CN110137914A - 一种星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路，包括电压基准源UD1、第一运算放大器N1A、第二运算放大器N1C、第一与非门UD2A、第二与非门UD2C、第一开关管V12、第二开关管V19、第一二极管V5。其中，N1A、N1C和UD2A、UD2C组成滞环控制电路。UD1经分压电路得到第一电压和第二电压，第一电压高于第二电压；母线电压经分压电路得到第三电压。第一电压输出至N1A的正输入端，第二电压输出至N1C的负输入端，第三电压输出至N1A的负输入端，第三电压输出至N1C的正输入端。滞环控制电路通过比较第三电压与第一、第二电压的关系，来控制V12、V19和V5以实现星载蓄电池组过放保护及恢复控制。本发明控制方式简单可靠，配置灵活，地面存储和发射过程中，蓄电池组耗电量较小。

Description

一种星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路

技术领域

本发明涉及航天器电源控制技术领域，尤其涉及一种星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路。

背景技术

卫星蓄电池组的主要功能是，当卫星主能源太阳电池阵输出功率不能满足卫星功率需求时，或在地影区内，由蓄电池组补充给卫星其他用电设备供电。

由于锂离子蓄电池组的高电压和高比能量，被航天器广泛应用。卫星在轨运行期间，可能会因为异常情况导致蓄电池组持续放电，为防止蓄电池组过放电而损坏，导致后续即使卫星状态好转也无法正常工作，因此，需要设计蓄电池组过放保护电路。

当卫星状态好转，太阳电池阵能够有足够的输出功率给蓄电池组充电，蓄电池组的电压会持续升高，当蓄电池组电压升高至一定值时，也就意味着蓄电池组有了足够多的能量满足卫星负载功率需求，此时可以接通放电开关，由蓄电池组给卫星供电。

目前，蓄电池组放电开关多采用继电器，当发生过放保护时，过放保护控制电路发出信号控制放电开关断开，而卫星在发生过放保护后，无法自主对蓄电池组状态进行判断，进而接通放电开关，一般需要地面控制人员参与判断，时效性和准确性较差。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了提供一种星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路，在蓄电池组电压低于一定值时关闭放电开关，防止蓄电池组因过放电而损坏，当蓄电池组电压恢复至一定值时，自动接通放电开关，蓄电池组恢复给卫星供电。本发明具体通过如下技术方案实现：

一种星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路，包括电压基准源、第一运算放大器、第二运算放大器、第一与非门、第二与非门、第一开关管、第二开关管、第一二极管；其中，第一运算放大器、第二运算放大器和第一与非门、第二与非门组成滞环控制电路。电压基准源经分压电路得到第一电压和第二电压，所述第一电压高于第二电压；母线电压Vbus经分压电路得到第三电压；第一电压输出至第一运算放大器的正输入端，第二电压输出至第二运算放大器的负输入端；第三电压输出至第一运算放大器的负输入端，第三电压输出至第二运算放大器的正输入端；当卫星正常工作时，第三电压高于第一电压，第一与非门输出为高电平，控制第一开关管为导通状态，从而控制第二开关管为导通状态，蓄电池组给卫星负载供电；当蓄电池组电压持续下降，第三电压低于第一电压，高于第二电压时，第一运算放大器输出为高电平，第二运算放大器输出为高电平，第二与非门的输出端为低电平，第一与非门的输出端保持为高电平，第二开关管为接通状态；当蓄电池组电压持续下降，第三电压低于第二电压时，第一运算放大器输出为高电平，第二运算放大器输出为低电平，第一与非门输出端为低电平，第二与非门的输出为高电平，控制第一开关管关闭，第二开关管则断开，蓄电池组停止给卫星供电；当Vbus经由第一二极管给蓄电池组充电时，蓄电池组电压升高，Vbus电压也逐步升高，当第三电压高于第二电压，低于第一电压时，第二运算放大器输出为高电平，过放保护电平解除，第二与非门输出端为高电平，第一运算放大器输出为高电平，第一与非门输出为低电平，此时，第一开关管仍保持为断开状态，第二开关管保持为断开状态；当Vbus电压持续升高，第三电压高于第一电压和第二电压时，第一运算放大器输出为低电平，第一与非门输出端为高电平，控制第一开关管为导通状态，第二开关管接通，蓄电池组恢复给卫星供电。

作为本发明的进一步改进，所述第二开关管为PMOS管。

作为本发明的进一步改进，所述过放保护及恢复控制电路还继电器K1和K3，其中K1控制过放保护恢复信号和蓄电池组给控制电路供电通路，K3控制过放保护信号和蓄电池组给控制电路供电通路，两支蓄电池组给控制电路供电通路为并联关系。

作为本发明的进一步改进，星载计算机可根据需要通过指令控制继电器K1和继电器K3的通断。

作为本发明的进一步改进，，地面存放期间，通过继电器切断相关电路供电通路。

作为本发明的进一步改进，星载计算机能直接发送指令使得第一开关管处于导通状态以接通第二开关管。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明控制方式简单可靠，配置灵活，地面存储和发射过程中，蓄电池组耗电量较小，能实现星箭分离后，在太阳电池阵输出正常情况下，放电开关能自主接通，给卫星供电。

附图说明

图1是本发明的过放保护及恢复控制电路的原理图；

图2是本发明的过放保护及恢复控制电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明结合放电开关使用PMOS管的设计方式，设计一种能够自主过放保护和在满足一定条件下能自主恢复的控制电路。

如图1所示，本发明的星载锂离子蓄电池组过放保护及恢复控制电路，包括电压基准源UD1、第一运算放大器N1A、第二运算放大器N1C、第一与非门UD2A、第二与非门UD2C、第一开关管V12、第二开关管V19、第一二极管V5。其中，第一运算放大器、第二运算放大器和第一与非门、第二与非门组成滞环控制电路。电压基准源经分压电路得到第一电压和第二电压，所述第一电压高于第二电压；母线电压Vbus经分压电路得到第三电压。第一电压输出至第一运算放大器的正输入端，第二电压输出至第二运算放大器的负输入端。第三电压输出至第一运算放大器的负输入端，第三电压输出至第二运算放大器的正输入端。

当卫星正常工作时，第三电压高于第一电压，第一与非门输出为高电平，控制第一开关管为导通状态，从而控制第二开关管为导通状态，蓄电池组给卫星负载供电。当蓄电池组电压持续下降，第三电压低于第一电压，高于第二电压时，第一运算放大器输出为高电平，第二运算放大器输出为高电平，第二与非门的输出端为低电平，第一与非门的输出端保持为高电平，第二开关管为接通状态。当蓄电池组电压持续下降，第三电压低于第二电压时，第一运算放大器输出为高电平，第二运算放大器输出为低电平，第一与非门输出端为低电平，第二与非门的输出为高电平，控制第一开关管关闭，第二开关管则断开，蓄电池组停止给卫星供电。当Vbus经由第一二极管给蓄电池组充电时，蓄电池组电压升高，Vbus电压也逐步升高，当第三电压高于第二电压，低于第一电压时，第二运算放大器输出为高电平，过放保护电平解除，第二与非门输出端为高电平，第一运算放大器输出为高电平，第一与非门输出为低电平，此时，第一开关管仍保持为断开状态，第二开关管保持为断开状态。当Vbus电压持续升高，第三电压高于第一电压和第二电压时，第一运算放大器输出为低电平，第一与非门输出端为高电平，控制第一开关管为导通状态，第二开关管接通，蓄电池组恢复给卫星供电。

图2为本发明的星载锂离子蓄电池组过放保护及恢复控制的电路图。其中，BAT+为蓄电池组输入正线，PGND为蓄电池组输入回线，VBAT为蓄电池组正极经控制开关后的输出电压，V10V为电压基准源UD1输出，Vbus为母线电压。

电压基准源UD1由蓄电池组VBAT供电，正常输出10V基准，经R18、R21和R22分压后，分别输出第一电压和第二电压，且第一电压高于第二电压。第一电压经R34输出至运算放大器N1A的正输入端，第二电压经R52输出至运算放大器N1C的负输入端。VBAT经R17给运算放大器N1A和N1C供电，C35为滤波作用；VBAT经R19连接至稳压源ZD2的负极，ZD2的负极经R24给与非门UD2A和UD2C供电，C34为滤波作用。

当卫星正常工作时，Vbus经R60和R116分压后，产生第三电压，分别经R31输出至运算放大器N1A的负输入端，经R38输出至运算放大器N1C的正输入端。当第三电压高于第一电压时，运算放大器N1A输出为低电平，经R33输出至与非门UD2A的第1输入端，此时，UD2A第3输入端输出为高电平，经继电器K1和二极管U22后控制三极管V12为导通状态，从而控制PMOS管（放电开关）V19为导通状态，蓄电池组给卫星负载供电。

当蓄电池组电压持续下降，第三电压低于第一电压，高于第二电压时，运算放大器N1A输出为高电平，运算放大器N1C输出为高电平，与非门UD2C的第10输出端为低电平，与非门UD2A的第3输出端保持为高电平，放电开关为接通状态。

当蓄电池组电压持续下降，第三电压低于第一电压和第二电压时，运算放大器N1C输出为低电平，经继电器K3和二极管V6，将三极管V12的基极置为低电平，三极管V12关闭，放电开关V19的栅极为高电平，放电开关断开，蓄电池组停止给卫星供电。与此同时，运算放大器N1A输出为高电平，与非门UD2C的第10端输出为高电平，与非门UD2A的第3输出端为低电平。

当Vbus经由二极管V5给蓄电池组充电时，当蓄电池组电压升高时，Vbus电压也逐步升高，当第三电压高于第二电压，低于第一电压时，运算放大器N1C输出为高电平，过放保护电平解除，与非门UD2C第10输出端为高电平，运算放大器N1A输出为高电平，与非门UD2A第3输出端为低电平，此时，三极管V12仍保持为断开状态，放电开关V19的栅极仍为高电平，放电开关保持为断开状态。

当Vbus电压持续升高，第三电压高于第一电压和第二电压时，运算放大器N1A输出为低电平，与非门UD2A的第3输入端为高电平，经由继电器K1和二极管V22后，控制三极管V12为导通状态，放电开关V19的栅极为低电平，放电开关接通，蓄电池组恢复给卫星供电。

至此，完成了蓄电池组过放保护及恢复控制功能。

另外，为尽可能的降低卫星发射前存放期间的蓄电池组耗电量，设计由继电器K1和K3，其中K1控制过放保护恢复信号和蓄电池组给控制电路供电通路，K3控制过放保护信号和蓄电池组给控制电路供电通路，两支蓄电池组给控制电路供电通路为并联关系。同时，星载计算机可根据需要通过指令控制K1和K3的通断，并能直接发送指令，使得V12处于导通状态，接通放电开关V19。

本发明具有如下特点：

（1）蓄电池组过放保护和恢复电路采用滞环控制方式，由运算放大器和与非门组成滞环控制电路，控制方式简单可靠，配置灵活；

（2）星箭分离后，在太阳电池阵正常输出功率时，能实现放电开关自主接通，给卫星负载供电；

（3）地面存放期间，可通过继电器切断相关电路供电通路，可最大限度的降低卫星地面存储及发射过程中蓄电池组的耗电量。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路，其特征在于：所述电路包括电压基准源、第一运算放大器、第二运算放大器、第一与非门、第二与非门、第一开关管、第二开关管、第一二极管；其中，第一运算放大器、第二运算放大器和第一与非门、第二与非门组成滞环控制电路；电压基准源经分压电路得到第一电压和第二电压，所述第一电压高于第二电压；母线电压Vbus经分压电路得到第三电压；第一电压输出至第一运算放大器的正输入端，第二电压输出至第二运算放大器的负输入端；第三电压输出至第一运算放大器的负输入端，第三电压输出至第二运算放大器的正输入端；当卫星正常工作时，第三电压高于第一电压，第一与非门输出为高电平，控制第一开关管为导通状态，从而控制第二开关管为导通状态，蓄电池组给卫星负载供电；当蓄电池组电压持续下降，第三电压低于第一电压，高于第二电压时，第一运算放大器输出为高电平，第二运算放大器输出为高电平，第二与非门的输出端为低电平，第一与非门的输出端保持为高电平，第二开关管为接通状态；当蓄电池组电压持续下降，第三电压低于第二电压时，第一运算放大器输出为高电平，第二运算放大器输出为低电平，第一与非门输出端为低电平，第二与非门的输出为高电平，控制第一开关管关闭，第二开关管则断开，蓄电池组停止给卫星供电；当Vbus经由第一二极管给蓄电池组充电时，蓄电池组电压升高，Vbus电压也逐步升高，当第三电压高于第二电压，低于第一电压时，第二运算放大器输出为高电平，过放保护电平解除，第二与非门输出端为高电平，第一运算放大器输出为高电平，第一与非门输出为低电平，此时，第一开关管仍保持为断开状态，第二开关管保持为断开状态；当Vbus电压持续升高，第三电压高于第一电压和第二电压时，第一运算放大器输出为低电平，第一与非门输出端为高电平，控制第一开关管为导通状态，第二开关管接通，蓄电池组恢复给卫星供电。

2.根据权利要求1所述的星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路，其特征在于：所述第二开关管为PMOS管。

3.根据权利要求1所述的星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路，其特征在于：所述过放保护及恢复控制电路还继电器K1和K3，其中K1控制过放保护恢复信号和蓄电池组给控制电路供电通路，K3控制过放保护信号和蓄电池组给控制电路供电通路，两支蓄电池组给控制电路供电通路为并联关系。

4.根据权利要求3所述的星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路，其特征在于：星载计算机可根据需要通过指令控制继电器K1和继电器K3的通断。

5.根据权利要求3所述的星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路，其特征在于：地面存放期间，通过继电器切断相关电路供电通路。

6.根据权利要求1所述的星载蓄电池组过放保护及恢复控制电路，其特征在于：星载计算机能直接发送指令使得第一开关管处于导通状态以接通第二开关管。