CN110365099A - 一种应用于立方星的蓄电池和稳压源切换供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于立方星的蓄电池和稳压源切换供电电路，包括蓄电池供电电路和稳压源供电电路，所述蓄电池供电电路前端连接星上的蓄电池模块，稳压源供电电路前端连接星外的稳压源设备，蓄电池供电电路和稳压源供电电路后端连接星上电源系统的母线。所述稳压源供电电路连接星外的稳压源设备后，稳压源供电电路将稳压源与母线连接，蓄电池供电电路会将蓄电池与母线断开，由稳压源提供整星调试时的功耗，不使用蓄电池中的电能；所述稳压源供电电路未连接稳压源设备时，蓄电池供电电路会将蓄电池与母线连接，由蓄电池提供整星工作时的功耗。本发明可自动切换供电电源，使用方便，思路新颖，解决了立方星长时间调试时蓄电池储电不够的问题。

Description

一种应用于立方星的蓄电池和稳压源切换供电电路

技术领域

本发明涉及立方星技术领域，特别是一种应用于立方星的蓄电池和稳压源切换供电电路。

背景技术

近年来，随着通信、光电元件、材料、传感器、等技术的快速发展，具有低成本、高功能密度特点的立方星逐步兴起，使得卫星的研制成本和研制周期都大大减少，利用立方星进行远程测量、试验成为可能。

电源系统作为立方星重要分系统，其任务是要保证在轨飞行时，整星有安全可靠的供电；地面调试时，整星有长期稳定的供电。由于在轨飞行时，星上各种大功率载荷每轨只工作较短时间，因此电源系统的蓄电池足够整星功耗；但是在地面测试阶段，各载荷往往需要长时间工作，以验证载荷工作的稳定性，并且也有利于其他分系统调试。现阶段的星上电源系统往往直接将蓄电池连接到母线，在各载荷同时工作的情况下，蓄电池短时间内会耗尽能量。此时只能停止调试，对蓄电池进行充电，极大地限制了调试过程的连贯性；或者通过稳压源，边对蓄电池充电边调试，增加了蓄电池的循环次数，损害了蓄电池的寿命。

现有的大型卫星为解决这个问题，会在蓄电池与母线之间加入继电器，在地面调试时手动断开蓄电池与母线的连接，但是继电器往往体积较大，不适合立方星高功能密度的特点；并且继电器线圈内的铁芯会产生剩磁，与太空中原本的磁场产生干扰，影响卫星的姿态控制；断开蓄电池与母线的操作需要手动完成，不能自动切换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于立方星的蓄电池和稳压源切换供电电路。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种应用于立方星的蓄电池和稳压源切换供电电路，包括蓄电池供电电路和稳压源供电电路；

所述蓄电池供电电路包括第一集成芯片U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3、第四NMOS管Q4、第五NMOS管Q5、第一电容C1、第二电容C2、第一瞬态二极管D1、第二肖特基二极管D2；

所述第一集成芯片U1的5号引脚分别与第五NMOS管Q5的D极、第三电阻R3的一端相连，4号引脚分别与第三电阻R3的另一端、第一瞬态二极管D1的一端、第一NMOS管Q1的D极、第三NMOS管Q3的D极相连，2号引脚分别与第一NMOS管Q1的S极、第二NMOS管Q2的S极、第三NMOS管Q3的S极、第四NMOS管Q4的S极相连，1号引脚分别与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第二NMOS管Q2的G极、第四NMOS管Q4的G极相连，8号引脚分别与第二肖特基二极管D2的负极、第二电容C2的一端、第二NMOS管Q2的D极、第四NMOS管Q4的D极相连，6号引脚分别与第二肖特基二极管D2的正极、第二电容C2的另一端、第一瞬态二极管D1的另一端、第四电阻R4的一端相连；

所述第五NMOS管Q5的S极分别与第五电阻R5的一端以及GND相连、G极与第五电阻R5的另一端相连；

所述第一电阻R1的另一端分别与第一NMOS管Q1的G极、第三NMOS管Q3的G极相连；

所述第四电阻R4的另一端与GND相连；

所述第一电容C1的一端与第二电阻R2的另一端相连、另一端与GND相连；

所述稳压源供电电路包括第二集成芯片U2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第六NMOS管Q6、第七NMOS管Q7、第八NMOS管Q8、第九NMOS管Q9、第三电容C3、第四电容C4、第三瞬态二极管D3、第四肖特基二极管D4；

所述第二集成芯片U2的5号引脚分别与第五NMOS管Q5的G极、第五电阻R5的另一端、第八电阻R8的一端相连，4号引脚分别与第八电阻R8的另一端、第三瞬态二极管D3的一端、第六NMOS管Q6的D极、第八NMOS管Q8的D极相连，2号引脚分别与第六NMOS管Q6的S极、第七NMOS管Q7的S极、第八NMOS管Q8的S极、第九NMOS管Q9的S极相连，1号引脚分别与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端、第七NMOS管Q7的G极、第九NMOS管Q9的G极相连，8号引脚分别与第四肖特基二极管D4的负极、第四电容C4的一端、第七NMOS管Q7的D极、第九NMOS管Q9的D极相连，6号引脚分别与第四肖特基二极管D4的正极、第四电容C4的另一端、第三瞬态二极管D3的另一端、第九电阻R9的一端相连；

所述第六电阻R6的另一端分别与第六NMOS管Q6的G极、第八NMOS管Q8的G极相连；

所述第九电阻R9的另一端与GND相连；

所述第三电容C3的一端与第七电阻R7的另一端相连，所述第三电容C3的另一端与GND相连。

进一步的，所述第一集成芯片U1的4号引脚连接蓄电池供电电路的蓄电池电压输入端VBAT，同时也作为星内蓄电池的充电口CHARGE，8号引脚连接蓄电池供电电路的输出端VBUS，连接到星内母线。

进一步的，所述第二集成芯片U2的4号引脚连接稳压源供电电路的稳压源电压输入端DCIN，输入电压设为8.4V，8号引脚连接稳压源供电电路的输出端VBUS。

进一步的，所述第三电阻R3和第五电阻R5大小均为100KΩ，所述第八电阻R8大小为10KΩ。

进一步的，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4均为陶瓷电容。

进一步的，所述第一集成芯片U1和所述第二集成芯片U2的型号均为LTC4359。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明可以在调试时长期利用稳压源供电，相比于传统的蓄电池与母线直连方案，保证了调试过程的连贯性，设计可靠性高，效果显著；

(2)本发明在使用稳压源供电时会自动切断母线与蓄电池的连接，相比于传统的边充电边调试方案，保护了蓄电池的寿命，性能优异，同时可自动检测是否由稳压源供电，从而自动切断或恢复母线与蓄电池的连接，设计巧妙，新路新颖，简单实用；

(3)本发明采用并联NMOS管作为开关，相比于使用继电器作开关，体积小，布局紧凑，节省空间，同时降低了蓄电池以及稳压源流经NMOS时的压降，能量损耗小，效率高；

(4)本发明采用的均为星上常用元器件，不含有线圈和铁芯，相比于使用继电器，不会产生剩磁，不会干扰其他系统，安全可靠。

附图说明

图1是本发明应用于立方星的蓄电池和稳压源切换供电电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

结合图1，一种应用于立方星的蓄电池和稳压源切换供电电路，包括蓄电池供电电路和稳压源供电电路，所述蓄电池供电电路前端连接星上的蓄电池模块，所述稳压源供电电路前端连接星外的稳压源设备，所述蓄电池供电电路和稳压源供电电路后端连接星上电源系统的母线。

所述蓄电池供电电路包括第一集成芯片U1(LTC4359)、第一电阻R1(10R)、第二电阻R2(100K)、第三电阻R3(100K)、第四电阻R4(1K)、第五电阻R5(100K)、第一NMOS管Q1(BSC028N06NS)、第二NMOS管Q2(BSC028N06NS)、第三NMOS管Q3(BSC028N06NS)、第四NMOS管Q4(BSC028N06NS)、第五NMOS管Q5(SI2302CDS)、第一电容C1(10nF)、第二电容C2(47nF)、第一瞬态二极管D1(SMAJ18CA)、第二肖特基二极管D2(B340LB)；

所述第一集成芯片U1的5号引脚分别与第五NMOS管Q5的D极、第三电阻R3的一端相连，4号引脚分别与第三电阻R3的另一端、第一瞬态二极管D1的一端、第一NMOS管Q1的D极、第三NMOS管Q3的D极相连，2号引脚分别与第一NMOS管Q1的S极、第二NMOS管Q2的S极、第三NMOS管Q3的S极、第四NMOS管Q4的S极相连，1号引脚分别与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第二NMOS管Q2的G极、第四NMOS管Q4的G极相连，8号引脚分别与第二肖特基二极管D2的负极、第二电容C2的一端、第二NMOS管Q2的D极、第四NMOS管Q4的D极相连，6号引脚分别与第二肖特基二极管D2的正极、第二电容C2的另一端、第一瞬态二极管D1的另一端、第四电阻R4的一端相连；

所述第五NMOS管Q5的S极分别与第五电阻R5的一端以及GND相连，G极与第五电阻R5的另一端相连；

所述第一电阻R1的另一端分别与第一NMOS管Q1的G极、第三NMOS管Q3的G极相连；

所述第四电阻R4的另一端与GND相连；

所述第一电容C1的一端与第二电阻R2的另一端相连、另一端与GND相连；

所述稳压源供电电路包括第二集成芯片U2(LTC4359)、第六电阻R6(10R)、第七电阻R7(100K)、第八电阻R8(10K)、第九电阻R9(1K)、第六NMOS管Q6(BSC028N06NS)、第七NMOS管Q7(BSC028N06NS)、第八NMOS管Q8(BSC028N06NS)、第九NMOS管Q9(BSC028N06NS)、第三电容C3(10nF)、第四电容C4(47nF)、第三瞬态二极管D3(SMAJ18CA)、第四肖特基二极管D4(B340LB)；

所述第二集成芯片U2的5号引脚分别与第五NMOS管Q5的G极、第五电阻R5的另一端、第八电阻R8的一端相连，4号引脚分别与第八电阻R8的另一端、第三瞬态二极管D3的一端、第六NMOS管Q6的D极、第八NMOS管Q8的D极相连，2号引脚分别与第六NMOS管Q6的S极、第七NMOS管Q7的S极、第八NMOS管Q8的S极、第九NMOS管Q9的S极相连，1号引脚分别与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端、第七NMOS管Q7的G极、第九NMOS管Q9的G极相连，8号引脚分别与第四肖特基二极管D4的负极、第四电容C4的一端、第七NMOS管Q7的D极、第九NMOS管Q9的D极相连，6号引脚分别与第四肖特基二极管D4的正极、第四电容C4的另一端、第三瞬态二极管D3的另一端、第九电阻R9的一端相连；

所述第六电阻R6的另一端分别与第六NMOS管Q6的G极、第八NMOS管Q8的G极相连；

所述第九电阻R9的另一端与GND相连；

所述第三电容C3的一端与第七电阻R7的另一端相连，另一端与GND相连。

进一步的，所述第一集成芯片U1的4号引脚连接蓄电池供电电路的蓄电池电压输入端VBAT(蓄电池接口)，同时也可以作为星内蓄电池的充电口CHARGE，8号引脚连接蓄电池供电电路的输出端VBUS(星上母线接口)，连接到星内母线。

进一步的，所述第二集成芯片U2的4号引脚连接稳压源供电电路的稳压源电压输入端DCIN，输入电压一般设为8.4V，即星内母线电压的最大值，8号引脚连接稳压源供电电路的输出端VBUS。

进一步的，所述第三电阻R3和第五电阻R5大小均为100KΩ，所述第八电阻R8大小为10KΩ。

进一步的，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4均为陶瓷电容。

本发明应用于立方星的蓄电池和稳压源切换供电电路在应用于整星供电的相关工作过程为：

稳压源供电模式，此时稳压源未连接到稳压源供电电路，即DCIN口没有电压；蓄电池连接在VBAT口，VBAT为蓄电池电压。DCIN口通过第八电阻R8和第五电阻R5连接到GND，所以DCIN电压为0V。此时第二集成芯片U2的5号引脚电压为0V，于是1号引脚和2号引脚输出的电压也为0V，第六NMOS管Q6、第七NMOS管Q7、第八NMOS管Q8、第九NMOS管Q9均未导通。此时第一集成芯片U1的5号引脚通过第三电阻R3连接到VBAT，电压被上拉到蓄电池电压，其1号引脚输出的电压为12V以上，与其连接的第二NMOS管Q2和第四NMOS管Q4的G极电压为12V以上，第一NMOS管Q1和第三NMOS管Q3的G极通过第一电阻R1连接到1号引脚，电压也为12V以上，2号引脚输出电压等于VBAT电压，范围是6.4-8.4V，此时第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3、第四NMOS管Q4均导通，蓄电池连接到母线上，由蓄电池提供整星工作时的功耗；

蓄电池供电模式，此时稳压源连接到稳压源供电电路，即DCIN口电压为8.4V；蓄电池连接在VBAT口，VBAT为蓄电池电压。此时第五NMOS管Q5的G极通过第五电阻R5连接到地，通过第八电阻R8连接到DCIN，其电压为7.61V，第五NMOS管Q5导通，第一集成芯片U1的5号引脚电压为0V，于是其1号引脚和2号引脚输出的电压也为0V，此时第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3、第四NMOS管Q4均未导通，蓄电池与母线断开连接。此时第二集成芯片U2的5号引脚通过第八电阻R8连接到DCIN，电压被上拉到8.4V，其1号引脚输出的电压为12V以上，与其连接的第七NMOS管Q7和第九NMOS管Q9的G极电压为12V以上，第六NMOS管Q6和第八NMOS管Q8的G极通过第六电阻R6连接到1号引脚，电压也为12V以上，2号引脚输出电压等于DCIN电压，为8.4V，此时第六NMOS管Q6、第七NMOS管Q7、第八NMOS管Q8、第九NMOS管Q9均导通，稳压源连接到母线上，由稳压源提供整星工作时的功耗。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种应用于立方星的蓄电池和稳压源切换供电电路，其特征在于，包括蓄电池供电电路和稳压源供电电路；

所述蓄电池供电电路包括第一集成芯片U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3、第四NMOS管Q4、第五NMOS管Q5、第一电容C1、第二电容C2、第一瞬态二极管D1、第二肖特基二极管D2；

所述第一集成芯片U1的5号引脚分别与第五NMOS管Q5的D极、第三电阻R3的一端相连，4号引脚分别与第三电阻R3的另一端、第一瞬态二极管D1的一端、第一NMOS管Q1的D极、第三NMOS管Q3的D极相连，2号引脚分别与第一NMOS管Q1的S极、第二NMOS管Q2的S极、第三NMOS管Q3的S极、第四NMOS管Q4的S极相连，1号引脚分别与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第二NMOS管Q2的G极、第四NMOS管Q4的G极相连，8号引脚分别与第二肖特基二极管D2的负极、第二电容C2的一端、第二NMOS管Q2的D极、第四NMOS管Q4的D极相连，6号引脚分别与第二肖特基二极管D2的正极、第二电容C2的另一端、第一瞬态二极管D1的另一端、第四电阻R4的一端相连；

所述第五NMOS管Q5的S极分别与第五电阻R5的一端以及GND相连、G极与第五电阻R5的另一端相连；

所述第一电阻R1的另一端分别与第一NMOS管Q1的G极、第三NMOS管Q3的G极相连；

所述第四电阻R4的另一端与GND相连；

所述第一电容C1的一端与第二电阻R2的另一端相连、另一端与GND相连；

所述稳压源供电电路包括第二集成芯片U2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第六NMOS管Q6、第七NMOS管Q7、第八NMOS管Q8、第九NMOS管Q9、第三电容C3、第四电容C4、第三瞬态二极管D3、第四肖特基二极管D4；

所述第二集成芯片U2的5号引脚分别与第五NMOS管Q5的G极、第五电阻R5的另一端、第八电阻R8的一端相连，4号引脚分别与第八电阻R8的另一端、第三瞬态二极管D3的一端、第六NMOS管Q6的D极、第八NMOS管Q8的D极相连，2号引脚分别与第六NMOS管Q6的S极、第七NMOS管Q7的S极、第八NMOS管Q8的S极、第九NMOS管Q9的S极相连，1号引脚分别与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端、第七NMOS管Q7的G极、第九NMOS管Q9的G极相连，8号引脚分别与第四肖特基二极管D4的负极、第四电容C4的一端、第七NMOS管Q7的D极、第九NMOS管Q9的D极相连，6号引脚分别与第四肖特基二极管D4的正极、第四电容C4的另一端、第三瞬态二极管D3的另一端、第九电阻R9的一端相连；

所述第六电阻R6的另一端分别与第六NMOS管Q6的G极、第八NMOS管Q8的G极相连；

所述第九电阻R9的另一端与GND相连；

所述第三电容C3的一端与第七电阻R7的另一端相连，所述第三电容C3的另一端与GND相连。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一集成芯片U1的4号引脚连接蓄电池供电电路的蓄电池电压输入端VBAT，同时也作为星内蓄电池的充电口CHARGE，8号引脚连接蓄电池供电电路的输出端VBUS，连接到星内母线。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二集成芯片U2的4号引脚连接稳压源供电电路的稳压源电压输入端DCIN，输入电压设为8.4V，8号引脚连接稳压源供电电路的输出端VBUS。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第三电阻R3和第五电阻R5大小均为100KΩ，所述第八电阻R8大小为10KΩ。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4均为陶瓷电容。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述第一集成芯片U1和所述第二集成芯片U2的型号均为LTC4359。