出信号E作为保护信号逻辑组合电路模块的输入信号，保护信号逻辑组合电路模块的输出信号P1和P2即为一体化保护电路的输出信号；
所述输入欠压保护模块，通过对每路放电电路的输入电压，即蓄电池电压采样、放大，并与基准电压比较，输出电平保护信号；
所述输入过流保护模块，通过对每路放电电路的输入电流即蓄电池放电电流采样、放大，并与基准电压比较，输出电平保护信号；
所述输出过压保护模块，通过对每路放电电路的输出电压采样，并与基准电压比较，输出电平保护信号；
所述加电指令模块，为星务计算机发送的80ms高电平脉宽指令，该指令能够触发保护信号消失，使放电电路正常供电；
所述断电指令模块，为星务计算机发送的80ms高电平脉宽指令，该指令能够触发保护，使该路放电电路停止供电；
所述保护信号逻辑组合电路模块，通过对上述输入欠压保护模块的输出信号B、输入过流保护模块的输出信号A、输出过压保护模块的输出信号C、加电指令模块的输出信号D、断电指令模块的输出信号E的逻辑组合，最终输出保护信号P1和P2，来驱动保护MOS管的开通和关断。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输入欠压保护模块中，蓄电池电压采样“+”信号Vbat+与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与比较器X1的“+”端和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与信号“地”相连，蓄电池电压采样“-”信号Vbat-与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与比较器X1的“-”端和电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与比较器X1的输出端和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端和比较器X2的“-”端相连，电阻R8的一端与电源Vc相连，电阻R8的另一端与稳压管D1的一端和电阻R7的一端相连，稳压管D1的另一端与信号“地”相连，电阻R7的另一端与比较器X2的“+”端和电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端与比较器X2的输出端和电阻R5的一端、电阻R10的一端相连，电阻R5的另一端与电源Vc相连，电阻R10的另一端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X10的A输入端相连。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述输入过流保护模块中，电流采样信号Vcs连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端与比较器X3的“-”端相连，电阻R12的一端与电源Vc相连，电阻R12的另一端与稳压管D2的一端和电阻R13的一端相连，稳压管D2的另一端与信号“地”相连，电阻R13的另一端与比较器X3的“+”端相连，比较器X3的输出端与电阻R14的一端和电阻R15的一端相连，电阻R14的另一端与电源Vc相连，电阻R15的另一端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X7的A输入端相连。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述输出过压保护模块中，母线采样信号Vbus与电阻R19的一端相连，电阻R19的另一端与电阻R20的一端和电阻R21的一端相连，电阻R20的另一端与信号“地”相连，电阻R21的另一端与比较器X4的“-”端相连，电阻R16的一端与电源Vc相连，电阻R16的另一端与稳压管D3的一端和电阻R17的一端相连，稳压管D3的另一端与信号“地”相连，电阻R17的另一端与比较器X4的“+”端相连，比较器X4的输出端与电阻R18的一端和电阻R22的一端相连，电阻R18的另一端与电源Vc相连，电阻R22的另一端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X7的B输入端相连。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述加电指令模块中，加电指令与或门电路X5的两个输入端相连，或门电路X5的Y输出端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X8的B输入端相连。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述断电指令模块中，断电指令与或门电路X6的两个输入端相连，或门电路X6的Y输出端与保护信号逻辑组合电路模块中或门电路X7的输入端相连。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述保护信号逻辑组合电路模块中，或门电路X7的输出端与D触发器X9的SD端相连，电容C1的一端与电源Vc相连，电容C1的另一端与或门电路X8的一个输入端和电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端与信号“地”相连，或门电路X8的输出端与D触发器X9的RD端相连，D触发器X9的输出端与或门电路X10的一个输入端相连，或门电路X10的输出端与电阻R24的一端和电阻R27的一端相连，电阻R24的另一端与NPN型三极管Q1的b端相连，NPN型三极管Q1的e端与信号“地”相连，NPN型三极管Q1的c端与电阻R25的一端和电阻R26的一端相连，电阻R25的另一端与电源Vc相连，电阻R26的另一端输出的即为最终输出的保护信号P1，电阻R27的另一端与NPN型三极管Q2的b端相连，NPN型三极管Q2的e端与信号“地”相连，NPN型三极管Q2的c端与电阻R28的一端和电阻R29的一端相连，电阻R28的另一端与电源Vc相连，电阻R29的另一端输出的即为最终输出的保护信号P2。
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