CN208401733U - 一种星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块，包括电源开关K1、二极管D1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、三极管Q1、Q2、电容C1、C2以及功率场效应管Q3。本实用新型将防浪涌电路和防单粒子闩锁电路合二为一，使得其同时具备防浪涌功能和防单粒子闩锁功能，有效地降低了电源端的压降，提高设备效率，减少设备功耗，提高系统的整体稳定性。

Description

一种星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块

技术领域

本实用新型涉及卫星设备中的防护电路技术领域，尤其涉及一种星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块。

背景技术

目前星上设备的电路中大量应用防浪涌设计。星上设备开机瞬间会产生很大的电流，此电流称为浪涌电流，浪涌电流一般高于正常工作电流十几倍，甚至更大，浪涌电流的出现会产生很大的磁场和电场的干扰，影响其他设备的正常工作。因此，星上设备在直流电源的输入端需加入防浪涌电路。防浪涌电路由一个大功率场效应管及阻容延迟电路组成，在设备开机瞬间，大功率场效应管可承受较大的电流和电压，是防浪涌电路中的重要器件。但大功率场效应管仅在开机瞬间起到一定作用，其他时间是一个多余的器件。

单粒子闩锁效应是由于器件的输入端或输出端输入受到外来的噪声电压和电流，也可以由于空间高能粒子打到器件内部产生电离效应，而导致器件内部的寄生可控硅导通形成闩锁，所引起的从器件电源到地之间流过大电流现象，这种骤然增大的电流会使电路和器件无法正常工作，甚至电路烧毁。防单粒子闩锁电路将有效地抑制单粒子闩锁的时间，避免器件的损坏，使电路自动恢复正常工作。

在星上设备上防浪涌功能和防单粒子闩锁功能都是非常必要的。如果在设备电源的输入端同时串入防浪涌电路和防单粒子闩锁电路，电源便会出现较大的压降，影响到设备的正常使用。因此，目前大部分防单粒子闩锁方法都是在电源端串接电阻来实现的，但是为了减少串接电阻上的压降，串联电阻阻值较小，不能真正实现防止闩锁的目的。

为此，申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题：针对现有技术的不足而提供一种星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块，该电路模块将防浪涌电路和防单粒子闩锁电路合二为一，使得其同时具备防浪涌功能和防单粒子闩锁功能，并且降低了电源端的压降，提高设备效率，减少设备功耗，提高系统的整体稳定性。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块，包括电源开关K1、二极管D1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、三极管Q1、Q2、电容C1、 C2以及功率场效应管Q3；电源开关K1的一端与直流电源连接，其另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极串联电阻R1、R2后接地，电阻R3 的一端并接在电源开关K1与二极管D1之间的公共连接端上，其另一端与功率场效应管Q3的源极连接，功率场效应管Q3的栅极串联电阻R4、R5后与三极管Q1的集电极连接，其漏极与C1电容的一端并接后作为电源输出端，三极管Q1的基极与电容C1的另一端连接，其发射极接地，三极管Q2的基极并接在电阻R1与电阻R2之间的公共连接端上，其发射极并接在电阻R3与功率场效应管Q3之间的公共连接端上，其集电极串联电阻R6后并接在三极管Q1 与电容C1的公共连接端上，电阻R7和电容C2的一端分别并接在电阻R3与功率场效应管Q3之间的公共连接端上，其另一端分别并接在电阻R4与电阻 R5的公共连接端上。

在本实用新型的一个优选实施例中，还包括一用于模拟上天后器件发生单粒子闩锁的可控硅等效电路及模拟负载电路，所述可控硅等效电路包括触发开关K2、电容C3、电阻R8、R9、R10以及三极管Q4、Q5；触发开关K2的一端并接在电源开关K1与直流电源的公共连接端上，其另一端串联电阻R8 后接地；三极管Q4的基极串联电容C3后并接在触发开关K2与电阻R8的公共连接端上，其集电极串联电阻R9后并接在所述电源输出端上，其发射极接地；三极管Q5的基极并接在三极管Q4的集电极与电阻R9之间的公共连接端上，其发射极并接在所述电源输出端上，其集电极串联电阻R10后接地；模拟负载电路包括电阻R11、R12以及电容C4，电阻R11的一端并接在所述电源输出端上，其另一端串联电阻R12后接地，电容C4的一端并接在所述电源输出端上，其另一端并接在电阻R11与电阻R12之间的公共连接端上。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述可控硅等效电路还包括一用于检测可控硅等效电路中所产生的电流、电压变化的检测仪，所述检测仪具有第一、第二检测接线端，所述检测仪的第一检测接线端一方面并接在电阻R11 与电阻R12之间的公共连接端上，另一方面接地连接，其第二检测接线端一方面并接在所述电源输出端上，其另一端接地连接。

由于采用了如上的技术方案，本实用新型的有益效果在于：本实用新型将防浪涌电路和防单粒子闩锁电路合二为一，使得其同时具备防浪涌功能和防单粒子闩锁功能，在设备开机过程中浪涌电流得到了控制，浪涌电流的大小可以通过改变电容的大小来控制浪涌电流的大小。本实用新型有效地降低了电源端的压降，提高设备效率，减少设备功耗，提高系统的整体稳定性。此外，当设备上电工作后，为了测试防闩锁功能，在设备内部的电源端与地之间增加一个可控硅等效电路，模拟上天后器件发生单粒子闩锁。在设备上电后，在设备正常工作的情况下，人为的触发可控硅等效电路(相当于单粒子闩锁)。防闩锁电路测到了大电流，立刻把电源关断，延迟几十毫秒时间重新开启电源设备进入正常工作状态。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的电路原理图。

图2是本实用新型加入可控硅等效电路后的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1，图中给出的是一种星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块，包括电源开关K1、二极管D1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、三极管Q1、Q2、电容C1、C2以及功率场效应管Q3。

电源开关K1的一端与直流电源VCC连接，其另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极串联电阻R1、R2后接地；电阻R3的一端并接在电源开关K1与二极管D1之间的公共连接端上，其另一端与功率场效应管Q3的源极连接；功率场效应管Q3的栅极串联电阻R4、R5后与三极管Q1的集电极连接，其漏极与电容C1的一端并接后作为电源输出端；三极管Q1的基极与电容C1的另一端连接，其发射极接地；三极管Q2的基极并接在电阻R1与电阻 R2之间的公共连接端上，其发射极并接在电阻R3与功率场效应管Q3之间的公共连接端上，其集电极串联电阻R6后并接在三极管Q1与电容C1的公共连接端上，电阻R7和电容C2的一端分别并接在电阻R3与功率场效应管Q3之间的公共连接端上，其另一端分别并接在电阻R4与电阻R5的公共连接端上。

本实用新型的星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块还包括一用于模拟上天后器件发生单粒子闩锁的可控硅等效电路及模拟负载电路。

参见图2，可控硅等效电路包括触发开关K2、电容C3、电阻R8、R9、R10 以及三极管Q4、Q5。触发开关K2的一端并接在电源开关K1与直流电源VCC 的公共连接端上，其另一端串联电阻R8后接地；三极管Q4的基极串联电容 C3后并接在触发开关K2与电阻R8的公共连接端上，其集电极串联电阻R9 后并接在上述的电源输出端上，其发射极接地；三极管Q5的基极并接在三极管Q4与电阻R9之间的公共连接端上，其发射极并接在上述的电源输出端上，其集电极串联电阻R10后接地。

模拟负载电路包括电阻R11、R12以及电容C4。电阻R11的一端并接在上述的电源输出端上，其另一端串联电阻R12后接地；电容C4的一端并接在上述的电源输出端上，其另一端并接在电阻R11与电阻R12之间的公共连接端上。

为了验证防可控硅等效电路的有效性，还设计了用于检测可控硅等效电路中所产生的电流、电压变化的检测仪100，检测仪100具有检测接线端110、 120，检测仪100的检测接线端110一方面并接在电阻R11与电阻R12之间的公共连接端上，另一方面接地连接，检测这一点电流的目的是检测其可控硅导通到不导通的电流变化过程，其检测接线端120一方面并接在上述的电源输出端上，其另一端接地连接，检测这一点电流的目的是检测其可控硅导通到不导通过程的电压变化。

当电源开关K1闭合，三极管Q2的基极电位比发射极电位低0.65V左右，三极管Q2处于导通状态，使得三极管Q1也处于导通状态，电阻R5中会产生电流使电容C2两端电压慢慢增加，当电容C2两端电压达到功率场效应管Q3 的栅极导通电压，功率场效应管Q3导通，开始导通电流很小，该小电流使电容C4(设备内的电源滤波电容)充电，C₄上的电压开始上升，随着时间的推延，功率场效应管Q3的栅压提高到4V以上，功率场效应管Q3可以输出大电流，但是电容C4上的电压值已升高到电源电压值，已不会出现浪涌电流。

单粒子闩锁是由于电路中器件存在寄生的可控硅，在单粒子作用下可控硅导通，因此单粒子闩锁也称为可控硅效应。为了验证防单粒子闩锁的功能，在设备内部的电源端与地之间增加一个可控硅等效电路，如图2所示。

设备开机，设备电源电压达到了正常值后，设备工作正常。假设此时出现了闩锁(采用触发开关K2闭合一下，造成可控硅导通)，此时电源上出现很大的电流，电阻R3的压降增加，三极管Q2的发射极电位下降仅0.2V，三极管Q2关闭，三极管Q1也随之关闭，此时功率场效应管Q3的栅极电压靠电容C2电容仍能维持几毫秒，设备电源还在正常供电，如果供电电流仍维持在很大的情况下，即可确定已产生可控硅效应。电容C2上的电荷通过电阻R7 泄放，电容C2的电压下降，功率场效应管Q3关闭，设备电压迅速下降，电容C1两端电压不能突变，三极管Q1的基极出现很大的负压，三极管Q1的基极通过二路电流为基极供电，一路是三极管Q2导通电流使三极管Q1导通，另一路电容C1的电流使三极管Q1关闭，由于设备电压迅速下降，三极管Q1 的基极电压为负，设备电源关闭。由于电源关闭，流过电阻R3电流为零，三极管Q2导通，经电阻R6的电流能使得三极管Q1的基极电压上升到0.6V以上，但需要几十毫秒以上时间，在这段时间内设备内部滤波电容上的电荷已被可控硅的电流耗尽，当设备电压降到可控硅维持电压以下时，可控硅效应消失。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块，其特征在于，包括电源开关K1、二极管D1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、三极管Q1、Q2、电容C1、C2以及功率场效应管Q3；电源开关K1的一端与直流电源连接，其另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极串联电阻R1、R2后接地，电阻R3的一端并接在电源开关K1与二极管D1之间的公共连接端上，其另一端与功率场效应管Q3的源极连接，功率场效应管Q3的栅极串联电阻R4、R5后与三极管Q1的集电极连接，其漏极与C1电容的一端并接后作为电源输出端，三极管Q1的基极与电容C1的另一端连接，其发射极接地，三极管Q2的基极并接在电阻R1与电阻R2之间的公共连接端上，其发射极并接在电阻R3与功率场效应管Q3之间的公共连接端上，其集电极串联电阻R6后并接在三极管Q1与电容C1的公共连接端上，电阻R7和电容C2的一端分别并接在电阻R3与功率场效应管Q3之间的公共连接端上，其另一端分别并接在电阻R4与电阻R5的公共连接端上。

2.如权利要求1所述的星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块，其特征在于，还包括一用于模拟上天后器件发生单粒子闩锁的可控硅等效电路及模拟负载电路，所述可控硅等效电路包括触发开关K2、电容C3、电阻R8、R9、R10以及三极管Q4、Q5；触发开关K2的一端并接在电源开关K1与直流电源的公共连接端上，其另一端串联电阻R8后接地；三极管Q4的基极串联电容C3后并接在触发开关K2与电阻R8的公共连接端上，其集电极串联电阻R9后并接在所述电源输出端上，其发射极接地；三极管Q5的基极并接在三极管Q4的集电极与电阻R9之间的公共连接端上，其发射极并接在所述电源输出端上，其集电极串联电阻R10后接地；模拟负载电路包括电阻R11、R12以及电容C4，电阻R11的一端并接在所述电源输出端上，其另一端串联电阻R12后接地，电容C4的一端并接在所述电源输出端上，其另一端并接在电阻R11 与电阻R12之间的公共连接端上。

3.如权利要求2所述的星上设备用防浪涌及防单粒子闩锁的电路模块，其特征在于，所述可控硅等效电路还包括一用于检测可控硅等效电路中所产生的电流、电压变化的检测仪，所述检测仪具有第一、第二检测接线端，所述检测仪的第一检测接线端一方面并接在电阻R11与电阻R12之间的公共连接端上，另一方面接地连接，其第二检测接线端一方面并接在所述电源输出端上，其另一端接地连接。