CN109038795B - 供电分离连锁保护及软切换装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种供电分离连锁保护及软切换装置和方法，本发明的飞行器电源分系统组合体供电分离连锁保护及软切换装置和方法，所述的保护装置有飞行器组合体两体之间的分离脱插，连接分离连锁保护判断电路与分离脱插的分离信号线，分离连锁保护电路供电开关，线性稳压器，软启动上电MOSFET，以及飞行器两体各自的放电开关，利用分离连锁保护判断电路和驱动电路实现飞行器组合体意外分离时对母线供电的保护及供电电源的软切换功能。在控制方法中，严格遵守发射前接通一次电源供电开关和分离连锁保护电路供电开关，分离连锁保护后接通二次电源开关。

Description

供电分离连锁保护及软切换装置和方法

技术领域

本发明涉及一种供电分离连锁保护及软切换装置和方法。

背景技术

空天往返任务中，考虑到能量平衡、返回段可靠性及任务成本等问题，通常为飞行器独立配备高比能的一次性能源，在返回前通过分离形式将其抛弃，以降低返回段飞行器载重等压力。

因此，任务发射及在轨飞行段将涉及飞行器组合体模式，均由一次性能源为飞行器母线供电。在飞行器返回地球前，为防止组合体意外分离造成飞行器母线掉电导致任务失败的情况，需要具备飞行器供电分离连锁保护功能。另外，为了防止意外分离后蓄电池切换过程中造成的母线冲击，需要在发生意外分离过程中利用相关控制电路使飞行器母线供电进行软切换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种供电分离连锁保护及软切换装置和方法。

本发明提供一种供电分离连锁保护及软切换装置，包括：

组合体，包括飞行器T体和飞行器B体，其中，所述飞行器T体的一次蓄电池组在组合体在轨飞行阶段作为主电源为飞行器母线供电，所述飞行器B体的二次蓄电池组在组合体分离后为飞行器母线提供供电；

飞行器T体包括相连接的一次蓄电池组及放电开关K1，所述放电开关K1接通后，所述飞行器T体中所述第一蓄电池组在组合体飞行时为整个飞行器进行供电；

分离脱插J1，作为飞行器T体与飞行器B体之间电气连接的接插件，在发射时即保持连接以构成两体之间功率传输与信号传递的通道，当探测器分离时，该脱插断开；

分离信号线W1，连接分离连锁保护判断电路U1与分离脱插的导线J1，为分离连锁保护判断电路U1提供分离信号；

所述飞行器B体内包括分离连锁保护电路和二次蓄电池组、分离连锁保护判断电路U1，所述分离连锁保护电路包括供电开关K3和线性稳压器，所述供电开关K3和线性稳压器连接飞行器B体的二次蓄电池组和分离连锁保护判断电路U1，K3闭合后为所述分离连锁保护判断电路U1提供不间断供电；所述分离连锁保护判断电路U1，输入端与分离信号线W1相连，完成对组合体分离状态的判断，并为后端分离连锁保护驱动电路U2提供分离连锁保护使能信号；

分离连锁保护驱动电路U2，与分离连锁保护判断电路U1相连，为后端软启动上电MOS管Q1提供驱动信号；

连接于飞行器B体二次蓄电池组与飞行器母线间的B体二次蓄电池组放电开关K2、软启动上电MOS管Q1及软启动二极管D1。

进一步的，在上述装置中，所述分离连锁保护判断电路U1包括电阻R1、R2和比较器N2，组合体时，比较器N2同向端信号被分离信号线W1拉至低电平，小于比较器N2反向端的Ref参考电压，比较器N2输出低电平。

进一步的，在上述装置中，所述分离信号线W1断开，比较器N2同向端电压为电阻R1和R2对线性稳压器N1输出电压的分压值，高于比较器N2反向端电压，比较器N2输出高电平，使能后端分离连锁保护驱动电路U2。

进一步的，在上述装置中，所述分离连锁保护驱动电路U2包括NPN型三极管Q2、电阻R3、R4、电容C1和稳压管D2，组合体时，Q2为截止状态，软启动开关MOS管Q1的栅极G和源级S间无电位差，Q1也处于截止状态。

进一步的，在上述装置中，当组合体意外分离时，由于前段分离连锁保护驱动电路U2的使能信号控制三极管Q2饱和导通，利用飞行器B体的二次蓄电池组为电容C1充电，充电电流大小及最终电容C1两端电压由电阻R3和R4决定，此过程将控制软启动开关MOS管Q1的GS两端电压缓慢增加，直至将其完全开启。

根据本发明的另一面，提供一种供电分离连锁保护及软切换方法，采用如上述1到5任一项所述的装置，所述方法包括：

发射前确认组合体分离脱插J1接通，将飞行器T体一次电池放电开关K1和分离连锁保护电路供电开关K3接通；

意外分离发生时，分离信号线W1跟随分离脱插J1断开；

分离连锁保护判断电路U1监测分离信号，即通过比较器N2同向端电压与反向端电压基准Ref进行比较，判断是否出现意外分离，并在意外分离出现时发送分离连锁保护使能信号输出至分离连锁保护驱动电路U2；

分离连锁保护驱动电路U2根据所述使能信号控制三极管Q2导通，利用RC电路间接控制软启动MOS管Q1的开启速度，将飞行器母线供电软切换至B体蓄电池供电，以规避切换过程中浪涌电流对蓄电池及电路的冲击；

组合体发生意外分离后，将放电开关K2闭合，利用K2将软启动MOS管Q1与二极管D1旁路，以适应后续母线大功率供电需求。

与现有技术相比，本发明电路结构简单、易于工程实现，在飞行器以组合体形式在轨飞行阶段出现组合体意外分离故障时，能实现将飞行器母线供电自动由已脱离蓄电池组切换至未脱离蓄电池组，从而保持飞行器母线不间断供电，同时降低意外分离时母线供电切换过程中浪涌电流对蓄电池及电路的冲击，成功规避了飞行器组合体模式下出现意外分离母线掉电的风险，有效提高了飞行器在轨工作的可靠性，对增强飞行器电源分系统组合体供电时母线供电可靠性具有重要的工程应用价值。

附图说明

图1是本发明所述飞行器电源分系统组合体供电分离连锁保护及软切换装置中组合体的总体电气连接图；

图2是本发明所述飞行器电源分系统组合体供电分离连锁保护及软切换装置中组合体的详细电气连接图。。

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和2所示，本发明提供一种供电分离连锁保护及软切换装置，包括：

组合体，包括飞行器T体和飞行器B体，其中，所述飞行器T体的一次蓄电池组在组合体在轨飞行阶段作为主电源为飞行器母线供电，所述飞行器B体的二次蓄电池组在组合体分离后为飞行器母线提供供电；

飞行器T体包括相连接的一次蓄电池组及放电开关K1，所述放电开关K1接通后，所述飞行器T体中所述第一蓄电池组在组合体飞行时为整个飞行器进行供电；

分离脱插J1，作为飞行器T体与飞行器B体之间电气连接的接插件，在发射时即保持连接以构成两体之间功率传输与信号传递的通道，当探测器分离时，该脱插断开；

分离信号线W1，连接分离连锁保护判断电路U1与分离脱插的导线J1，为分离连锁保护判断电路U1提供分离信号；

所述飞行器B体内包括分离连锁保护电路和二次蓄电池组、分离连锁保护判断电路U1，所述分离连锁保护电路包括供电开关K3和线性稳压器，所述供电开关K3和线性稳压器连接飞行器B体的二次蓄电池组和分离连锁保护判断电路U1，K3闭合后为所述分离连锁保护判断电路U1提供不间断供电；所述分离连锁保护判断电路U1，输入端与分离信号线W1相连，完成对组合体分离状态的判断，并为后端分离连锁保护驱动电路U2提供分离连锁保护使能信号；

分离连锁保护驱动电路U2，与分离连锁保护判断电路U1相连，为后端软启动上电MOS管Q1提供驱动信号；

连接于飞行器B体二次蓄电池组与飞行器母线间的B体二次蓄电池组放电开关K2、软启动上电MOS管Q1及软启动二极管D1。

在此，如图1和2所示，本发明提供飞行器电源分系统组合体供电分离连锁保护及软切换装置，包括飞行器组合体两体之间的分离脱插J1，分离连锁保护判断电路U1，分离连锁保护驱动电路U2，连接分离连锁保护判断电路U1与分离脱插J1的分离信号线W1，分离连锁保护电路供电开关K3，线性稳压器N1，软启动上电MOS管Q1，飞行器T体一次蓄电池组放电开关K1以及飞行器B体二次蓄电池组放电开关K2。

设组合体中的任意一个为飞行器T体，该体的一次蓄电池组在组合体在轨飞行阶段作为主电源可以为飞行器母线供电，组合体中另一个为飞行器B体，该体的二次蓄电池组在组合体分离后可以为飞行器母线提供供电。

本发明提出的飞行器电源分系统组合体供电分离连锁保护及软切换装置和方法，电路结构简单、易于工程实现，在飞行器以组合体形式在轨飞行阶段出现组合体意外分离故障时，能实现将飞行器母线供电自动由已脱离蓄电池组切换至未脱离蓄电池组，从而保持飞行器母线不间断供电，同时降低意外分离时母线供电切换过程中浪涌电流对蓄电池及电路的冲击，成功规避了飞行器组合体模式下出现意外分离母线掉电的风险，有效提高了飞行器在轨工作的可靠性，对增强飞行器电源分系统组合体供电时母线供电可靠性具有重要的工程应用价值。

如图2所示，本发明的供电分离连锁保护及软切换装置一实施例中，所述分离连锁保护判断电路U1包括电阻R1、R2和比较器N2，组合体时，比较器N2同向端信号被分离信号线W1拉至低电平，小于比较器N2反向端的Ref参考电压，比较器N2输出低电平。

如图2所示，本发明的供电分离连锁保护及软切换装置一实施例中，当组合体意外分离时，所述分离信号线W1断开，比较器N2同向端电压为电阻R1和R2对线性稳压器N1输出电压的分压值，高于比较器N2反向端电压，比较器N2输出高电平，使能后端分离连锁保护驱动电路U2。

如图2所示，本发明的供电分离连锁保护及软切换装置一实施例中，所述分离连锁保护驱动电路U2包括NPN型三极管Q2、电阻R3、R4、电容C1和稳压管D2，组合体时，Q2为截止状态，软启动开关MOS管Q1的栅极G和源级S间无电位差，Q1也处于截止状态。

如图2所示，本发明的供电分离连锁保护及软切换装置一实施例中，当组合体意外分离时，由于前段分离连锁保护驱动电路U2的使能信号控制三极管Q2饱和导通，利用飞行器B体的二次蓄电池组为电容C1充电，充电电流大小及最终电容C1两端电压由电阻R3和R4决定，此过程将控制软启动开关MOS管Q1的GS两端电压缓慢增加，直至将其完全开启。

如图1和2所示，本发明的供电分离连锁保护及软切换装置一实施例中，在意外分离连锁保护后，通过指令将K2接通，将软启动MOS管Q1与二极管D1旁路，适应后续母线大功率供电需求。

配合参见图1、图2所示，通过上述结构的装置，本发明还提供另一种供电分离连锁保护及软切换方法，包括：

步骤(1)：发射前确认组合体分离脱插J1接通，将飞行器T体一次电池放电开关K1和分离连锁保护电路供电开关K3接通；

在此，通过放电开关K1、分离脱插J1建立组合体间的电气连接，并使组合体功率地实现共地；通过分离连锁保护电路供电开关K3将飞行器B体的二次电池与线性稳压器N1进行连接，使线性稳压器N1输出稳压电源为后端分离连锁保护判断电路U1提供不间断供电，避免在组合体意外脱离时分离连锁保护判断电路U1随之掉电；

步骤(2)：意外分离发生时，分离信号线W1跟随分离脱插J1断开；

在此，分离信号线W1的由连接状态变为断开状态，将为后端分离连锁保护判断电路U1提供分离信号；

步骤(3)：分离连锁保护判断电路U1监测分离信号，即通过比较器N2同向端电压与反向端电压基准Ref进行比较，判断是否出现意外分离，并在意外分离出现时发送分离连锁保护使能信号输出至分离连锁保护驱动电路U2；

步骤(4)：分离连锁保护驱动电路U2根据所述使能信号控制三极管Q2导通，利用RC电路间接控制软启动MOS管Q1的开启速度，将飞行器母线供电软切换至B体蓄电池供电，以规避切换过程中浪涌电流对蓄电池及电路的冲击；；

步骤(5)：组合体发生意外分离后，将放电开关K2闭合，利用K2将软启动MOS管Q1与二极管D1旁路，以适应后续母线大功率供电需求。

本发明的飞行器电源分系统组合体供电分离连锁保护及软切换装置和方法，所述的保护装置有飞行器组合体两体之间的分离脱插，连接分离连锁保护判断电路与分离脱插的分离信号线，分离连锁保护电路供电开关，线性稳压器，软启动上电MOSFET，以及飞行器两体各自的放电开关，利用分离连锁保护判断电路和驱动电路实现飞行器组合体意外分离时对母线供电的保护及供电电源的软切换功能。在控制方法中，严格遵守发射前接通一次电源供电开关和分离连锁保护电路供电开关，分离连锁保护后接通二次电源开关。

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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

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 (6)

1.一种供电分离连锁保护及软切换装置，其特征在于，包括：

组合体，包括飞行器T体和飞行器B体，其中，所述飞行器T体的一次蓄电池组在组合体在轨飞行阶段作为主电源为飞行器母线供电，所述飞行器B体的二次蓄电池组在组合体分离后为飞行器母线提供供电；

飞行器T体包括相连接的一次蓄电池组及放电开关K1，所述放电开关K1接通后，所述飞行器T体中所述一次蓄电池组在组合体飞行时为整个飞行器进行供电；

分离脱插J1，作为飞行器T体与飞行器B体之间电气连接的接插件，在发射时即保持连接以构成两体之间功率传输与信号传递的通道，当探测器分离时，该脱插断开；

分离信号线W1，连接分离连锁保护判断电路U1与分离脱插的导线J1，为分离连锁保护判断电路U1提供分离信号；

所述飞行器B体内包括分离连锁保护电路和二次蓄电池组、分离连锁保护判断电路U1，所述分离连锁保护电路包括供电开关K3和线性稳压器，所述供电开关K3和线性稳压器连接飞行器B体的二次蓄电池组和分离连锁保护判断电路U1，K3闭合后为所述分离连锁保护判断电路U1提供不间断供电；所述分离连锁保护判断电路U1，输入端与分离信号线W1相连，完成对组合体分离状态的判断，并为后端分离连锁保护驱动电路U2提供分离连锁保护使能信号；

分离连锁保护驱动电路U2，与分离连锁保护判断电路U1相连，为后端软启动上电MOS管Q1提供驱动信号；

连接于飞行器B体二次蓄电池组与飞行器母线间的B体二次蓄电池组放电开关K2、软启动上电MOS管Q1及软启动二极管D1。

2.如权利要求1所述的供电分离连锁保护及软切换装置，其特征在于，所述分离连锁保护判断电路U1包括电阻R1、R2和比较器N2，组合体时，比较器N2同向端信号被分离信号线W1拉至低电平，小于比较器N2反向端的Ref参考电压，比较器N2输出低电平。

3.如权利要求2所述的供电分离连锁保护及软切换装置，其特征在于，当组合体意外分离时，所述分离信号线W1断开，比较器N2同向端电压为电阻R1和R2对线性稳压器N1输出电压的分压值，高于比较器N2反向端电压，比较器N2输出高电平，使能后端分离连锁保护驱动电路U2。

4.如权利要求3所述的供电分离连锁保护及软切换装置，其特征在于，所述分离连锁保护驱动电路U2包括NPN型三极管Q2、电阻R3、R4、电容C1和稳压管D2，组合体时，Q2为截止状态，软启动开关MOS管Q1的栅极G和源级S间无电位差，Q1也处于截止状态。

5.如权利要求4所述的供电分离连锁保护及软切换装置，其特征在于，当组合体意外分离时，由于前段分离连锁保护驱动电路U2的使能信号控制三极管Q2饱和导通，利用飞行器B体的二次蓄电池组为电容C1充电，充电电流大小及最终电容C1两端电压由电阻R3和R4决定，此过程将控制软启动开关MOS管Q1的GS两端电压缓慢增加，直至将其完全开启。

6.一种供电分离连锁保护及软切换方法，其特征在于，采用如权利要求1到5任一项所述的装置，所述方法包括：

发射前确认组合体分离脱插J1接通，将飞行器T体一次电池放电开关K1和分离连锁保护电路供电开关K3接通；

意外分离发生时，分离信号线W1跟随分离脱插J1断开；

分离连锁保护判断电路U1监测分离信号，即通过比较器N2同向端电压与反向端电压基准Ref进行比较，判断是否出现意外分离，并在意外分离出现时发送分离连锁保护使能信号输出至分离连锁保护驱动电路U2；

分离连锁保护驱动电路U2根据所述使能信号控制三极管Q2导通，利用RC电路间接控制软启动MOS管Q1的开启速度，将飞行器母线供电软切换至B体蓄电池供电；

组合体发生意外分离后，将放电开关K2闭合，利用K2将软启动MOS管Q1与二极管D1旁路，以适应后续母线大功率供电需求。

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