CN112737033A - 一种多模式Taper式充电控制生成器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模式Taper式充电控制生成器，属于卫星电源技术领域，包括两套BCM电路；每套BCM电路包括电压误差放大器、电压生成器、电流生成器、256档位电流生成单元、256档位电压生成单元和输出级单元；电压误差放大器的输入侧与蓄电池连接；电压生成器的输入端子与256档位电压生成单元的输出端子连接，电压误差放大器的输出端子与电压生成器的参考端子连接；电流生成器的输入端子与256档位电流生成单元的输出端子连接；三极管的基极与电压生成器的输出端子、电流生成器的输出端子、电源连接；三极管的集电极与电源连接；三极管的发射极与BCM电路输出端子连接；电流生成器的参考端子与BCM电路输出端子连接。
Description
技术领域
本发明属于卫星电源技术领域，特别是涉及一种多模式Taper式充电控制生成器。
背景技术
卫星充电生成器是空间电源系统中重要的功能电路，该功能电路一般位于电源控制器中，控制充电调节器完成对星上蓄电池的充电控制功能。
目前长寿命、中高轨卫星电源分系统都配置数据总线接口，电源分系统参数通过总线完成与星载计算机的数据通信，总线接口功能位于电源控制器中TM/TC模块中。TM/TC模块内部配置总数匹配电路、译码编码电路、保护控制电路及自主管理等智能管理控制单元。智能管理控制单元采用备份设计，实现方式包括下位机系统、FPGA系统或其它专用电路系统。智能管理控制单元在轨工作中不存在同时关机的模式。
目前长寿命、中高轨电源控制器充电控制档位少，电路功能简单，没有将充电控制生成器与智能管理控制单元进行整合，无法充分发挥电源分系统的在轨多模式、可维护的优势，导致电源分系统无法实现蓄电池组的在轨精细化管理，限制了中、高轨卫星的潜能再利用及卫星在轨寿命延长等资源的合理运用。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提出一种多模式Taper式充电控制生成器，包括两套相互独立BCM电路(蓄电池组充电管理，Battery Charge Management)，每套BCM电路包括蓄电池电压误差放大器、256档位电流生成单元、256档位电压生成单元、输出级单元，采用两机备份的冗余设计。BCM电路可实现对电源分系统的三域控制功能，即母线恒压控制、多档位恒流充电调节和精细多档位恒压充电调节。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
一种多模式Taper式充电控制生成器，包括两套相互独立的BCM电路；每套BCM电路包括电压误差放大器、电压生成器、电流生成器、256档位电流生成单元、256档位电压生成单元和输出级单元；其中：
所述电压误差放大器的输入侧与蓄电池连接；
所述电压生成器的输入端子与256档位电压生成单元的输出端子连接，所述电压误差放大器的输出端子与电压生成器的参考端子连接；
所述电流生成器的输入端子与256档位电流生成单元的输出端子连接；
三极管的基极通过电阻分别与所述电压生成器的输出端子、电流生成器的输出端子、电源连接；所述三极管的集电极与电源连接；所述三极管的发射极与BCM电路输出端子连接；所述电流生成器的参考端子通过电阻与BCM电路输出端子连接。
优选地：所述电压误差放大器的输入端子通过第二电阻与蓄电池正极连接；所述电压误差放大器的参考端子通过第一电阻与蓄电池负极连接。
优选地：所述256档位电压生成单元的输出端子通过第六电阻与电压生成器的输入端子连接，所述电压生成器的输入端子通过第五电阻连接第一电压参考端子。
优选地：所述电压误差放大器的输出端子通过第七电阻与电压生成器的参考端子连接。
优选地：所述电压生成器的参考端子通过第八电阻和电容与电压生成器的输出端子连接。
优选地：所述电流生成器的参考端子通过第十一电阻接地。
优选地：所述BCM电路输出端子通过第十五电阻接地。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.本发明采用高精度数模转换器，实现精细多档位恒流及恒压基准信号的生成，同时信号生成电路具有默认自主充电模式，保证电源系统自主生存安全功能，正常模式为双机冷备份方式，系统也支持双机热备份方式，系统可可靠性高；
2.本发明支持在轨精细多档位恒流、恒压及母线调控功能，同时支持电源分系统自主、星上自主及地面强制配置功能，可根据卫星的实际工况自动完成蓄电池组的Taper方式充电，整个过程由充电生成器自主完成；
3.本发明中，BCM电路所选用的元器件可获得性强，抗辐照指标好，可靠性高。
附图说明
图1是本发明优选实施例的电路图；
图2是蓄电池组Taper充电曲线图。
具体实施方式
为进一步说明本发明的内容、特点和功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～2：
一种多模式Taper式充电控制生成器，适用于高可靠、中高轨平台卫星，能够完成多模式、在轨灵活可配置的蓄电池充电信号生成功能。
本优选实施例包括两套相互独立的BCM电路；每套BCM电路包括电压误差放大器、电压生成器、电流生成器、256档位电流生成单元、256档位电压生成单元和输出级单元；其中：
所述电压误差放大器的输入侧与蓄电池连接；
所述电压生成器的输入端子与256档位电压生成单元的输出端子连接，所述电压误差放大器的输出端子与电压生成器的参考端子连接；
所述电流生成器的输入端子与256档位电流生成单元的输出端子连接；
三极管的基极通过电阻分别与所述电压生成器的输出端子、电流生成器的输出端子、电源连接；所述三极管的集电极与电源连接；所述三极管的发射极与BCM电路输出端子连接；所述电流生成器的参考端子通过电阻与BCM电路输出端子连接。
所述电压误差放大器的输入端子通过第二电阻与蓄电池正极连接；所述电压误差放大器的参考端子通过第一电阻与蓄电池负极连接。
所述256档位电压生成单元的输出端子通过第六电阻与电压生成器的输入端子连接，所述电压生成器的输入端子通过第五电阻连接第一电压参考端子。
所述电压误差放大器的输出端子通过第七电阻与电压生成器的参考端子连接。
所述电压生成器的参考端子通过第八电阻和电容与电压生成器的输出端子连接。
所述电流生成器的参考端子通过第十一电阻接地。
所述BCM电路输出端子通过第十五电阻接地。
本发明针对锂离子蓄电池的充电要求，需要充电调节(BCR)电路在整个充电过程具有两种充电模式，分别为充电前期的恒流充电及后期的恒压充电方式，根据充电需要设计了两种模式自动切换的硬件电路。BCR的整个充电功能描述如下：
母线恒压控制
当整星功率不满足充电功率要求时，智能管理控制单元实时采集主误差信号,并通过公式f(y)＝kx-b生成充电电流参数，将充电电流参数送至BCM的电流生成单元，BCM 电路根据该充电参数自动完成母线恒压调节。
公式中自变量x是主误差信号；k、b是系统控制常数；f(y)是充电电流参数。
恒流充电功能
当整星功率满足充电要求，而此时未到达到时设定蓄电池组恒压值时，对蓄电池组进行恒流充电，BCR进入恒流充电模式；
恒压充电功能
随着蓄电池组荷电量不断增加，电池电压逐渐升高，当电池电压达到设定值时，进行恒压充电，BCR进入恒压充电模式。
当BCR进入恒压充电控制模式下，电池组电压稳定，充电电流近似按照指数规律逐渐减小。
针对于BCR恒流和恒压充电工作模式的自动切换，在BCM电路设计中完成，BCM电路需要根据蓄电池状态给出相应的充电控制信号。
BCR电路根据BCM信号自动进行模式切换，BCM电路采用冷备份方式，两组蓄电池组的BCM电路相互独立。BCM电路根据遥控指令完成256档恒流、256档恒压充电档位设置。
蓄电池组Taper充电过程如下：当整星功率满足充电要求，而此时未到达到时设定蓄电池组恒压值时，对蓄电池组进行恒流充电，电池电压逐渐升高，当电池电压达到设定值时，进行恒压充电。即锂离子蓄电池充电过程分为两个大的阶段，首先进入恒流充电阶段，然后进入恒压充电阶段。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多模式Taper式充电控制生成器，其特征在于，包括两套相互独立的BCM电路；每套BCM电路包括电压误差放大器、电压生成器、电流生成器、256档位电流生成单元、256档位电压生成单元和输出级单元；其中：
所述电压误差放大器的输入侧与蓄电池连接；
所述电压生成器的输入端子与256档位电压生成单元的输出端子连接，所述电压误差放大器的输出端子与电压生成器的参考端子连接；
所述电流生成器的输入端子与256档位电流生成单元的输出端子连接；
三极管的基极通过电阻分别与所述电压生成器的输出端子、电流生成器的输出端子、电源连接；所述三极管的集电极与电源连接；所述三极管的发射极与BCM电路输出端子连接；所述电流生成器的参考端子通过电阻与BCM电路输出端子连接。
2.根据权利要求1所述的多模式Taper式充电控制生成器，其特征在于：所述电压误差放大器的输入端子通过第二电阻与蓄电池正极连接；所述电压误差放大器的参考端子通过第一电阻与蓄电池负极连接。
3.根据权利要求1所述的多模式Taper式充电控制生成器，其特征在于：所述256档位电压生成单元的输出端子通过第六电阻与电压生成器的输入端子连接，所述电压生成器的输入端子通过第五电阻连接第一电压参考端子。
4.根据权利要求1所述的多模式Taper式充电控制生成器，其特征在于：所述电压误差放大器的输出端子通过第七电阻与电压生成器的参考端子连接。
5.根据权利要求1所述的多模式Taper式充电控制生成器，其特征在于：所述电压生成器的参考端子通过第八电阻和电容与电压生成器的输出端子连接。
6.根据权利要求1所述的多模式Taper式充电控制生成器，其特征在于：所述电流生成器的参考端子通过第十一电阻接地。
7.根据权利要求1所述的多模式Taper式充电控制生成器，其特征在于：所述BCM电路输出端子通过第十五电阻接地。
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