CN103595034B - 一种闭环消浪涌电路 - Google Patents
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Abstract
一种闭环消浪涌电路，包括星上电子设备、星上信息处理单元、星地通信单元，其中星上电子设备又包括电压采集电路、模数转换器、微处理器、通信模块、开关控制电路和滤波电容；开关控制电路又包括预充电电路和主供电开关K2；星上电子设备接收到供电开关接通指令后，将预充电开关接通，为滤波电容充电；同时采集供电正负母线间电压值，在预充电开关接通时开始计时，同时将该电压与预设值进行比较，当电压大于或等于预设值且所计时间小于预设时间值时，发出指令将主供电开关接通；当所计时间大于或等于预设时间值时，电压仍然小于预设值，则发出指令强制接通供电主开关。本发明利用一个预充电电路和现有星上设备就可以闭环消除浪涌电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星电子设备闭环消浪涌电路，属于航天电子设备供配电接口设计领域。
背景技术
各型号卫星电子设备为提高电源品质在输入端均设计有电容滤波电路，因此，在设备加电工作时，由于滤波电容充电，会在短时间产生象“浪”一样的峰值电流，即所谓“浪涌电流”。该峰值电流一般会比设备的静态工作电流大几十倍乃至上百倍，如果不加抑制措施，有可能会导致电源母线电压瞬时下降，从而影响同一母线上的其它设备正常运行。同时，浪涌电流过大还有可能会导致设备继电器开关触点在接通瞬间粘连而无法断开，另外反复开关的电路还有可能烧断保险丝等器件，因此，必须对其加以抑制。
目前，大部分电子设备在电接口设计中采用串联电阻法（设计原理如图1）和软启动电路（设计原理如图2）两种方法进行浪涌电流抑制。
串联电阻法是指在设备一次电源输入端串接固定电阻，利用电阻的限流作用，在设备加电工作时将浪涌电流限制在一定范围，同时，该电阻也可作为一次母线的限流保护电阻，当设备发生短路故障时保护一次母线。考虑到该电阻同时也作为设备一次电源限流电阻，该方法只适用于功耗较小（4W左右）的设备，若应用于功耗大的设备会因流过电阻的电流大造成压降大，发热大，限流电阻的选取以及热设计都有不小的困难。
软启动电路是在设备供电回线上串连一个N沟道MOSFET管V1，其栅极电压受专门设计的RC网络控制，当输入端加电时，由于滤波电容C1，C2两端电压不能突变，V1的栅极电压被箝位在0V，漏源截止，随着电容C1，C2经过R2，R3逐渐充电，V1栅极电位随电阻、电容设定的时间常数按指数曲线上升，当达到开启电压时，V1随之逐渐导通。在V1逐渐导通的过程中，电路后端的电容被逐渐充电，浪涌电流得到抑制。通过调整电阻R2、R3、R4、R5及电容C1、C2的分配，可以得到需要的浪涌电流抑制效果。同理，也可利用P沟道MOSFET控制设备供电正线。该方法适用于中等功率（1A～2A）以下负载，浪涌抑制效果较好，但电路较复杂，需要通过多次调试才能达到最佳浪涌抑制效果。同时为提高可靠性安全性，需要重点考虑MOSFET管的降额使用以及热设计等问题。
综上所述，以上两种方法均不适用于自身功耗较大且接口滤波电容较大的设备。而随着卫星载荷设备的不断发展，应用的SAR、电推进等载荷功耗达到上千瓦，且在一次电源接口电路中的滤波电容达到了几千微法甚至上万微法，必须采用新的消浪涌电路设计来抑制电路开关接通时的巨大浪涌电流，从而保护继电器触点以及对一次母线的冲击。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种卫星电子设备闭环消浪涌电路，本电路能够抑制大功耗且接口有大电容的电子设备工作时产生的较大浪涌电流，确保设备供电开关、保险丝正常工作，并减小对一次电源母线的影响。
本发明的技术解决方案是：
一种闭环消浪涌电路包括：星上电子设备、星上信息处理单元和星地通信单元，其中星上电子设备又包括电压采集电路、模数转换器、微处理器、通信模块、开关控制电路和滤波电容；开关控制电路又包括预充电电路和主供电开关K2，预充电电路包括开关K1和电阻R1；
星上电子设备的通信模块接收到星上信息处理单元发出的供电开关接通指令后传达给微处理器，微处理器将预充电开关接通用于为滤波电容充电，同时微处理器在预充电开关接通时开始计时；电压采集电路采集星上电子设备供电正负母线间电压值，模数转换器将所述电压值转换为数字量传送给微处理器；微处理器将该数字量与预设的门限数字量进行比较，当所述数字量大于门限数字量且所计时间小于预设时间门限值时，微处理器发出指令将主供电开关K2接通；当所计时间大于或等于预设时间门限值时，所述数字量小于预设门限数字量，则微处理器发出指令强制接通主供电开关K2用于为负载供电；
微处理器将所述数字量打包成遥测包，并通过通信模块将遥测包发送给星上信息处理单元；星上信息处理单元将接收到的含有数字量的遥测包进行组包处理后，发送给星地通信单元，星地通信单元将星上信息处理单元输出的遥测包发送给地面测试设备供其判读。
所述星上电子设备供电正负母线间是指一次电源母线正线通过开关控制电路连接到设备负载供电正端，一次电源母线负线直接连接到设备负载供电负端，电压采集电路连接在供电正负线之间用于采集正负母线间电压。
所述电压采集电路包括母线电阻R2、R3；电阻R2一端与一次电源母线相连，另一端分别与电阻R3的一端和输出端Vo相连；电阻R3的另一端与一次电源母线负线连接；输出端Vo与模数转换器相连。
所述电压采集电路采集到的母线电压值为0～5V。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）本发明利用星上电子设备现有的微处理器、电压采集电路和内部指令资源，提供了一种闭环消浪涌电路设计方法。在供电主开关接通前，通过预充电电路给滤波电容充电，当满足设定条件后自动接通主开关，有效保护了供电主开关触点，在轨可靠工作提供了保证。
（2）本发明控制电路原理简单，安全可靠，成本低廉，不仅适用于卫星电子设备的消浪涌电路设计，还可以用于其他广阔领域。
附图说明
图1为串联电阻法消浪涌电路设计原理图；
图2为软启动电路设计原理图；
图3为本发明的闭环消浪涌电路设计原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
如图3所示，本发明一种闭环消浪涌电路包括星上电子设备、星上信息处理单元和星地通信单元，其中星上电子设备又包括电压采集电路、模数转换器、微处理器、通信模块、开关控制电路和滤波电容；开关控制电路又包括预充电电路和主供电开关K2，预充电电路包括开关K1和电阻R1；
星上电子设备的通信模块接收到星上信息处理单元发出的供电开关接通指令后传达给微处理器，微处理器将预充电开关接通用于为滤波电容充电，同时微处理器在预充电开关接通时开始计时；电压采集电路采集星上电子设备供电正负母线间电压值，模数转换器将所述电压值转换为数字量传送给微处理器；微处理器将该数字量与预设的门限数字量进行比较，当所述数字量大于门限数字量且所计时间小于预设时间门限值时，微处理器发出指令将主供电开关K2接通；当所计时间大于或等于预设时间门限值时，所述数字量小于预设门限数字量，则微处理器发出指令强制接通主供电开关K2用于为负载供电；
微处理器将所述数字量打包成遥测包，并通过通信模块将遥测包发送给星上信息处理单元；星上信息处理单元将接收到的含有数字量的遥测包进行组包处理后，发送给星地通信单元，星地通信单元将星上信息处理单元输出的遥测包发送给地面测试设备供其判读。
所述星上电子设备供电正负母线间是指一次电源母线正线通过开关控制电路连接到设备负载供电正端，一次电源母线负线直接连接到设备负载供电负端，电压采集电路连接在供电正负线之间用于采集正负母线间电压。
所述电压采集电路包括母线电阻R2、R3；电阻R2一端与一次电源母线相连，另一端分别与电阻R3的一端和输出端Vo相连；电阻R3的另一端与一次电源母线负线连接；输出端Vo与模数转换器相连。
所述电压采集电路采集到的母线电压值为0～5V。
本发明电路的工作过程为：供电开关闭合前，电压采集电路采集到电压为0；当通信模块收到来自星上信息处理单元发送的供电开关接通指令时，微处理器发出指令脉冲，首先接通预充电电路开关K1，通过预充电电路给滤波电容充电，电压采集电路采集供电正负线之间电压Vi并将其变换为0～5V模拟量Vo传递给模数转换器，模数转换器将电压Vo转换为数字量D，然后传递给微处理器，微处理器在发出预充电电路接通指令时开始计时，并在每个程序周期内将数字量D与程序内预设电压门限值D1比较，同时，将计时时间T与预设门限T1比较，当数字量D≥D1且T＜T1，则发出指令接通供电主开关K2；若T≥T1时，仍然D＜D1，则发出指令接通供电主开关K2。另外，微处理器将数字量D与该设备其他遥测一起组成遥测包，然后通过通信模块发送给星上信息处理单元。星上信息处理单元识别判断该设备的遥测包，然后通过星地通信单元发送给地面测试设备，地面测试设备收到该设备遥测包后解码得到该设备一次接口电压遥测，如果为0则表示供电开关未接通，设备处于未加电状态，如果电压遥测等于电源控制器母线输出电压，则说明供电开关已接通，设备可以开始工作。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (1)
1.一种闭环消浪涌电路，其特征在于包括：星上电子设备、星上信息处理单元和星地通信单元，其中星上电子设备又包括电压采集电路、模数转换器、微处理器、通信模块、开关控制电路和滤波电容；开关控制电路又包括预充电电路和主供电开关K2，预充电电路包括开关K1和电阻R1；
星上电子设备的通信模块接收到星上信息处理单元发出的供电开关接通指令后传达给微处理器，微处理器将预充电开关接通用于为滤波电容充电，同时微处理器在预充电开关接通时开始计时；电压采集电路采集星上电子设备供电正负母线间电压值，模数转换器将所述电压值转换为数字量传送给微处理器；微处理器将该数字量与预设的门限数字量进行比较，当所述数字量大于门限数字量且所计时间小于预设时间门限值时，微处理器发出指令将主供电开关K2接通；当所计时间大于或等于预设时间门限值时，所述数字量小于预设门限数字量，则微处理器发出指令强制接通主供电开关K2用于为负载供电；
微处理器将所述数字量打包成遥测包，并通过通信模块将遥测包发送给星上信息处理单元；星上信息处理单元将接收到的含有数字量的遥测包进行组包处理后，发送给星地通信单元，星地通信单元将星上信息处理单元输出的遥测包发送给地面测试设备供其判读；
所述星上电子设备供电正负母线间是指一次电源母线正线通过开关控制电路连接到设备负载供电正端，一次电源母线负线直接连接到设备负载供电负端，电压采集电路连接在供电正负线之间用于采集正负母线间电压；
所述电压采集电路包括母线电阻R2、R3；电阻R2一端与一次电源母线正线相连，另一端分别与电阻R3的一端和输出端Vo相连；电阻R3的另一端与一次电源母线负线连接；输出端Vo与模数转换器相连；
所述电压采集电路采集到的母线电压值为0～5V。
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