CN110927505A - 一种开关仿真装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关仿真装置，其包括外围控制电路和开关电路，开关电路包括双线圈磁保持继电器和控制电压接入端，双线圈磁保持继电器包括公共端和接电端，公共端与母线连接，接电端能够与空间有效载荷连接；双线圈磁保持继电器包括通电线圈和断电线圈，通电线圈第二端与通电控制端连接，断电线圈第二端与断电控制端连接；控制电压接入端与通电线圈第一端和断电线圈第一端连接；外围控制电路能够使控制电压接入端与通电控制端形成回路，或者使控制电压接入端与断电控制端形成回路。与现有技术比较本发明的有益效果在于：该装置能够在地面测试阶段全面模拟星上通断电状态，及时发现潜在的风险与故障，提高了地面测试有效性和空间有效载荷的可靠性。

Description

一种开关仿真装置

技术领域

本发明涉及电源设备技术领域，具体涉及一种开关仿真装置。

背景技术

空间有效载荷通常采用+28V、+42V母线供电，+28V、+42V母线由卫星平台提供，卫星通常采用继电器开关的方式为每一路有效载荷进行通断电控制。通断电瞬间，均有不同程度的浪涌产生，一方面浪涌会对母线产生冲击，另一方面浪涌可能会对空间有效载荷供电系统产生冲击，严重的会导致空间有效载荷损坏。

所以，在空间有效载荷的研制阶段，需要按照在轨状态进行相当数量的模拟通断电测试，将各种可能的风险在地面测试中暴露出来，及早发现并解决潜在的问题。

但是，在实际地面测试中，一般使用台式数字电源进行供电，台式数字电源本身通断电的过程与继电器通断电不同，台式数字电源一般都集成了软启动设计，在启动瞬间可以减少浪涌对设备的损害，所以直接使用台式数字电源为设备通断电很难完全模拟星上状态进行通断电控制。导致地面测试不能与星上状态不一致，不能及时发现潜在的风险与故障。

现有的地面测试方法，一是对模拟星上通断电状态不够重视，二是缺乏专用的测试装置。即现有技术中并没有能够完全模拟星上通断电状态的开关仿真装置。如果地面测试状态与星上不一样，那么经常会遇到载荷在地面测试没有故障，集成到卫星平台上才发现故障的情况。所以，若不能及时发现潜在的风险与故障，导致空间有效载荷上天以后出现功能失效，后果会极其严重。因此，急需设计一种与星上的继电器通断电原理相同的开关仿真装置。

发明内容

有鉴于此，为解决现有技术中的地面测试无法模拟星上状态的难题，本发明提供一种开关仿真装置，其包括外围控制电路和开关电路，所述开关电路包括双线圈磁保持继电器和控制电压接入端，所述双线圈磁保持继电器包括开关装置，开关装置包括公共端和接电端，所述公共端与母线连接，所述接电端能够与空间有效载荷连接；

所述双线圈磁保持继电器包括通电线圈和断电线圈，所述通电线圈包括通电线圈第一端和通电线圈第二端，所述断电线圈包括断电线圈第一端和断电线圈第二端，所述通电线圈第二端与通电控制端连接，所述断电线圈第二端与断电控制端连接；所述控制电压接入端与所述通电线圈第一端和所述断电线圈第一端连接；

外围控制电路能够使所述控制电压接入端与所述通电控制端形成回路，或者使所述控制电压接入端与所述断电控制端形成回路。

较佳地，所述双线圈磁保持继电器为2JB5-1/IV 12B型磁保持继电器，所述2JB5-1/IV 12B磁保持继电器包括两个开关装置，两个开关装置的公共端相互连接，两个开关装置的接电端相互连接。

较佳地，外围控制电路为手动式控制电路和/或电气式控制电路。

较佳地，所述手动式控制电路包括供电电源、第一开关和第二开关，供电电源第一端与所述控制电压接入端连接，供电电源第二端通过所述第一开关与所述通电控制端连接，供电电源第二端还通过所述第二开关与所述断电控制端连接。

较佳地，所述第一开关和第二开关均为按键开关，所述供电电源第一端为直流12V输出端，所述供电电源第二端为接地端。

较佳地，所述电气式控制电路包括控制电源，所述控制电源包括两个独立的输出模块，所述第一输出模块的正极和所述第二输出模块的正极分别与所述控制电压接入端连接，所述第一输出模块的负极与所述通电控制端连接，所述第二输出模块的负极与所述断电控制端连接。

较佳地，所示第一输出模块的正极和所述第二输出模块的正极均输出直流12V电压，所述第二输出模块的负极和所述第一输出模块的负极为接地端。

较佳地，所述通电线圈第一端和所述通电线圈第二端之间还连接有第一抗干扰支路，所述断电线圈第一端和所述断电线圈第二端之间还连接有第二抗干扰支路。

较佳地，所述第一抗干扰支路上设有第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一续流二极管的正极接所述通电线圈第二端，所述第一续流二极管的负极接所述第二续流二极管的正极，所述第二续流二极管的负极接所述通电线圈第一端；所述第二抗干扰支路上设有两第三续流二极管和第四续流二极管，所述第三续流二极管的正极接所述断电线圈第二端，所述第三续流二极管的负极接所述第四续流二极管的正极，所述第四续流二极管的负极接所述断电线圈第一端。

较佳地，所述开关电路还包括分压装置，所述分压装置一端与所述控制电压接入端，其另一端与所述通电线圈第一端和所述断电线圈第一端均连接。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种开关仿真装置，通过使用该装置，解决了通断电地面测试无法模拟星上状态的难题，提高了地面测试的有效性，通过该装置的使用能够将开关浪涌带来的问题及早暴露，从而提高空间有效载荷的可靠性。该装置能够在地面测试阶段全面模拟星上通断电状态，及时发现潜在的风险与故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的开关仿真装置的原理图；

图2为本发明实施例中开关电路的电路结构示意图；

图3为本发明实施例中手动式控制电路结构示意图；

图4为本发明实施例中电气式控制电路结构示意图。

附图标记：

公共端1、接电端2、断电端3、母线5、第一抗干扰支路6、第二抗干扰支路7、开关电路8、输出端9、双线圈磁保持继电器10、通电线圈第一端11、通电线圈第二端12、通电控制端13、断电线圈第一端21、断电线圈第二端22、断电控制端23、控制电压接入端51、分压装置52、第一开关61、第二开关62主供电数字电源71、手动式控制电路72和空间有效载荷73。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明提供一种开关仿真装置，其包括外围控制电路和开关电路8，所述开关电路8包括双线圈磁保持继电器10。

双线圈磁保持继电器10还包括开关装置，开关装置包括公共端1、接电端2和断电端3，公共端1与母线5连接，公共端1以母线5的输出作为输入，接电端2通过输出端9与空间有效载荷连接。当公共端1与接电端2从继电器内部连接时，母线5通过双线圈磁保持继电器10向外输出了电压。而断电端则对外断开，当公共端1与断电端3从继电器内部连接时，母线5无法通过双线圈磁保持继电器10向外输出电压，这样达到了断电的效果。本实施例中优选母线的电压为直流28V。母线的另一端连接主供电数字电源71。

优选地，双线圈磁保持继电器10采用165厂生产的磁保持继电器2JB5-1/IV12B，以实现通断电控制功能。2JB5-1/IV 12B磁保持继电器包括两个开关装置，两个开关装置的公共端连接，两个开关装置接电端连接，两个开关装置的断电端则对外断开。开关装置形成了并联式的结构。使用2JB5-1/IV 12B磁保持继电器的有益效果在于，空间有效载荷母线电流一般小于5A，考虑到降额设计要求，采用165厂生产的磁保持继电器2JB5-1/IV 12B实现通断电控制功能。另外，2JB5-1/IV 12B继电器具备两个开关装置，即两路转换触点，单个开关装置的最大工作电流5A，两组并联使用，最大电流10A，其性能指标能满足大部分有效载荷供电电流的需求。该磁保持继电器采用两组触点并联的方式，提高通过电流能力和可靠性。

双线圈磁保持继电器10包括通电线圈和断电线圈，通电线圈包括通电线圈第一端11和通电线圈第二端12，断电线圈包括断电线圈第一端21和断电线圈第二端22。

通电线圈第二端12与通电控制端13连接，通电线圈第一端11和通电线圈第二端12之间还连接有第一抗干扰支路6。第一抗干扰支路6上设有续流二极管，优选续流二极管的数量为2个，第一续流二极管的正极接通电线圈第二端12，第一续流二极管的负极接第二续流二极管的正极，第二续流二极管的负极接通电线圈第一端11。

断电线圈第二端22与断电控制端23连接。断电线圈第一端21和断电线圈第二端22之间还连接有第二抗干扰支路7。第二抗干扰支路7上设有续流二极管，优选续流二极管的数量为2个，第三续流二极管的正极接断电线圈第二端22，第三续流二极管的负极接第四续流二极管的正极，第四续流二极管的负极接断电线圈第一端21。

设置续流二极管的有益效果在于：

当磁保持继电器接收到控制指令时，其线圈有电流流过使继电器动作，指令结束后，线圈会感应产生一个反向电压，该电压需通过续流二极管释放，以避免对控制电压接入端51的母线产生干扰。

通电线圈第一端11和断电线圈第一端21连接。开关电路8设有控制电压接入端51和分压装置52，分压装置52一端与控制电压接入端51另一端与通电线圈第一端11和断电线圈第一端21均连接。在另一实施例中，分压装置52也可去除，即控制电压接入端51直接与通电线圈第一端11和断电线圈第一端21同时连接。因此，控制电压接入端51可以与通电线圈第一端11直接连接，也可以通过下游串联的分压装置52与通电线圈第一端11连接。分压装置52优选地为两个相互并联的电阻。

外围控制电路包括控制电源，控制电源的一端连接控制电压接入端51，另一端分别能够与通电控制端13或断电控制端23连接。外围控制电路可以使控制电压接入端51与通电控制端13形成回路，或者使控制电压接入端51与断电控制端23形成回路。

外围控制电路为手动式控制电路72和/或电气式控制电路。手动式控制电路72包括供电电源、第一开关61和第二开关62，供电电源第一端与控制电压接入端51连接，供电电源第二端通过第一开关61与通电控制端13连接，供电电源第二端还通过第二开关62与断电控制端23连接。即第一开关61中的一端和第二开关62中的一端共端。优选地，第一开关61和第二开关62均为按键开关。供电电源第一端为直流12V输出端，供电电源第二端为接地端。

当第一开关61闭合时，第二开关62断开时，控制电压接入端51与通电控制端13形成回路，通电线圈接通。当第二开关62闭合时，第一开关61断开时，控制电压接入端51与断电控制端23形成回路，断电线圈接通。

手动式控制控制模式下，开关仿真装置的工作原理为：

通过闭合第一开关61，即通电按键，使得通电控制端13接地，此时继电器通电线圈导通，磁保持继电器闭合，公共端1与接电端2从继电器内部导通，母线电压通过继电器输出给空间有效载荷73，空间有效载荷73通电。通过闭合第二开关62，即断电按键，使得断电控制端23接地，此时继电器断电线圈导通，公共端1与断电端3从继电器内部导通，磁保持继电器断开，空间有效载荷73断电。手动模式在常规通断电测试中应用。

电气式控制电路中的控制电源包括两个输出模块，第一输出模块的正极和第二输出模块的正极分别与控制电压接入端51连接，第一输出模块的负极与通电控制端13连接，第二输出模块的负极与断电控制端23连接。优选地，第一输出模块的正极和第二输出模块的正极均输出直流12V电压，第二输出模块的负极和第一输出模块的负极为接地端。

电气式控制控制模式下，开关仿真装置的工作原理为：

第一输出模块的正极的直流12V输出且第二输出模块关闭时，控制电压接入端51与通电控制端13形成回路，通电线圈接通，磁保持继电器闭合，由于公共端1与接电端2从继电器内部导通，母线电压通过继电器输出给空间有效载荷73，空间有效载荷73通电。第二输出模块的正极的直流12V输出且第一输出模块关闭时，控制电压接入端51与断电控制端23形成回路，断电线圈接通，公共端1与断电端3从继电器内部导通，磁保持继电器断开，空间有效载荷73断电。通过与控制电源连接的计算机可以控制第一输出模块和第二输出模块的工作状态，从而实现通断电的程序控制，即可以控制有效载荷的开机和关机。

使用电气式控制电路的有益效果在于：

现有的测试中，没有专用的通断电模拟装置，也没有使用计算机进行程序控制的通断电模拟装置。通过电气式控制电路可以使用计算机对控制电源进行程序控制，由控制电源对继电器通断电装置进行直接控制，从而实现母线电源通断电的程序控制。通过计算机可以实现对控制电源通断电的编程控制，可控参数包括开机时间、关机时间及脉冲宽度。控制电源的通断电时间可以由计算机控制，便于有效载荷进行自动化的高频次的开关次数测试。

附带电气式控制电路的开关仿真装置在寿命与概率专项试验中得到了应用，这一专项试验的目的是验证载荷在星上多次(1000次)通断电状态下，是否载荷有损坏的概率。试验中，使用控制电源，设置控制电源每次开机7.5s后关机，然后7.5s后再开机，连续测试1000次，仅需要4小时10分钟即完成了测试，其效率和准确度是手动控制模式无法相比的。

本发明使用磁保持继电器模拟星上通断电状态，通过开机和关机两个指令来控制继电器的导通和关断，本装置指令的控制有手动模式与程控模式两种，使用不同的联线方式来确定，以应对不同的地面测试需求。

本发明提供一种空间有效载荷一次电源母线开关仿真装置，以解决地面测试无法模拟星上状态的难题，提高地面测试的有效性，将开关浪涌带来的问题及早暴露并改进设计，从而提高空间有效载荷的可靠性。该装置的目的是在地面测试阶段全面模拟星上通断电状态，及时发现潜在的风险与故障。避免出现地面测试正常，而在星上出现故障的情况，从而提高空间有效载荷可靠性。

针对空间有效载荷地面测试的需求，本发明提供了一种可以程控的空间有效载荷一次电源母线开关仿真装置，该装置使用与星上相同的继电器通断电原理设计，该装置可以完全模拟星上通断电状态，在空间有效载荷的地面测试过程中可以保持与星上状态一致的通断电过程，并且可以使用程控电源进行程控，方便进行高频次的通断电测试。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关仿真装置，其特征在于，其包括外围控制电路和开关电路，所述开关电路包括双线圈磁保持继电器和控制电压接入端，所述双线圈磁保持继电器包括开关装置，开关装置包括公共端和接电端，所述公共端与母线连接，所述接电端能够与空间有效载荷连接；

所述双线圈磁保持继电器包括通电线圈和断电线圈，所述通电线圈包括通电线圈第一端和通电线圈第二端，所述断电线圈包括断电线圈第一端和断电线圈第二端，所述通电线圈第二端与通电控制端连接，所述断电线圈第二端与断电控制端连接；所述控制电压接入端与所述通电线圈第一端和所述断电线圈第一端连接；

外围控制电路能够使所述控制电压接入端与所述通电控制端形成回路，或者使所述控制电压接入端与所述断电控制端形成回路。

2.如权利要求1所述的开关仿真装置，其特征在于，所述双线圈磁保持继电器为2JB5-1/IV 12B型磁保持继电器，所述2JB5-1/IV 12B磁保持继电器包括两个开关装置，两个开关装置的公共端相互连接，两个开关装置的接电端相互连接。

3.如权利要求1所述的开关仿真装置，其特征在于，外围控制电路为手动式控制电路和/或电气式控制电路。

4.如权利要求3所述的开关仿真装置，其特征在于，所述手动式控制电路包括供电电源、第一开关和第二开关，供电电源第一端与所述控制电压接入端连接，供电电源第二端通过所述第一开关与所述通电控制端连接，供电电源第二端还通过所述第二开关与所述断电控制端连接。

5.如权利要求4所述的开关仿真装置，其特征在于，所述第一开关和第二开关均为按键开关，所述供电电源第一端为直流12V输出端，所述供电电源第二端为接地端。

6.如权利要求3所述的开关仿真装置，其特征在于，所述电气式控制电路包括控制电源，所述控制电源包括两个独立的输出模块，所述第一输出模块的正极和所述第二输出模块的正极分别与所述控制电压接入端连接，所述第一输出模块的负极与所述通电控制端连接，所述第二输出模块的负极与所述断电控制端连接。

7.如权利要求6所述的开关仿真装置，其特征在于，所示第一输出模块的正极和所述第二输出模块的正极均输出直流12V电压，所述第二输出模块的负极和所述第一输出模块的负极为接地端。

8.如权利要求1-7任一项所述的开关仿真装置，其特征在于，所述通电线圈第一端和所述通电线圈第二端之间还连接有第一抗干扰支路，所述断电线圈第一端和所述断电线圈第二端之间还连接有第二抗干扰支路。

9.如权利要求8所述的开关仿真装置，其特征在于，所述第一抗干扰支路上设有第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一续流二极管的正极接所述通电线圈第二端，所述第一续流二极管的负极接所述第二续流二极管的正极，所述第二续流二极管的负极接所述通电线圈第一端；所述第二抗干扰支路上设有两第三续流二极管和第四续流二极管，所述第三续流二极管的正极接所述断电线圈第二端，所述第三续流二极管的负极接所述第四续流二极管的正极，所述第四续流二极管的负极接所述断电线圈第一端。

10.如权利要求1-7任一项所述的开关仿真装置，其特征在于，所述开关电路还包括分压装置，所述分压装置一端与所述控制电压接入端，其另一端与所述通电线圈第一端和所述断电线圈第一端均连接。

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