本發(fā)明涉及一種用于太陽電池開關(guān)分流調(diào)節(jié)的保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

太陽電池作為近地航天器在軌運(yùn)行的主要能量來源，目前普遍采用多路開關(guān)分流的功率調(diào)節(jié)方式，一路分流調(diào)節(jié)電路失效意味著對(duì)應(yīng)一路太陽電池子陣功率損失，電源供電能力下降，造成航天器在軌能量平衡情況惡化，影響航天器在軌工況配置和任務(wù)完成度，甚至威脅航天器在軌運(yùn)行安全。無論從電源系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，保障供電可靠性，還是從提高航天器在軌運(yùn)行壽命，維持航天器任務(wù)需求角度出發(fā)，都需要太陽電池分流調(diào)節(jié)電路的可靠性，防止太陽電池在軌功率損失。

太陽電池分流調(diào)節(jié)失效已經(jīng)成為影響航天器在軌任務(wù)和壽命的重要因素。對(duì)我國航天器電源系統(tǒng)在軌故障產(chǎn)生原因分析表明，由于太陽電池分流調(diào)節(jié)電路失效造成的故障約占全部故障量的5％，對(duì)太陽電池分流調(diào)節(jié)電路采取保護(hù)措施已經(jīng)成為一種提高航天器電源系統(tǒng)可靠性和安全性的必要手段。

開關(guān)分流的太陽電池功率調(diào)節(jié)方式，具有控制電路功耗小，體積重量小，效率高，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，已成為低地球軌道衛(wèi)星(LEO)、中地球軌道衛(wèi)星(MEO)、月球探測(cè)和火星探測(cè)等領(lǐng)域航天器太陽電池功率調(diào)節(jié)的首選手段。但采用開關(guān)分流調(diào)節(jié)方式會(huì)帶來單路太陽電池子陣功率較大，一旦某路開關(guān)分流電路出現(xiàn)故障，整個(gè)太陽電池陣損失功率較多，必須采取保護(hù)措施來避免單路故障帶來的功率損失。

現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)太陽電池開關(guān)分流電路的保護(hù)方式研究較少，目前航天器應(yīng)對(duì)單路太陽電池分流調(diào)節(jié)故障主要有以下三種方法：一是單路分流調(diào)節(jié)電路采用單開關(guān)管不進(jìn)行保護(hù)，通過增加太陽電池陣設(shè)計(jì)余量以應(yīng)對(duì)單路故障帶來的功率損失，二是每路分流調(diào)節(jié)電路采用雙開關(guān)管串聯(lián)的保護(hù)方式，可以應(yīng)對(duì)開關(guān)管自身故障情況，三是每路分流調(diào)節(jié)電路采用雙開關(guān)管并聯(lián)方式；上述方式在使用上存在以下局限性：方法一通過增加余量來應(yīng)對(duì)故障，由于每路分流調(diào)節(jié)電路能力較強(qiáng)，帶來電源系統(tǒng)供電能力余量過大，造成衛(wèi)星資源浪費(fèi)，增加研制成本，且增加每路分流調(diào)節(jié)電路的功率調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)，帶來熱耗增加和分流余量降低等問題，方法二僅適用于開關(guān)管的自身故障處理，不適用于驅(qū)動(dòng)控制電路故障導(dǎo)致開關(guān)管工作異常的故障處理，方法三可作為降低分流熱耗的有效手段，但不具備分流保護(hù)功能，不能進(jìn)行分流調(diào)節(jié)電路的保護(hù)處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有設(shè)計(jì)的不足，提供了一種太陽電池開關(guān)分流保護(hù)電路，體積小、重量輕、可靠性高，解決了太陽電池開關(guān)分流電路的故障保護(hù)問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種太陽電池開關(guān)分流保護(hù)電路，包括：分流保護(hù)主電路、保護(hù)使能控制電路；分流保護(hù)主電路包括與太陽電池子陣數(shù)量相同的保護(hù)通路，每個(gè)保護(hù)通路包括分流MOS管Q16、保護(hù)MOS管Q17、主功率通路隔離二極管D1、穩(wěn)壓二極管D2、消能電阻R11、消能電阻R12、限流電阻R13、磁保持繼電器J18；太陽電池子陣與主功率通路隔離二極管D1正極相連，太陽電池子陣和主功率通路隔離二極管D1的公共端與分流MOS管Q16的漏極連接，分流MOS管Q16的源極連接保護(hù)MOS管Q17的漏極，分流MOS管Q16的驅(qū)動(dòng)信號(hào)從柵極接入，消能電阻R11連接在分流MOS管Q16的柵極和源極之間；保護(hù)MOS管Q17的源極接地，柵極連接磁保持繼電器J18的觸點(diǎn)開關(guān)一端，磁保持繼電器J18的觸點(diǎn)開關(guān)另一端通過限流電阻R13與指令電源VCC相連；消能電阻R12連接在保護(hù)MOS管Q17的柵極和源極之間；穩(wěn)壓二極管D2的正極接地，負(fù)極與保護(hù)MOS管Q17的柵極相連；磁保持繼電器J18的a組線包負(fù)極、b組線包負(fù)極接收外部遙控指令；保護(hù)使能控制電路包括與分流保護(hù)主電路數(shù)量相同的使能控制通路，每個(gè)控制通路包括指令電源VCC、限流電阻R14、限流電阻R15、磁保持繼電器J19；磁保持繼電器J18的a組線包正極與磁保持繼電器J18的b組線包正極連接的公共端與磁保持繼電器J19的觸點(diǎn)開關(guān)一端連接，磁保持繼電器J19的觸點(diǎn)開關(guān)另一端通過限流電阻R14與指令電源VCC連接；磁保持繼電器J19的a組線包正極與磁保持繼電器J19的b組線包正極連接的公共端通過限流電阻R15與指令電源VCC相連，磁保持繼電器J19的a組線包負(fù)極、b組線包負(fù)極接收外部遙控指令。

所述分流保護(hù)主電路還包括消反電動(dòng)勢(shì)二極管D3～D6；消反電動(dòng)勢(shì)二極管D3負(fù)極連接磁保持繼電器J18的a組線包正極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D3正極連接消反電動(dòng)勢(shì)二極管D4負(fù)極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D4正極連接磁保持繼電器J18的a組線包負(fù)極；消反電動(dòng)勢(shì)二極管D5負(fù)極連接磁保持繼電器J18的b組線包正極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D5正極連接消反電動(dòng)勢(shì)二極管D6負(fù)極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D6正極連接磁保持繼電器J18的b組線包負(fù)極。

所述保護(hù)使能控制電路還包括消反電動(dòng)勢(shì)二極管D7～D10；消反電動(dòng)勢(shì)二極管D7負(fù)極連接磁保持繼電器J19的a組線包正極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D7正極連接消反電動(dòng)勢(shì)二極管D8負(fù)極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D8正極連接磁保持繼電器J19的a組線包負(fù)極；消反電動(dòng)勢(shì)二極管D9負(fù)極連接磁保持繼電器J19的b組線包正極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D9正極連接消反電動(dòng)勢(shì)二極管D10負(fù)極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D9正極連接磁保持繼電器J19的b組線包負(fù)極。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明這種可用于太陽電池開關(guān)分流調(diào)節(jié)的保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)了航天器在軌任務(wù)期間太陽電池開關(guān)分流調(diào)節(jié)電路的保護(hù)；保護(hù)電路采用了保護(hù)開關(guān)管與分流主電路串聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)方式簡單；設(shè)置了保護(hù)使能開關(guān)，在保護(hù)使能的前提下，才能夠通過遙控指令斷開分流保護(hù)管，防止在軌正常工作時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作。

(2)本發(fā)明保護(hù)范圍廣，本發(fā)明的保護(hù)設(shè)計(jì)不僅可以應(yīng)對(duì)開關(guān)管自身器件故障，還可以應(yīng)對(duì)驅(qū)動(dòng)控制電路故障帶來的異常處理，可以覆蓋太陽電池分流調(diào)節(jié)電路的主要故障模式。

(3)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式簡便，本發(fā)明的保護(hù)設(shè)計(jì)可直接嵌入各類典型分流保護(hù)電路中，并采用獨(dú)立的控制電路，不改變?cè)须娫纯刂仆負(fù)浜涂刂品绞健?/p>

(4)本發(fā)明的可靠性高，本發(fā)明的保護(hù)設(shè)計(jì)設(shè)置了雙重開關(guān)，只有在分流保護(hù)功能使能前提下，通過發(fā)送地面指令，才可斷開分流保護(hù)管執(zhí)行保護(hù)功能，保證在軌分流調(diào)節(jié)電路的正常工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明太陽電池開關(guān)分流保護(hù)電路的原理圖。

具體實(shí)施方式

太陽電池開關(guān)分流保護(hù)電路的主要功能是對(duì)太陽電池開關(guān)分流調(diào)節(jié)電路進(jìn)行保護(hù)，可避免分流管短路或分流管驅(qū)動(dòng)電路故障引起的太陽電池子陣功率損失，實(shí)現(xiàn)在軌任務(wù)期間太陽電池能源保護(hù)，如圖1所示，本發(fā)明公開了一種太陽電池開關(guān)分流保護(hù)電路，包括分流保護(hù)主電路、保護(hù)使能控制電路。

分流保護(hù)主電路用于對(duì)太陽電池分流通路進(jìn)行通斷控制，每路太陽電池子陣分流調(diào)節(jié)通路設(shè)計(jì)了保護(hù)開關(guān)管和分流開關(guān)管串聯(lián)方式，可以在不影響分流調(diào)節(jié)電路正常工作的前提下實(shí)現(xiàn)該路太陽電池子陣功率保護(hù)功能，從而保證了可靠性。分流保護(hù)主電路中保護(hù)開關(guān)管的導(dǎo)通或斷開以及禁止保護(hù)狀態(tài)的設(shè)計(jì)都可以通過地面遙控指令執(zhí)行，保護(hù)指令由地面直接遙控指令發(fā)出。在禁止保護(hù)狀態(tài)下，保護(hù)指令無法執(zhí)行分流保護(hù)功能。但在太陽電池分流保護(hù)進(jìn)行過程中，禁止保護(hù)指令能夠中斷保護(hù)功能。正常情況下太陽電池分流通路處于禁止保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)太陽電池分流通路短路故障時(shí)，需先發(fā)送保護(hù)使能指令使太陽電池分流保護(hù)電路處于保護(hù)功能使能狀態(tài)，再接通保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行開關(guān)。當(dāng)保護(hù)電路中保護(hù)開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，保護(hù)動(dòng)作完成。

另外，為確保供電安全，防止正常工作期間太陽電池分流電路被誤斷開，本發(fā)明設(shè)置了保護(hù)使能控制電路。當(dāng)該分流通路的保護(hù)電路狀態(tài)設(shè)置為禁止時(shí)，即便發(fā)送保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行指令，也無法接通保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行開關(guān)。只有使能電路狀態(tài)設(shè)置為使能時(shí)，才能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)電路正常通斷控制。

如圖1所示，分流保護(hù)主電路包括與太陽電池子陣數(shù)量相同的保護(hù)通路，每個(gè)保護(hù)通路包括分流MOS管Q16、保護(hù)MOS管Q17、主功率通路隔離二極管D1、穩(wěn)壓二極管D2、消能電阻R11、消能電阻R12、限流電阻R13、磁保持繼電器J18；太陽電池子陣SAS與主功率通路隔離二極管D1正極相連，太陽電池子陣SAS和主功率通路隔離二極管D1的公共端與分流MOS管Q16的漏極連接，分流MOS管Q16的源極連接保護(hù)MOS管Q17的漏極，分流MOS管Q16的驅(qū)動(dòng)信號(hào)從柵極接入，消能電阻R11連接在分流MOS管Q16的柵極和源極之間；保護(hù)MOS管Q17的源極接地，柵極連接磁保持繼電器J18的觸點(diǎn)開關(guān)一端，磁保持繼電器J18的觸點(diǎn)開關(guān)另一端通過限流電阻R13與指令電源VCC相連；消能電阻R12連接在保護(hù)MOS管Q17的柵極和源極之間；穩(wěn)壓二極管D2的正極接地，負(fù)極與保護(hù)MOS管Q17的柵極相連；磁保持繼電器J18的觸點(diǎn)開關(guān)受磁保持繼電器J18的a組線包負(fù)極、b組線包負(fù)極接收的外部遙控指令控制實(shí)現(xiàn)開關(guān)；消反電動(dòng)勢(shì)二極管D3負(fù)極連接磁保持繼電器J18的a組線包正極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D3正極連接消反電動(dòng)勢(shì)二極管D4負(fù)極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D4正極連接磁保持繼電器J18的a組線包負(fù)極；消反電動(dòng)勢(shì)二極管D5負(fù)極連接磁保持繼電器J18的b組線包正極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D5正極連接消反電動(dòng)勢(shì)二極管D6負(fù)極，消反電動(dòng)勢(shì)二極管D6正極連接磁保持繼電器J18的b組線包負(fù)極。

初始狀態(tài)，磁保持繼電器J18接通，保護(hù)MOS管Q17接通。以J18所示磁保持繼電器為例，1腳和2腳是一組線包(a組線包)，9腳和10腳則是另外一組線包(b組線包)。3、4、5腳和6、7、8腳分別組成兩組觸點(diǎn)開關(guān)，觸點(diǎn)開關(guān)接通和斷開動(dòng)作分別由兩組線包控制。為防止觸點(diǎn)誤動(dòng)作，采用兩組觸點(diǎn)開關(guān)串聯(lián)。其中3腳和6腳是公共觸點(diǎn)，磁保持繼電器正常工作時(shí)，3腳觸點(diǎn)只能和同組開關(guān)的4腳和5腳觸點(diǎn)中的一個(gè)相連，6腳觸點(diǎn)同理，只能與7腳和8腳觸點(diǎn)中的一個(gè)相連。a組線包加電時(shí)，3腳觸點(diǎn)和4腳觸點(diǎn)相連，6腳觸點(diǎn)和7腳觸點(diǎn)相連；b組線包加電時(shí)，3腳觸點(diǎn)和5腳觸點(diǎn)相連，6腳觸點(diǎn)和8腳觸點(diǎn)相連；若a組線包和b組線包同時(shí)加電，則a組線包起作用。不妨假設(shè)磁保持繼電器J18接收到接通的遙控指令(J18_on)，則有指令電源作用于a組線包的1腳和2腳(12V，80ms)，當(dāng)脈沖電流由1腳進(jìn)入從2腳流出時(shí)，觸點(diǎn)開關(guān)動(dòng)作，3腳觸點(diǎn)和4腳觸點(diǎn)相連，6腳觸點(diǎn)和7腳觸點(diǎn)相連，此時(shí)保護(hù)MOS管Q17接通，對(duì)太陽電池開關(guān)分流通路不起保護(hù)作用。若假設(shè)磁保持繼電器J18接收到斷開的遙控指令(J18_off)，則有指令電源作用于b組線包的9腳和10腳(12V，80ms)，當(dāng)脈沖電流由9腳進(jìn)入從10腳流出時(shí)，觸點(diǎn)開關(guān)動(dòng)作，3腳觸點(diǎn)和5腳觸點(diǎn)相連，6腳觸點(diǎn)和8腳觸點(diǎn)相連，此時(shí)保護(hù)管Q17關(guān)斷，太陽電池開關(guān)分流通路斷開，即分流保護(hù)主電路斷開，該路太陽電池子陣電流只能流向負(fù)載端，分流保護(hù)作用生效。

若分流MOS管Q16出現(xiàn)短路，或分流MOS管Q16的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Signal_1出現(xiàn)長高電平故障帶來分流MOS管Q16長通，則會(huì)引起該路太陽電池子陣電流全部對(duì)地分流，該路太陽電池子陣功率喪失。當(dāng)出現(xiàn)上述故障時(shí)，可通過地面發(fā)送遙控指令J18_off，斷開磁保持繼電器J18，關(guān)斷保護(hù)MOS管Q17，從而斷開該路太陽電池子陣的分流通路，使該路太陽電池子陣SAS功率供給負(fù)載，由于航天器長期工作負(fù)載的存在，不會(huì)造成供電母線電壓升高。

保護(hù)使能控制電路防止分流保護(hù)主電路發(fā)生誤動(dòng)作，如圖1所示，保護(hù)使能控制電路包括與分流保護(hù)主電路數(shù)量相同的使能控制通路，每個(gè)控制通路包括指令電源VCC、限流電阻R14、限流電阻R15、磁保持繼電器J19；磁保持繼電器J18的a組線包正極與磁保持繼電器J18的b組線包正極連接的公共端與磁保持繼電器J19的觸點(diǎn)開關(guān)一端連接，磁保持繼電器J19的觸點(diǎn)開關(guān)另一端通過限流電阻R14與指令電源VCC連接；磁保持繼電器J19的a組線包正極與磁保持繼電器J19的b組線包正極連接的公共端通過限流電阻R15與指令電源VCC相連，磁保持繼電器J19的觸點(diǎn)開關(guān)受磁保持繼電器J19的a組線包負(fù)極、b組線包負(fù)極接收的外部遙控指令實(shí)現(xiàn)開關(guān)。

初始狀態(tài)，磁保持繼電器J19斷開。假設(shè)發(fā)送分流保護(hù)使能指令(J19_on)，磁保持繼電器J19觸點(diǎn)開關(guān)動(dòng)作，3腳觸點(diǎn)和5腳觸點(diǎn)相連，6腳觸點(diǎn)和8腳觸點(diǎn)相連，此時(shí)磁保持繼電器J18的a組線包和b組線包上電，磁保持繼電器J18可正常接受遙控指令執(zhí)行保護(hù)任務(wù)。若發(fā)送分流保護(hù)禁止指令(J19_off)，磁保持繼電器J19的3腳觸點(diǎn)和4腳觸點(diǎn)相連，6腳觸點(diǎn)和7腳觸點(diǎn)相連，磁保持繼電器J18的a組線包和b組線包斷電，磁保持繼電器J18不能正常接受遙控指令因而無法動(dòng)作。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。