CN219322087U - 一种卫星电源拓扑架构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种卫星电源拓扑架构，外部输入电源分别与内部核心供电模块和外部设备供电模块供电，内部核心供电模块与外部设备供电模块双向电性连接，外部设备供电模块包括切机单元、A机电路模块、B机电路模块和外部用电设备，切机单元的输出端分别与A机电路模块和B机电路模块电性连接，A机电路模块和B机电路模块为备份互斥电路，A机电路模块和B机电路模块的输出端分别与外部用电设备电性连接。本实用新型通过采用不同的电源实现方法和控制方式对整个电源系统的拓扑结构进行分配，保证内部核心供电和外部供电的独立性和相互可靠性，并采用多种切机控制方式相结合，实现电源供电和切机的稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及卫星电源设计与控制技术领域，尤其涉及一种卫星电源拓扑架构。
背景技术
随着我国航天事业的快速发展，各种用途的航天器层出不穷，高效率、高可靠、小型化、轻量化成为当前航天器的主要发展方向。卫星系统对于电源控制器的可靠性及稳定性、体积等也提出了更高的要求。
电源控制器负责电源能量的搜集及转换，将太阳能的能量或者电池的能量进行直流到直流的升降压转换，满足不同用电设备的不同电压及电流需求。需要同时对多路用电系统进行控制与监控，将信息及时反馈给星务系统，以保证用电系统的安全、可靠供电。现有技术中，对于电源系统通常采用直接冗余的方式来进行设计，电源拓扑架构中核心供电和外部供电未进行更好的隔离，无法较好地保证卫星系统供电稳定和外部用电设备的供电稳定，也不能更好的保证切机的稳定可靠。
因此提供需要研发一种卫星电源拓扑架构，提升电源系统的可靠性、安全性、高效性、集成性成为进一步改进的方向。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种卫星电源拓扑架构。
本实用新型提供如下技术方案：一种卫星电源拓扑架构，其特征在于：包括外部输入电源、内部核心供电模块和外部设备供电模块，所述外部输入电源分别与内部核心供电模块和外部设备供电模块供电，所述内部核心供电模块与所述外部设备供电模块双向电性连接，所述外部设备供电模块包括切机单元、A机电路模块、B机电路模块和外部用电设备，所述切机单元的输出端分别与A机电路模块和B机电路模块电性连接，所述A机电路模块和B机电路模块为备份互斥电路，所述A机电路模块和B机电路模块的输出端分别与所述外部用电设备电性连接。
优选地，所述内部核心供电模块包括冗余核心电源、电源控制器a和电源控制器b，常开的所述冗余核心电源的输出端分别供电给电源控制器a、电源控制器b和切机单元，所述电源控制器a与电源控制器b之间电性互联；所述电源控制器a与电源控制器b的输出端与所述切机单元输入端电性连接；所述A机电路模块和B机电路模块的输出端分别与所述电源控制器a和电源控制器b电性连接。
优选地，所述切机单元包括指令控制单元、软件控制单元和硬件控制单元，所述指令控制单元通过星务指令传递信号控制A机电路模块和B机电路模块之间的互斥切换；所述软件控制单元收集电源控制器a和电源控制器b的过载信号控制A机电路模块和B机电路模块之间的互斥切换；所述硬件控制单元通过运放比较电路和逻辑非门电路控制A机电路模块和B机电路模块之间的互斥切换；所述指令控制单元为最优先级，所述软件控制单元为次优先级。
优选地，所述A机电路模块上设有缓起保护电路A，所述缓起保护电路A的输入端分别与所述外部输入电源和切机单元电性连接，所述缓起保护电路A的输出端通过电源转换/检测输出电压至所述外部用电设备。
优选地，所述B机电路模块上设有缓起保护电路B，所述缓起保护电路B的输入端分别与所述外部输入电源和切机单元电性连接，所述缓起保护电路B的输出端通过电源转换/检测输出电压至所述外部用电设备。
优选地，所述外部输入电源与所述冗余核心电源之间设有冗余缓起保护电路。
与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型通过采用不同的电源实现方法和控制方式对整个电源系统的拓扑结构进行分配，保证内部核心供电和外部供电的独立性和相互可靠性，并采用多种切机控制方式相结合，实现电源供电和切机的稳定；本实用新型整体提升了电源系统的可靠性，提高了电源的集成化程度，有利于整体的体积更加小型化，在功耗上也得到了有效的控制，有利于整体的散热效果。
附图说明
图1为本实用新型的整体流程图；
图2为本实用新型的切机单元电路设计示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1和图2所示，外部输入电源分别与内部核心供电模块和外部设备供电模块供电，内部核心供电模块与外部设备供电模块双向电性连接，外部设备供电模块包括切机单元、A机电路模块、B机电路模块和外部用电设备，切机单元的输出端分别与A机电路模块和B机电路模块电性连接，A机电路模块和B机电路模块为备份互斥电路，不同时工作，增加了整个电源系统的可靠性，相比直接冗余的方式可以减少整机的功耗以及提高系统的效率；A机电路模块和B机电路模块的输出端分别与外部用电设备电性连接。具体地，内部核心供电模块为整个电源系统提供一组可靠的常开电源，主要供给卫星系统的电源控制器a、电源控制器b和切机单元使用，内部核心供电模块不参与切机的动作，避免切机过程中核心控制器断电而影响整机的运行，并且内部核心供电模块的负载功耗低不会对整个电源系统功耗产生很大影响。
内部核心供电模块包括冗余核心电源、电源控制器a和电源控制器b，常开的冗余核心电源的输出端分别供电给电源控制器a、电源控制器b和切机单元，电源控制器a与电源控制器b之间电性互联；电源控制器a与电源控制器b的输出端与切机单元输入端电性连接；A机电路模块和B机电路模块的输出端分别与电源控制器a和电源控制器b电性连接。外部输入电源与冗余核心电源之间设有冗余缓起保护电路。具体地，冗余缓起保护电路采用集成芯片方案，具有快速短路保护功能和可调的过欠压保护设计，可以有效地抑制浪涌对系统的冲击，可以对电源电压进行过欠压保护、过流保护，保证电源系统的安全可靠。并且冗余缓起保护电路在双路同时工作且在拟合后同时供电给后级电路使用，其中任何一路损坏或者短路、开路对另一路不产生影响，并具有独立供电的负载输出能力。在本实施例中，冗余核心电源也同样内部采用冗余的设计，双路同时工作且在拟合后同时提供给电源控制器和切机单元使用，其中任何一路损坏或者短路、开路对另一路不产生影响，并具有独立供电的负载输出能力。
如图2所示，切机单元包括指令控制单元、软件控制单元和硬件控制单元，指令控制单元为最优先级，软件控制单元为次优先级。
指令控制单元通过星务指令传递信号控制A机电路模块和B机电路模块之间的互斥切换，通过地面对回传的监控数据和用电设备工作状态进行判断，当工作异常时可人为地发送指令通过星务直接对A机电路模块和B机电路模块进行控制，控制过程绕开了电源控制器，是一种响应更快、优先级更高的控制方式；
软件控制单元收集电源控制器a和电源控制器b的过载信号控制A机电路模块和B机电路模块之间的互斥切换，通过对A机电路模块和B机电路模块的各支路输出电压电流进行实时监控，在电压或者电流超出门限的情况下，对A机电路模块和B机电路模块进行相应的切机操作。此方法通过软件可以对门限进行调整和配置，灵活性强；
硬件控制单元通过运放比较电路和逻辑非门电路控制A机电路模块和B机电路模块之间的互斥切换，具体地，对A机电路模块输出电压进行采集，通过运放比较器电路与预先设定的门限进行对比，经过防抖动电路后再通过逻辑非门电路对B机电路模块进行反向控制，保证A机电路模块电压异常的情况下直接进行切机，不受软件的控制，并在软件和硬件之间进行策略控制，在软件没有及时响应异常的情况下硬件进行控制，保证切机的可靠性。
A机电路模块上设有缓起保护电路A，缓起保护电路A的输入端分别与外部输入电源和切机单元电性连接，缓起保护电路A的输出端通过电源转换/检测输出电压至外部用电设备。B机电路模块上设有缓起保护电路B，缓起保护电路B的输入端分别与外部输入电源和切机单元电性连接，缓起保护电路B的输出端通过电源转换/检测输出电压至外部用电设备。A机电路模块和B机电路模块功能相同，A机电路模块工作时B机电路模块不工作、或者A机电路模块不工作时B机电路模块工作，通过切机单元完成AB之间的切换。A机电路模块和B机电路模块之间相互隔离，当其中一路发生故障时不影响另一路的切机与输出，保证供电的持续可靠。A机电路模块或B机电路模块通过电源转换芯片可以提供不同的电压输出，根据外部用电需求设计，本实施例主要实现±12V、±5V、3.3V的输出，供电路数是可以根据工作需求自行设计的，图1中三路仅供示意。对于每个支路的电源输出都有电压电流的检测，并通过ADC进行采集后再通过总线反馈给电源控制器a和电源控制器b，电源控制器a和电源控制器b对数据进行搜集后上报给星务系统并传回地面进行实时监控，同样地，地面也根据卫星的实时状态和回传数据可以对电源系统进行控制。
本实用新型通过采用不同的电源实现方法和控制方式对整个电源系统的拓扑结构进行分配，保证内部核心供电和外部供电的独立性和相互可靠性，并采用多种切机控制方式相结合，实现电源供电和切机的稳定；本实用新型整体提升了电源系统的可靠性，提高了电源的集成化程度，有利于整体的体积更加小型化，在功耗上也得到了有效的控制，有利于整体的散热效果。
以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种卫星电源拓扑架构，其特征在于：包括外部输入电源、内部核心供电模块和外部设备供电模块，所述外部输入电源分别与内部核心供电模块和外部设备供电模块供电，所述内部核心供电模块与所述外部设备供电模块双向电性连接，所述外部设备供电模块包括切机单元、A机电路模块、B机电路模块和外部用电设备，所述切机单元的输出端分别与A机电路模块和B机电路模块电性连接，所述A机电路模块和B机电路模块为备份互斥电路，所述A机电路模块和B机电路模块的输出端分别与所述外部用电设备电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种卫星电源拓扑架构，其特征在于：所述内部核心供电模块包括冗余核心电源、电源控制器a和电源控制器b，常开的所述冗余核心电源的输出端分别供电给电源控制器a、电源控制器b和切机单元，所述电源控制器a与电源控制器b之间电性互联；所述电源控制器a与电源控制器b的输出端与所述切机单元输入端电性连接；所述A机电路模块和B机电路模块的输出端分别与所述电源控制器a和电源控制器b电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种卫星电源拓扑架构，其特征在于：所述切机单元包括指令控制单元、软件控制单元和硬件控制单元，所述指令控制单元通过星务指令传递信号控制A机电路模块和B机电路模块之间的互斥切换；所述软件控制单元收集电源控制器a和电源控制器b的过载信号控制A机电路模块和B机电路模块之间的互斥切换；所述硬件控制单元通过运放比较电路和逻辑非门电路控制A机电路模块和B机电路模块之间的互斥切换；所述指令控制单元为最优先级，所述软件控制单元为次优先级。
4.根据权利要求3所述的一种卫星电源拓扑架构，其特征在于：所述A机电路模块上设有缓起保护电路A，所述缓起保护电路A的输入端分别与所述外部输入电源和切机单元电性连接，所述缓起保护电路A的输出端通过电源转换/检测输出电压至所述外部用电设备。
5.根据权利要求3或4所述的一种卫星电源拓扑架构，其特征在于：所述B机电路模块上设有缓起保护电路B，所述缓起保护电路B的输入端分别与所述外部输入电源和切机单元电性连接，所述缓起保护电路B的输出端通过电源转换/检测输出电压至所述外部用电设备。
6.根据权利要求2所述的一种卫星电源拓扑架构，其特征在于：所述外部输入电源与所述冗余核心电源之间设有冗余缓起保护电路。
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Family Applications (1)
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| CN202223569486.XU Active CN219322087U (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 一种卫星电源拓扑架构 |
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