CN112054569B - 一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，包括：第一比较电路、第二比较电路、与门、触发器、MOS驱动电路和放电电路。在本发明中，当电源系统发生输出过压故障时，MEA信号高于正常电平范围，与第一基准电压信号比较后输出高电平，此时放电电流采样电路采集到仍有放电电流，与第二比较信号比较后输出高电平，保护电路动作，切断蓄电池放电通路，保证电源系统的正常工作，电路设计简洁、高可靠性、易于工程实现。

Description

一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路
技术领域
本发明属于航天电源控制技术领域，尤其涉及一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路。
背景技术
随着我国航天事业的发展，航天电源系统在航天器中的地位越来越重要。航天器电源系统为卫星平台和有效载荷各分系统供电，满足航天器在整个寿命期间、各种工作模式下的功率需求，航天电源系统的可靠性显得尤为重要。
目前除返回式卫星，国内外90％以上的航天器电源系统采用了太阳电池阵/蓄电池组(SA/B)电源系统。在光照期间航天器电源系统利用太阳电池阵的能源对卫星和载荷分系统供电和对蓄电池组充电，在阴影期两组蓄电池组通过电源控制器放电调节电路为星上负载提供必要的输出电流从而达到稳定母线电压的目的，MEA电路用于统一协调控制分流、充电、放电三域工作。放电过压故障会导致电源系统失效，影响整个航天器的运行。因此，工作稳定可靠的放电过压保护电路对整个航天器电源系统的正常运行起着关键的作用。
传统过压保护电路采用的是单门限比较器保护，原理是将检测电压与门限设定的基准电压阈值进行比较，满足保护条件后，执行保护电路动作。传统过压保护电路需要在过压保护电路输入端和输出端增加滤波电容，存在保护误动作、动作迟缓的缺点。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，电路设计简洁、可靠性高、易于工程实现。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，包括：
第一比较电路，用于对输入的MEA信号的和第一基准电压信号进行比较，并输出第一比较信号；
第二比较电路，用于对输入的电压信号和第二基准电压信号进行比较，并输出第二比较信号；
与门，用于对输入的第一比较信号和第二比较信号进行比较，并输出与门信号；
触发器，用于根据输入的与门信号，对MOS驱动电路进行控制；
MOS驱动电路，用于在触发器的控制下，实现对放电电路的工作状态的切换控制；
放电电路，用于在MOS驱动电路的控制下，实现工作状态的切换。
在上述航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路中，还包括：
放电电流采样电路，用于对放电电路的电流信息进行采集，并将采集得到的电流信息转换为电压信号，将转换得到的电压信号输出至第二比较电路。
在上述航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路中，还包括：
根据放电电路工作时MEA信号的电压范围确定第一基准电压信号，确保放电电路发生过压故障时，MEA信号的电压值高于第一基准电压信号；
根据放电电流采样电路输出的电压值确定第二基准电压信号，确保存在放电电流时，放电电流采样电路输出的电压值高于第二基准电压信号。
在上述航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路中，若MEA信号所指示的电压值大于第一基准电压信号所指示的电压值，则第一比较电路输出的第一比较信号为高电平；否则，第一比较电路输出的第一比较信号为低电平。
在上述航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路中，当第一比较信号为高电平时，电源系统存在输出过压故障。
在上述航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路中，若电压信号所指示的电压值大于第二基准电压信号所指示的电压值，则第二比较电路输出的第二比较信号为高电平；否则，第二比较电路出的第二比较信号为低电平。
在上述航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路中，当第二比较信号为高电平时，电源系统存在放电电流。
在上述航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路中，若第一比较信号和第二比较信号均为高电平，则与门输出的与门信号为高电平；否则，与门输出的与门信号为低电平。
在上述航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路中，触发器，用于：当接收到的与门信号为高电平时，切断MOS驱动电路对放电电路的驱动，进而放电电路停止工作，以保证电源系统的正常工作。
在上述航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路中，
与门为：CC4081与门；
触发器为：CC4031触发器。
本发明具有以下优点：
本发明公开了一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，当电源系统发生输出过压故障时，MEA信号高于正常电平范围，与第一基准电压信号比较后输出高电平，此时放电电流采样电路采集到仍有放电电流，与第二比较信号比较后输出高电平，保护电路动作，切断蓄电池放电通路，保证电源系统的正常工作，电路设计简洁、高可靠性、易于工程实现。
附图说明
图1是本发明实施例中一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路的实现逻辑示意图；
图3是本发明实施例中又一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路的实现逻辑示意图；
图4是本发明实施例中再一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路的实现逻辑示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1，在本实施例中，该航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，包括：
第一比较电路，用于对输入的MEA信号的和第一基准电压信号进行比较，并输出第一比较信号。
在本实施例中，MEA信号所指示的电压值大于第一基准电压信号所指示的电压值，则第一比较电路输出的第一比较信号为高电平，此时可以确定电源系统存在输出过压故障；否则，第一比较电路输出的第一比较信号为低电平。
第二比较电路，用于对输入的电压信号和第二基准电压信号进行比较，并输出第二比较信号。
在本实施例中，电压信号具体可以是指放电电流采样电路输出的电压信号。若电压信号所指示的电压值大于第二基准电压信号所指示的电压值，则第二比较电路输出的第二比较信号为高电平，此时可以确定电源系统存在放电电流；否则，第二比较电路出的第二比较信号为低电平。
其中，需要说明的是，MEA信号是指：主误差放大器，在实际电源系统设计中，分流电路、放电电路、充电电路受MEA的统一控制，进行三域控制，放电、充电、分流各工作在不同的MEA电压范围内。第一基准电压信号的确定原则可以如下：根据放电电路工作时MEA信号的电压范围选取，确保放电电路发生过压故障时，MEA信号的电压值高于第一基准电压信号，第一比较电路输出高电平。第二基准电压信号的确定原则可以如下：根据放电电流采样电路输出的电压值确定，确保存在放电电流时，放电电流采样电路输出的电压值高于第二基准电压信号，例如，当放电电流5A时，电流采样电路输出值为2V，设定第二基准电压信号为2V，保证放电电流大于5A时第二比较电路输出高电平。
与门，用于对输入的第一比较信号和第二比较信号进行比较，并输出与门信号。
在本实施例中，若第一比较信号和第二比较信号均为高电平，则与门输出的与门信号为高电平；否则(包括：第一比较信号高电平、第二比较信号低电平；第一比较信号低电平、第二比较信号高电平；第一比较信号低电平、第二比较信号低电平)，与门输出的与门信号为低电平。
触发器，用于根据输入的与门信号，对MOS驱动电路进行控制。
在本实施例中，触发器具体可以用于：当接收到的与门信号为高电平时，切断MOS驱动电路对放电电路的驱动，进而放电电路停止工作，以保证电源系统的正常工作。
MOS驱动电路，用于在触发器的控制下，实现对放电电路的工作状态的切换控制。
放电电路，用于在MOS驱动电路的控制下，实现工作状态的切换。
放电电流采样电路，用于对放电电路的电流信息进行采集，并将采集得到的电流信息转换为电压信号，将转换得到的电压信号输出至第二比较电路。
在本实施例中，放电电流采样电路具体可以使用镜像源采样电路采集得到放电电路的电流信息。
其中，需要说明的是，与门可选择：CC4081与门；触发器可选择：CC4031触发器。
基于上述描述，结合图2～4可知该航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路的实现逻辑如下：
假设：电源系统是否存在输出过压故障(通过MEA信号判断)为事件a，电源系统是否存在放电电流为事件b；则有：
(1)当事件a、b同时成立时，即此时发生输出过压故障，且存在放电电流，经电路逻辑判断后，保护电路动作。
(2)当事件a成立，b不成立时，经电路逻辑判断后保护电路不动作。
(3)当事件a不成立，b成立时，经电路逻辑判断后保护电路不动作。
可见，通过同时判断母线是否存在输出过压和是否存在放电电流，避免传统过压保护电路发生的误动作，具有较高的可靠性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，其特征在于，包括：
第一比较电路，用于对输入的MEA信号的和第一基准电压信号进行比较，并输出第一比较信号；其中，MEA信号是指：主误差放大器信号，分流电路、放电电路、充电电路受MEA的统一控制，进行三域控制，放电、充电、分流各工作在不同的MEA电压范围内；
第二比较电路，用于对输入的电压信号和第二基准电压信号进行比较，并输出第二比较信号；其中，电压信号具体是指放电电流采样电路输出的电压信号；
与门，用于对输入的第一比较信号和第二比较信号进行比较，并输出与门信号；
触发器，用于根据输入的与门信号，对MOS驱动电路进行控制；
MOS驱动电路，用于在触发器的控制下，实现对放电电路的工作状态的切换控制；
放电电路，用于在MOS驱动电路的控制下，实现工作状态的切换。
2.根据权利要求1所述的航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，其特征在于，还包括：
放电电流采样电路，用于对放电电路的电流信息进行采集，并将采集得到的电流信息转换为电压信号，将转换得到的电压信号输出至第二比较电路。
3.根据权利要求1所述的航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，其特征在于，还包括：
根据放电电路工作时MEA信号的电压范围确定第一基准电压信号，确保放电电路发生过压故障时，MEA信号的电压值高于第一基准电压信号；
根据放电电流采样电路输出的电压值确定第二基准电压信号，确保存在放电电流时，放电电流采样电路输出的电压值高于第二基准电压信号。
4.根据权利要求1所述的航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，其特征在于，若MEA信号所指示的电压值大于第一基准电压信号所指示的电压值，则第一比较电路输出的第一比较信号为高电平；否则，第一比较电路输出的第一比较信号为低电平。
5.根据权利要求4所述的航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，其特征在于，当第一比较信号为高电平时，电源系统存在输出过压故障。
6.根据权利要求1所述的航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，其特征在于，若电压信号所指示的电压值大于第二基准电压信号所指示的电压值，则第二比较电路输出的第二比较信号为高电平；否则，第二比较电路出的第二比较信号为低电平。
7.根据权利要求1所述的航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，其特征在于，当第二比较信号为高电平时，电源系统存在放电电流。
8.根据权利要求1所述的航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，其特征在于，若第一比较信号和第二比较信号均为高电平，则与门输出的与门信号为高电平；否则，与门输出的与门信号为低电平。
9.根据权利要求8所述的航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，其特征在于，触发器，用于：当接收到的与门信号为高电平时，切断MOS驱动电路对放电电路的驱动，进而放电电路停止工作，以保证电源系统的正常工作。
10.根据权利要求1所述的航天器电源系统高可靠放电输出过压保护电路，其特征在于，
与门为：CC4081与门；
触发器为：CC4031触发器。
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