CN107483099B - 星载设备隔离与保障*** - Google Patents

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Abstract

星载设备隔离与保障***，涉及卫星上星载设备电气隔离领域，解决现有星载设备内部电源以及数据链之间相互关联，存在容易引入噪声干扰，以及通信单元之间的可靠性差，进而对***性能造成影响等问题，包括电源能量传输及控制***和ZigBee无线数据传输***，太阳能电池阵为电源能量传输及控制***供电；电源能量传输及控制***通过QI无线能量传输技术为星载设备配电，星载设备通过ZigBee无线数据传输技术与星载中心计算机连接，星载中心计算机通过CAN总线与电源能量传输及控制***通信；本发明中，每个星载设备都是一个真正独立的单元，在与其他设备之间没有直接的电气相连，使得彼此完全处于电气隔离的状态，增加了***的稳定与可靠性。

Description

星载设备隔离与保障***
技术领域
本发明涉及卫星上星载设备电气隔离领域，具体涉及星载设备隔离与保障***；通过采用ZigBee技术、QI无线能量传输技术和电源控制技术来实现星载设备之间彻底的电气隔离。
背景技术
卫星内部搭载设备需要电源***对其进行供电，此过程均由电源控制器进行管理和分配的，从供电线路的整体路径可以看出卫星上所有的搭载设备在电源上都是相互关联的，没有做到元器件之间隔离，容易引入噪声干扰，同时若出现大功率设备运行易造成电压波动、干扰等会对整体工作性能造成影响；在整个电路的通信***中，数据链之间没有进行隔离，通信单元之间容易产生电位差，会严重影响整体的通讯的可靠性能。在***中若出现部分电路受损，极易对旁路产生影响甚至造成整个***无法正常工作。
发明内容
本发明为解决现有星载设备内部电源以及数据链之间相互关联，存在容易引入噪声干扰，以及通信单元之间的可靠性差，进而对***性能造成影响等问题，提供一种星载设备隔离与保障***。
星载设备隔离与保障***，包括电源能量传输及控制***和ZigBee无线数据传输***，太阳能电池阵为电源能量传输及控制***供电；所述电源能量传输及控制***通过QI无线能量传输技术为星载设备配电，所述星载设备通过ZigBee无线数据传输技术与星载中心计算机连接，所述星载中心计算机通过CAN总线与电源能量传输及控制***通信；
所述电源能量传输及控制***由电源控制器组成，所述电源控制器对太阳能电池阵的电能进行分配；所述电源控制器包括分流调节单元、滤波供电单元、蓄电池放电控制单元、蓄电池采样单元、蓄电池均衡单元、蓄电池充电单元、蓄电池过放保护单元、电源下位机单元和QI无线能量传输单元；
所述分流调节单元和滤波供电单元对母线进行调解和滤波，使母线电压稳定；
所述电源控制器通过对蓄电池放电单元控制实现蓄电池的供电；所述蓄电池充电单元和蓄电池均衡单元用于控制蓄电池不出现过充；蓄电池采样单元用于对蓄电池中每节电池进行监控，蓄电池过放保护单元对蓄电池进行保护；
电源下位机单元与中心计算机之间通过CAN总线进行数据通信，同时对电源控制器内进行数据采集和根据供电需求对QI无线能量传输单元进行开关控制。
在太阳电池阵供电时，电源控制器的电能首先为母线供电，多余的能量为蓄电池充电，当蓄电池整组电压达到限压值时，其余的电能进行分流；在阴影区域时，电源控制器控制蓄电池为星载设备提供电能，并通过蓄电池过放保护单元对蓄电池进行保护，同时为QI无线能量传输单元提供稳定的电压；
所述QI无线能量传输单元采用线圈通过磁共振原理和滤波稳压电路获得星载设备的电压完成配电；每个星载设备的供电互相隔离且处于独立状态；
所述电源控制器与星载中心计算机通过CAN总线进行通信，电源控制器根据星载中心计算机发出的控制指令对QI无线能量传输单元进行相应的控制。
本发明的有益效果：本发明所述的星载设备隔离与保障***，实现卫星搭载设备的稳定性和整星功能的可靠性，防止星载设备之间的电气干扰，使得每个星载设备更具有独立性和模块化。提出了结合ZigBee技术、QI无线能量传输技术和电源控制器技术来实现星上搭载设备间彻底电气隔离***。
在整个卫星***中，每个星载设备都是一个真正独立的单元，在与其他设备之间没有直接的电气相连，使得彼此完全处于电气隔离的状态，各个星载设备处于独立的模块化状态，增加了***的稳定与可靠性。
附图说明
图1为本发明所述的星载设备隔离与保障***框图；
图2为本发明所述的星载设备隔离与保障***逻辑架构原理图；
图3为本发明所述的星载设备隔离与保障***的ZigBee星形网络拓扑图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，星载设备隔离与保障***，包括电源能量传输及控制***和ZigBee无线数据传输***；
电源能量传输及控制***是最基础的部分，它是卫星所有设备的电能来源。通过太阳能电池阵将光能转化成电能后，由电源控制器对电能进行调节和控制，主要控制由分流调节单元、滤波供电单元、采样单元、均衡单元、蓄电池充电保护单元、蓄电池放电保护单元和下位机单元等组成，这些电路保证了稳定的母线电压，同时电源控制器在为星载设备配电中采用QI无线能量传输技术，将母线电压通过线圈根据磁共振原理实现能量传输，再通过整流滤波和稳压单元给星载设备提供可靠的供电电压，整个***通过电源控制器来完成。
电源能量传输及控制***任务包括：
(1)母线调节控制——在光照期间太阳电池供电时，电源控制器先满足母线功率的需求，多余能量给蓄电池充电，当蓄电池整组电压达到限压值时，多余的电流进行分流；在阴影区，蓄电池为整星提供电能，通过放电保护电路防止蓄电池发生过放现象，为无线能量传输提供稳定的电压；
(2)无线能量传输——通过采用QI无线能量传输技术，利用线圈通过磁共振原理和滤波稳压电路获得星载设备所需电压，完成配电任务，每个星载设备的供电都互相隔离且处于独立状态。
(3)与中心计算机通信——电源控制器与中心计算机之间通过CAN总线进行通信，电源控制器可以根据中心计算机下发的控制指令对无线能量传输进行相应的控制；
ZigBee无线数据传输***主要是通过ZigBee技术进行组网，在星载设备和中心计算机上都设计有ZigBee控制电路，通过ZigBee网络完成星上设备的数据传输功能，其主要是完成星载与中心计算机之间的数据传输，使得星载设备可以完成中心计算机命令，保证卫星正常工作。
结合图2说明本实施方式，电源能量传输及控制***是最基础的部分，是整星供电的基础，它通过电源控制器***实现电能的分配，其电路主要包含分流调节单元、滤波供电单元、蓄电池放电控制单元、蓄电池采样单元、蓄电池均衡单元、蓄电池充电单元、蓄电池过放保护单元、下位机单元、QI无线能量传输单元等电路。分流调节单元和滤波供电单元可以对母线进行调解和滤波，保证母线的稳定性。通过对蓄电池放电单元控制可以实现蓄电池的供电功能。蓄电池充电单元和蓄电池均衡单元保证蓄电池不会出现过充现象，蓄电池采样单元实时对蓄电池中每节电池进行监控。蓄电池过放保护单元防止了蓄电池放电深度过大造成损坏。以上电路保障了母线电压的稳定，为无线能量传输提供了稳定的能量源，QI无线能量传输单元采用线圈磁共振的原理进行设计，该设计传输距离远、效率高，安装简单。采用TC7718FG作为无线发射器发射，该芯片可以提供高达15W的发射功率，同样采用TC7766WBG作为无线接收器，其功率最高也可以达到15W。下位机单元采用TMS570LS3137作为控制器，TMS5703137采用双核***，带有ECC校验功能具有较强的可靠性，下位机单元与中心计算机之间通过CAN总线进行数据通信，同时对电源控制器内进行数据采集和根据供电需求对无线能量传输进行开关控制。
ZigBee无线数据传输***主要通过ZigBee模块DL-LN33无线组网技术进行数据的通信，每个星载设备都配备有ZigBee控制电路电路，在星载设备上ZigBee控制电路主要功能是与中心计算机之间进行数据的传输。在整体的ZigBee无线网络的拓扑结构中主要包含Co-ordinator(协调者)、Router(路由器)和End Device(终端节点)，设计中采用星形拓扑结构，该结构简单层次鲜明。由于整个网络中只存在一个Co-ordinator，所以将星载计算机上的ZigBee模块设置为Co-ordinator，它作为该网络的最高层，其他星载设备的ZigBee模块作为End Device，每个End Device均可以与中心计算机进行数据传输。

Claims (1)

1.星载设备隔离与保障***，包括电源能量传输及控制***和ZigBee无线数据传输***，太阳能电池阵为电源能量传输及控制***供电；
其特征是；所述电源能量传输及控制***通过QI无线能量传输技术为星载设备配电，所述星载设备通过ZigBee无线数据传输技术与星载中心计算机连接，所述星载中心计算机通过CAN总线与电源能量传输及控制***通信；
所述电源能量传输及控制***由电源控制器组成，所述电源控制器对太阳能电池阵的电能进行分配；所述电源控制器包括分流调节单元、滤波供电单元、蓄电池放电控制单元、蓄电池采样单元、蓄电池均衡单元、蓄电池充电单元、蓄电池过放保护单元、电源下位机单元和QI无线能量传输单元；
所述分流调节单元和滤波供电单元对母线进行调解和滤波，使母线电压稳定；
所述电源控制器通过对蓄电池放电单元控制实现蓄电池的供电；所述蓄电池充电单元和蓄电池均衡单元用于控制蓄电池不出现过充；蓄电池采样单元用于对蓄电池中每节电池进行监控，蓄电池过放保护单元对蓄电池进行保护；
电源下位机单元与中心计算机之间通过CAN总线进行数据通信，同时对电源控制器内进行数据采集和根据供电需求对QI无线能量传输单元进行开关控制；
在太阳电池阵供电时，电源控制器的电能首先为母线供电，多余的能量为蓄电池充电，当蓄电池整组电压达到限压值时，其余的电能进行分流；在阴影区域时，电源控制器控制蓄电池为星载设备提供电能，并通过蓄电池过放保护单元对蓄电池进行保护，同时为QI无线能量传输单元提供稳定的电压；
所述QI无线能量传输单元采用线圈通过磁共振原理和滤波稳压电路获得星载设备的电压完成配电；每个星载设备的供电互相隔离且处于独立状态；
所述电源控制器与星载中心计算机通过CAN总线进行通信，电源控制器根据星载中心计算机发出的控制指令对QI无线能量传输单元进行相应的控制；
在星载设备和星载中心计算机上设置ZigBee控制电路，通过ZigBee网络实现星载设备与星载中心计算机之间的数据传输。
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Denomination of invention: Spaceborne equipment isolation and protection system

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