本發(fā)明涉及電子
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種航天用N-MOS高邊自舉驅(qū)動(dòng)限流保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
：隨著航天器平臺(tái)功率需求的增加，航天器的供電母線電壓由傳統(tǒng)的28V、42V逐漸向100V電壓甚至更高的270V過(guò)度。對(duì)于100V以上的高壓直流母線，以繼電器+熔斷器的傳統(tǒng)配電及保護(hù)模式已經(jīng)越來(lái)越顯現(xiàn)出其方案缺陷。首先，高壓繼電器工藝實(shí)現(xiàn)較難、種類少、使用中存在著固有的機(jī)械觸點(diǎn)拉弧打火的隱患；同時(shí)傳統(tǒng)機(jī)械觸繼電器體積大、抗力學(xué)性能差，可靠性低。熔斷器存在著過(guò)流保護(hù)值精度低，過(guò)載及短路故障熔斷器燒斷后不可恢復(fù)、熔斷器熔斷性能中的重要參數(shù)I2t地面可測(cè)試性差等缺點(diǎn)。采用固態(tài)晶體管器件配以專用控制電路可以實(shí)現(xiàn)完全替代繼電器+熔斷器的傳統(tǒng)供配電模式。在選用MOSFET作為功率開關(guān)時(shí)，由于P-MOS器件的制造工藝決定了其導(dǎo)通電阻大造成的高熱耗、配電之路電壓損失大的固有缺點(diǎn)在大功率供配電場(chǎng)合不再適用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種航天用N-MOS高邊自舉驅(qū)動(dòng)限流保護(hù)電路，包括欠壓保護(hù)電路、輔助供電電路、恒流限流電路、自舉供電電路、開關(guān)機(jī)及延時(shí)關(guān)斷電路，所述欠壓保護(hù)電路與所述輔助供電電路相連，所述輔助供電電路與所述恒流限流電路相連，所述恒流限流電路分別與所述自舉供電電路和所述開關(guān)機(jī)及延時(shí)關(guān)斷電路相連，所述自舉供電電路與所述開關(guān)機(jī)及延時(shí)關(guān)斷電路相連。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述欠壓保護(hù)電路包括電阻R7、電阻R8、電阻R14、電阻R*4、、電阻R*7、電容C3、穩(wěn)壓二極管V12、三極管V13、三極管V15，所述電阻R7一端連接一次母線輸入端，所述電阻R7另一端分別與所述電容C3一端和所述電阻R14一端相連，電阻R*7一端分別與所述穩(wěn)壓二極管V12陽(yáng)極和三極管V15基極相連，電阻R*4一端與所述穩(wěn)壓二極管V12陰極相連，所述電阻R*4另一端與所述三極管V13集電極相連，電阻R8一端連接一次母線，電阻R8另一端分別連接三極管V15集電極和三極管V13基極，三極管V13集電極與輔助供電電路相連，所述電阻R*7另一端接地，所述三極管V15發(fā)射極接地，所述三極管V13發(fā)射極接地。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述輔助供電電路包括穩(wěn)壓二極管V16、電阻R9、電阻R10、三極管V11、電容C6、電容C13，所述電阻R9與所述電容C13串聯(lián)組成對(duì)穩(wěn)壓二極管V16的RC濾波器，所述穩(wěn)壓二極管V16與三極管V11基極連接，三極管V11集電極與所述電阻R10相連，所述電容C6連接所述三極管V11發(fā)射極。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述三極管V13集電極與所述穩(wěn)壓二極管V16陰極相連。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述恒流限流電路包括N溝道MOSFET晶體管V1、N溝道MOSFET晶體管V4、電阻R17、電阻R18、電阻R1、電阻R49、電阻R3、電阻R4、電阻R20、電阻R21、電阻R22、電阻R13、電阻R*6、電容C1、電容C16、穩(wěn)壓二極管V3、三極管V5、三極管V7，所述N溝道MOSFET晶體管V1和所述N溝道MOSFET晶體管V4并聯(lián)，N溝道MOSFET晶體管V1和所述N溝道MOSFET晶體管V4的D極、S極相互連接，N溝道MOSFET晶體管V1和所述N溝道MOSFET晶體管V4的柵極分別串聯(lián)電阻R17、電阻R18；電阻R1作為功率回路的電流采樣電阻串聯(lián)在N溝道MOSFET晶體管V1、V4的S極與一次母線輸出端VOUT，電阻R49作為N溝道MOSFET晶體管V1、V4關(guān)斷時(shí)的漏電流泄放電阻一端連接在VOUT端，電阻R49另一端接地；電阻R3、電阻R4一端分別與電阻R1的兩端連接，用來(lái)設(shè)置鏡像電流源限流值，電阻R3、電阻R4另一端分別連接對(duì)三極管V7的兩個(gè)集電極，其間跨接電容C1，用于差分采樣端的濾波；電阻R20、電阻R21分別連接三極管V7的兩個(gè)集電極，用于設(shè)置鏡像電流源的靜態(tài)工作點(diǎn)，其中一個(gè)對(duì)三極管的基極與電阻R21的一端短接，設(shè)置鏡像電流源處于臨界線性區(qū)；穩(wěn)壓二極管V3連接在VOUT端和電阻R22一端，穩(wěn)定鏡像電流源的工作電壓，電容C16同電阻R22串聯(lián)組成RC濾波器，用于穩(wěn)壓管電壓的濾波，同時(shí)電阻R22也起到確定鏡像電流源靜態(tài)工作點(diǎn)的作用；三極管V5發(fā)射極接在N溝道MOSFET晶體管V1、V4的S極，三極管V5集電極接在N溝道MOSFET晶體管V1、V4的柵極限流電阻R17、R18一端，三極管V5集電極與電阻R*6連接，三極管V5、電阻R*6共同受鏡像電流源反饋控制，控制N溝道MOSFET晶體管V1、V4的GS電壓，使之工作在線性區(qū)；電阻R13分別連接三極管V5基極和電阻R20一端，三極管V5基極驅(qū)動(dòng)限流電阻。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述自舉供電電路包括NPN三極管V18、PNP三極管V20、電容C*3、儲(chǔ)能電容C*4、電容C*5、電容C15、電阻R*8、電阻R29、電阻R*11、開關(guān)二極管V17、開關(guān)二極管V21、與非門D1C、與非門D1D，NPN三極管V18和PNP三極管V20發(fā)射極連接組成圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路，PNP三極管V20集電極接地，NPN三極管V18集電極接串聯(lián)穩(wěn)壓輸出三極管V11的發(fā)射極Vcc，電阻R29作為圖騰柱輸出限流電阻一端接在NPN三極管V18發(fā)射極，電阻R29另一端與電容C*3一端串聯(lián)，電容C*3另一端分別接開關(guān)二極管V17陽(yáng)極和開關(guān)二極管V21陰極，開關(guān)二極管V17陰極和開關(guān)二極管V21陽(yáng)極兩端分別連接儲(chǔ)能電容C*4兩端；電容C*3、開關(guān)二極管V17、開關(guān)二極管V21和儲(chǔ)能電容C*4組合，為N溝道MOSFET晶體管V1、V4兩只MOSFET的G、S控制電路提供自舉供電電源；與非門D1C的9腳連接電容C*5和電阻R*8，組成了典型的自諧振振蕩器，其中D1C的10腳與電阻R*8一端連接；與非門D1D的12腳、13腳連接構(gòu)成反相門輸出，反向門輸出D1D的11腳連接電阻R*11與電容C15構(gòu)成的RC濾波器，濾波器輸出作為圖騰柱電路的輸入。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述開關(guān)機(jī)及延時(shí)關(guān)斷電路包括三極管V28、三極管V22、三極管V9、三極管V19、三極管V26、開關(guān)二極管V27、電阻R35、電阻R37、電阻R41、電阻R30、電阻R38、電阻R44、電阻R43、電阻R45、電阻R39、電阻R31、電容C7、電容C*6、電容C9、穩(wěn)壓管V2、電容C12、電阻R44、，三極管V28、三極管V22、三極管V24、電阻R37、電阻R41組成典型的自鎖定電路，電阻R37連接V28的B、E極間，電阻R41連接在三極管V22的B、E極間；電容C7與電阻R37并聯(lián)，電容C*6與電阻R41并聯(lián)，起濾波作用；電阻R30與電容C9組成RC濾波，對(duì)外部輸入的高電平開機(jī)指令TC_ON_OFF進(jìn)行濾波；電阻R19與穩(wěn)壓管V2串聯(lián)對(duì)N溝道MOSFET晶體管V1、V4的GS電壓進(jìn)行采樣，穩(wěn)壓管V2陽(yáng)極接VOUT_1端，穩(wěn)壓管V2陰極接三極管V9基極；電阻R38、電阻R44串聯(lián)并與三極管V9集電極連接，電阻R44一端再通過(guò)電阻R43、電阻R45串聯(lián)分壓后控制三極管V24的通、斷；電容C12與電阻R44并聯(lián)，對(duì)電阻R44上電壓進(jìn)行濾波；三極管V19基極受開機(jī)指令TC_ON_OFF的高電平控制，TC_ON_OFF經(jīng)串聯(lián)的開關(guān)二極管V27、經(jīng)電阻R39和電阻R31串聯(lián)分壓，三極管V26集電極與電阻R35串聯(lián)，電阻R35一端連接與非門電路D1C的8腳，控制自諧振電路是否起振。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，該航天用N-MOS高邊自舉驅(qū)動(dòng)限流保護(hù)電路還包括電流遙測(cè)電路，所述電流遙測(cè)電路包括PNP對(duì)三極管V8、PNP三極管V10、電容C10、電容C14、穩(wěn)壓管V14、電阻R23、電阻R24、電阻R46、電容C2、電阻R5、R6、電阻R*5，電阻R46與電容C14串聯(lián)為穩(wěn)壓管V14提供RC濾波，電容C14連接穩(wěn)壓管V14兩端；電阻R23、電阻R24為鏡像電流源設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，電阻R23和電阻R24一端分別連接PNP對(duì)三極管V8兩個(gè)集電極，電阻R23和電阻R24另一端與電阻R46連接；電阻R5、R6一端分別跨接采樣電阻R1的兩端，PNP三極管V10作為鏡像電流源輸出端，PNP三極管V10發(fā)射極連接在電阻R5的一端，PNP三極管V10集電極連接在電阻R*5一端，電阻R48與電容C10組成遙測(cè)輸出電路的RC濾波。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明是替代當(dāng)前航天器熔斷器+繼電器供配電體制的解決方案，同時(shí)，電路具有可恢復(fù)、重復(fù)使用的過(guò)流和短路保護(hù)功能，是構(gòu)建航天器供配電自主健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)、自主管理衛(wèi)星平臺(tái)的關(guān)鍵產(chǎn)品?？捎糜诟黝愋l(wèi)星的配電器、平臺(tái)及載荷中各種電子單機(jī)的一次母線保護(hù)裝置。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的電流遙測(cè)電路圖。圖2是本發(fā)明的電路圖的第一部分。圖3是本發(fā)明的電路圖的第二部分。圖4是本發(fā)明的電路圖的第三部分。圖5是本發(fā)明的電路圖的第四部分。圖6是本發(fā)明的電路圖的第五部分。圖7是限流延時(shí)關(guān)斷實(shí)測(cè)波形圖(ch1為電流，ch2為門極)。具體實(shí)施方式如圖2-6所示，本發(fā)明公開了一種航天用N-MOS高邊自舉驅(qū)動(dòng)限流保護(hù)電路，包括欠壓保護(hù)電路、輔助供電電路、恒流限流電路、自舉供電電路、開關(guān)機(jī)及延時(shí)關(guān)斷電路，所述欠壓保護(hù)電路與所述輔助供電電路相連，所述輔助供電電路與所述恒流限流電路相連，所述恒流限流電路分別與所述自舉供電電路和所述開關(guān)機(jī)及延時(shí)關(guān)斷電路相連，所述自舉供電電路與所述開關(guān)機(jī)及延時(shí)關(guān)斷電路相連。因本發(fā)明的電路圖過(guò)大，所以該電路圖拆分為圖2-6所示的五部分，其中，通過(guò)連接點(diǎn)表示連接，例如，圖2中的A1連接點(diǎn)與圖5中的A1連接點(diǎn)進(jìn)行連接。所述欠壓保護(hù)電路包括電阻R7、電阻R8、電阻R14、電阻R*4、、電阻R*7、電容C3、穩(wěn)壓二極管V12、三極管V13、三極管V15，所述電阻R7一端連接一次母線輸入端，所述電阻R7另一端分別與所述電容C3一端和所述電阻R14一端相連；所述電阻R7一端連接一次母線輸入端，所述電阻R7另一端連接電容C3，構(gòu)成一極RC低通濾波器；電阻R7與電阻R14串聯(lián)，共同為穩(wěn)壓二極管V12設(shè)置靜態(tài)工作電流；電阻R*7一端分別與所述穩(wěn)壓二極管V12陽(yáng)極和三極管V15基極相連，穩(wěn)壓二極管V12的電流流經(jīng)電阻R*7控制三極管V15是否飽和導(dǎo)通；電阻R*4一端與所述穩(wěn)壓二極管V12陰極相連，所述電阻R*4另一端與所述三極管V13集電極相連，使一次母線“Power”電壓在由低到高和由高到低的不同過(guò)程中，流經(jīng)R*4的電流方向相反，使得欠壓保護(hù)電路具有滯回特性；電阻R8一端連接一次母線，電阻R8另一端分別連接三極管V15集電極和三極管V13基極，三極管V13集電極連接穩(wěn)壓二極管V16陰極，控制V16是否穩(wěn)壓。所述輔助供電電路包括穩(wěn)壓二極管V16、電阻R9、電阻R10、三極管V11、電容C6、電容C13，所述電阻R9與所述電容C13串聯(lián)組成對(duì)穩(wěn)壓二極管V16的RC濾波器，所述穩(wěn)壓二極管V16與三極管V11基極連接，作為串聯(lián)穩(wěn)壓供電電路的基準(zhǔn)電壓，三極管V11集電極與所述電阻R10相連，設(shè)置穩(wěn)壓電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，所述電容C6連接所述三極管V11發(fā)射極，作為電源電壓濾波。所述恒流限流電路包括N溝道MOSFET晶體管V1、N溝道MOSFET晶體管V4、電阻R17、電阻R18、電阻R1、電阻R49、電阻R3、電阻R4、電阻R20、電阻R21、電阻R22、電阻R13、電阻R*6、電容C1、電容C16、穩(wěn)壓二極管V3、三極管V5、三極管V7，所述N溝道MOSFET晶體管V1和所述N溝道MOSFET晶體管V4并聯(lián)，N溝道MOSFET晶體管V1和所述N溝道MOSFET晶體管V4的D極、S極相互連接，N溝道MOSFET晶體管V1和所述N溝道MOSFET晶體管V4的柵極分別串聯(lián)電阻R17、電阻R18；電阻R1作為功率回路的電流采樣電阻串聯(lián)在N溝道MOSFET晶體管V1、V4的S極與一次母線輸出端VOUT，電阻R49作為N溝道MOSFET晶體管V1、V4關(guān)斷時(shí)的漏電流泄放電阻一端連接在VOUT端，電阻R49另一端接地；電阻R3、電阻R4一端分別與電阻R1的兩端連接，用來(lái)設(shè)置鏡像電流源限流值，電阻R3、電阻R4另一端分別連接對(duì)三極管V7的兩個(gè)集電極，其間跨接電容C1，用于差分采樣端的濾波；電阻R20、電阻R21分別連接三極管V7的兩個(gè)集電極，用于設(shè)置鏡像電流源的靜態(tài)工作點(diǎn)，其中一個(gè)對(duì)三極管的基極與電阻R21的一端短接，設(shè)置鏡像電流源處于臨界線性區(qū)；穩(wěn)壓二極管V3連接在VOUT端和電阻R22一端，穩(wěn)定鏡像電流源的工作電壓，電容C16同電阻R22串聯(lián)組成RC濾波器，用于穩(wěn)壓管電壓的濾波，同時(shí)電阻R22也起到確定鏡像電流源靜態(tài)工作點(diǎn)的作用；三極管V5發(fā)射極接在N溝道MOSFET晶體管V1、V4的S極，三極管V5集電極接在N溝道MOSFET晶體管V1、V4的柵極限流電阻R17、R18一端，三極管V5集電極與電阻R*6連接，三極管V5、電阻R*6共同受鏡像電流源反饋控制，控制N溝道MOSFET晶體管V1、V4的GS電壓，使之工作在線性區(qū)；電阻R13分別連接三極管V5基極和電阻R20一端，三極管V5基極驅(qū)動(dòng)限流電阻。所述自舉供電電路包括NPN三極管V18、PNP三極管V20、電容C*3、儲(chǔ)能電容C*4、電容C*5、電容C15、電阻R*8、電阻R29、電阻R*11、開關(guān)二極管V17、開關(guān)二極管V21、與非門D1C、與非門D1D，NPN三極管V18和PNP三極管V20發(fā)射極連接組成圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路，PNP三極管V20集電極接地，NPN三極管V18集電極接串聯(lián)穩(wěn)壓輸出三極管V11的發(fā)射極Vcc，電阻R29作為圖騰柱輸出限流電阻一端接在NPN三極管V18發(fā)射極，電阻R29另一端與電容C*3一端串聯(lián)，電容C*3另一端分別接開關(guān)二極管V17陽(yáng)極和開關(guān)二極管V21陰極，開關(guān)二極管V17陰極和開關(guān)二極管V21陽(yáng)極兩端分別連接儲(chǔ)能電容C*4兩端；電容C*3、開關(guān)二極管V17、開關(guān)二極管V21和儲(chǔ)能電容C*4組合，為N溝道MOSFET晶體管V1、V4兩只MOSFET的G、S控制電路提供自舉供電電源；與非門D1C的9腳連接電容C*5和電阻R*8，組成了典型的自諧振振蕩器，其中D1C的10腳與電阻R*8一端連接；與非門D1D的12腳、13腳連接構(gòu)成反相門輸出，反向門輸出D1D的11腳連接電阻R*11與電容C15構(gòu)成的RC濾波器，濾波器輸出作為圖騰柱電路的輸入，即V18與V20的基極。所述開關(guān)機(jī)及延時(shí)關(guān)斷電路包括三極管V28、三極管V22、三極管V9、三極管V19、三極管V26、開關(guān)二極管V27、電阻R35、電阻R37、電阻R41、電阻R30、電阻R38、電阻R44、電阻R43、電阻R45、電阻R39、電阻R31、電容C7、電容C*6、電容C9、穩(wěn)壓管V2、電容C12、電阻R44、，三極管V28、三極管V22、三極管V24、電阻R37、電阻R41組成典型的自鎖定電路，電阻R37連接V28的B、E極間，電阻R41連接在三極管V22的B、E極間；電容C7與電阻R37并聯(lián)，電容C*6與電阻R41并聯(lián)，起濾波作用；電阻R30與電容C9組成RC濾波，對(duì)外部輸入的高電平開機(jī)指令TC_ON_OFF進(jìn)行濾波；電阻R19與穩(wěn)壓管V2串聯(lián)對(duì)N溝道MOSFET晶體管V1、V4的GS電壓進(jìn)行采樣，穩(wěn)壓管V2陽(yáng)極接VOUT_1端，穩(wěn)壓管V2陰極接三極管V9基極；一旦發(fā)生過(guò)載，GS間電壓減小，則穩(wěn)壓管V2不在工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，與V9的B、E極并聯(lián)的電阻R19的壓差控制V9關(guān)斷，電阻R38、電阻R44串聯(lián)并與三極管V9集電極連接，電阻R44一端再通過(guò)電阻R43、電阻R45串聯(lián)分壓后控制三極管V24的通、斷；電容C12與電阻R44并聯(lián)，對(duì)電阻R44上電壓進(jìn)行濾波；三極管V19基極受開機(jī)指令TC_ON_OFF的高電平控制，TC_ON_OFF經(jīng)串聯(lián)的開關(guān)二極管V27、經(jīng)電阻R39和電阻R31串聯(lián)分壓，送三極管V19的基極，三極管的集電極與VCC間通過(guò)電阻R26、R25串聯(lián)分壓，控制PNP三極管V26的導(dǎo)通與關(guān)斷，三極管V26集電極與電阻R35串聯(lián)，電阻R35一端連接與非門電路D1C的8腳，控制自諧振電路是否起振。如圖1所示，該航天用N-MOS高邊自舉驅(qū)動(dòng)限流保護(hù)電路還包括電流遙測(cè)電路，所述電流遙測(cè)電路包括PNP對(duì)三極管V8、PNP三極管V10、電容C10、電容C14、穩(wěn)壓管V14、電阻R23、電阻R24、電阻R46、電容C2、電阻R5、R6、電阻R*5，以PNP對(duì)三極管V8為核心，構(gòu)成低功耗的電流遙測(cè)電路，其中電阻R46與電容C14串聯(lián)為穩(wěn)壓管V14提供RC濾波，電容C14連接穩(wěn)壓管V14兩端；電阻R23、電阻R24為鏡像電流源設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，電阻R23和電阻R24一端分別連接PNP對(duì)三極管V8兩個(gè)集電極，電阻R23和電阻R24另一端與電阻R46連接；電容C2為對(duì)三極管組成的鏡像電流源進(jìn)行輸入濾波，電阻R5、R6與電阻R*5的阻值比確定遙測(cè)電路的增益。其中電阻R5、R6一端分別跨接采樣電阻R1的兩端，PNP三極管V10作為鏡像電流源輸出端，PNP三極管V10發(fā)射極連接在電阻R5的一端，PNP三極管V10集電極連接在電阻R*5一端，電阻R48與電容C10組成遙測(cè)輸出電路的RC濾波。如下表引出點(diǎn)標(biāo)記的定義為：引出端序號(hào)符號(hào)功能功能介紹1TC_ON_OFF開機(jī)、關(guān)機(jī)指令端開機(jī)、關(guān)機(jī)指令輸入端2POWER母線輸入端母線輸入3VOUT母線輸出端母線輸出4I_TM電流采樣輸出端輸出電流遙測(cè)下面對(duì)該電路的功能進(jìn)行具體說(shuō)明：1.欠壓保護(hù)電路：如圖1所示，此電路為有滯回功能的欠壓保護(hù)電路，設(shè)置欠壓保護(hù)且電壓達(dá)到門限電壓值后可自動(dòng)恢復(fù)輸出。正常工作時(shí)，R*7上電壓使V15導(dǎo)通，V13截止，保護(hù)信號(hào)為高，線性源電路正常工作；欠壓保護(hù)時(shí)，當(dāng)輸入電壓降低到一定程度時(shí)，導(dǎo)致R*7的分壓低于V15的基極門限電壓時(shí)，V15由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，V13導(dǎo)通，使保護(hù)信號(hào)變低，線性源電路停止工作；升壓恢復(fù)時(shí)，當(dāng)輸入電壓逐漸升高，直至R*7的分壓值高于V15的基極門限電壓時(shí)，重新使V15導(dǎo)通，V13截止，保護(hù)信號(hào)為高，電路恢復(fù)到未保護(hù)前的狀態(tài)，線性源電路正常工作?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)電阻R*7和電阻R*4調(diào)節(jié)欠壓值。實(shí)際電路中要求保護(hù)回復(fù)電壓Vh：73±5V；欠壓保護(hù)電壓Vl＝65±5V。欠壓保護(hù)電路中參數(shù)計(jì)算如下：a.b.式中：Vz為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值，取6.5V；Vbe為三極管飽和導(dǎo)通電壓門限，取0.6V；R7取10K；R14取240K；Vl取65V；Vh取73V。計(jì)算得R*4＝406.5K，R*7＝2.437K，實(shí)際取R*4＝390K，R*7＝2.4K重新計(jì)算欠壓保護(hù)值Vh和Vl。得Vh＝74.15V，Vl＝65.81V。2.輔助供電電路：線性電源如圖1所示，線性電源可以提供范圍為11.8V-13V的供電電壓，V11是主線性管工作在線性區(qū)與功率分配電阻共同承擔(dān)熱量。選用兩個(gè)穩(wěn)壓管ZW55A(6.2V-6.8V)串聯(lián)是因?yàn)榉€(wěn)壓值在6.4V左右的穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性較好，保證線性電源的輸出電壓在工作溫度范圍內(nèi)具有較小的波動(dòng)。關(guān)于線性源主要參數(shù)的計(jì)算：1、關(guān)于電阻R10的參數(shù)計(jì)算，首先要知道線性源需要提供的電流。線性源提供的電流主要有以下部分組成：a.線性源流過(guò)R*10的最大電流I1I1＝13V/(18K+62K+200K)＝0.046mAb.集成電路CD4093B的靜態(tài)電流I2查手冊(cè)得CD4093B的靜態(tài)電流I2最大為0.001mAc.方波產(chǎn)生電路的電流I3I3＝13V/43K/2＝0.151mAd.流過(guò)電阻R22的電流I4I4＝(13V-6.4V)/3K＝2.2mAe.流過(guò)電阻R*6的最大電流I5(限流時(shí)I5最大)I5MAX＝(13V-2.5V)/3K＝3.5mA穩(wěn)態(tài)時(shí)I5＝(13V-7.8V-0.6V)/3K＝1.6mAf.流過(guò)電阻R35的電流I6I6＝13V/100K＝0.13mA經(jīng)計(jì)算線性源需求最大電流I＝0.046+0.001+0.151+2.2+3.5+0.13＝6.03mA。為保證電路在80V時(shí)可靠工作，則電阻R10≤(80V-13V)/6.03mA＝11.11K。同時(shí)考慮一定的余量，實(shí)際R10選取6K的阻值。要保證穩(wěn)壓管V16能正常工作，要保證最小工作電壓80V下流過(guò)穩(wěn)壓管的電流最小要大于0.45mA(穩(wěn)壓管需要的最小電流0.3mA加上三極管V11需要的最大基極電流IB＝6.03/40＝0.15mA)。則R9≤V/I＝(80V-13.6V)/0.45mAR9≤147.6KΩ考慮一定的余量實(shí)際取R9＝110KΩ，這樣流過(guò)R9的最小電流＝(80V-13.6V)/110K＝0.6mA，滿足使用條件。3.開關(guān)機(jī)及延時(shí)關(guān)斷電路：開關(guān)機(jī)原理圖如圖1所示，電路上電時(shí)CD4093B的8腳為低，自諧振電路無(wú)法輸出振蕩脈沖，因此電路不能工作。當(dāng)開機(jī)指令TC_ON_OFF為高電平有效時(shí)，V26輸出為高電平，電路可正常啟動(dòng)，振蕩器起振。電路開始正常工作。4.自舉供電電路：自舉驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖1所示，CD4093B產(chǎn)生的方波脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)圖騰柱、C*3和V17對(duì)C*4充電，當(dāng)C*4兩端的電壓達(dá)到V1、V4N-MOS開啟閾值的時(shí)候，MOSFET從線性區(qū)順序過(guò)度到飽和導(dǎo)通，控制電容C*4的容值，可以實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)效果。MOSFET的S極開始輸出電壓，此輸出電壓通過(guò)自舉二極管V21和C*3輸出的電壓進(jìn)行疊加得到一個(gè)更高的電壓，如此經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期后，C*4兩端電壓達(dá)到10V左右，使MOSFET完全導(dǎo)通，S極輸出電壓達(dá)到母線電壓，最終通過(guò)自舉二極管V21和C*3輸出的電壓進(jìn)行疊加達(dá)到比母線電壓高10V左右。這樣門源極電壓為10V左右，可以使MOSFET正常開啟工作在飽和導(dǎo)通區(qū)，電路正常導(dǎo)通工作。相關(guān)參數(shù)計(jì)算：取方波頻率為220kHz、VT+＝6.5V、VT-＝4.1V，VDD＝10V。根據(jù)公式得RC＝4.624us，為降低損耗取阻值較大電阻，容值較小電容，所以取R*8＝43k，得C*5＝107p，實(shí)際取C*5＝100p。按照C*5和R*8的取值重新計(jì)算得Ton≈1.982usToff≈2.245usT＝Ton+Toff≈4.227usF＝1/T＝236Khz自舉電容C*4在方波每個(gè)周期低電平TOFF時(shí)間內(nèi)近似為恒流放電，放電電流近似為(10V-6.4V)/3k+(10V-8.2V)/3k＝1.8mA，因此C*4取值可以參考下式：C*4≥1.8mA×TOFF/du為了降低MOS管G極電壓的波動(dòng)，取du＝0.05V，則C*4≥80.82nF，為了進(jìn)一步降低G極電壓波動(dòng)，自舉電容C*4實(shí)際取值100nF。為了降低自舉驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)噪聲干擾在圖騰柱驅(qū)動(dòng)前端增加一個(gè)1nF對(duì)地電容，降低圖騰柱的開關(guān)速度。5.恒流限流電路：限流延時(shí)關(guān)斷電路如圖1所示，當(dāng)輸出電流變大時(shí)，采樣電阻R1上的電壓變大使三極管V5、MOS管V1、V4工作在線性區(qū)，利用MOS管工作在線性區(qū)較大的導(dǎo)通電阻來(lái)降低輸出電流使采樣電阻上的電壓變小，從而形成一個(gè)負(fù)反饋，使電流恒定在一個(gè)特定值上達(dá)到限流的目的。當(dāng)限流時(shí)，穩(wěn)壓管V2截止，三極管V9的集電極電壓開始變低，C12開始放電，使三極管V24截止，自鎖電路V22的基極電平開始變高，導(dǎo)致開關(guān)機(jī)自鎖電路中的三極管V22導(dǎo)通，自鎖定電路導(dǎo)通，使得三極管V19的基極不在維持導(dǎo)通，三極管V26被截止，自諧振電路由于與非門D1C的8腳為低，無(wú)法輸出振蕩脈沖，從而關(guān)斷整個(gè)電路。限流值公式：限流時(shí)鏡像電流源左右兩臂的電流I＝(6.4V-0.6V)/20K＝0.29mA，設(shè)限流值為4A，取R4＝470Ω，則限流值公式為：Is＝0.29mA×(R4-R3)/R1＝0.29mA×(470-R3))/10mΩ＝4A得R3＝332Ω，實(shí)際取R3＝330Ω，重新計(jì)算限流值Is＝0.29mA×(R4-R3)/R1＝0.29mA×(470-330))/10mΩ＝4.06A延時(shí)時(shí)間一共分為兩段：首先電容C12放電，導(dǎo)致三極管V24截止；其次電容C*6充電，達(dá)到三極管V22基極的飽和導(dǎo)通電壓閾值，從而關(guān)機(jī)。其中限流時(shí)間主要是靠C*6的放電時(shí)間來(lái)決定的。延時(shí)時(shí)間公式：a.第1階段C12放電，三極管V24截止，所用時(shí)間記為T1；T1＝(R43//R44)×C12×ln(Vs1/Vt1)Vs1＝(VIN+VCC)×R44//R43/(R44//R43+R38)+0.6其中VIN＝100V，VCC＝12V，R44＝200K，R38＝660K，R43＝30K得C12放電前電壓Vs1＝4.24VVt1為放電后電壓約為1.2V。得T1＝1.08ms。b.第2階段C*6充電，最終使電路關(guān)機(jī)，所用時(shí)間記為T2。時(shí)間要求限流延時(shí)時(shí)間為5ms，則T3＝5-1.08＝3.92ms。通過(guò)計(jì)算求得C*6的容值。得C*6＝202nF，實(shí)際選取C*6＝220nF。6.電流遙測(cè)電路：電流采樣電路如圖1所示，與限流電路共用采樣電阻，電流采樣電路采用鏡像電流源的采樣方式?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)R*5的大小來(lái)滿足不同采樣電流的需求。其典型的電流采樣公式為：Vsense＝Isense×Rsense×R*5/R5其中Vsense為電流采樣輸出電壓，Isense為輸出電流，Rsense為電流采樣電阻。電路的指標(biāo)要求及實(shí)測(cè)結(jié)果具體指標(biāo)如下：(以下測(cè)試如無(wú)特殊說(shuō)明，測(cè)試條件為常溫常壓環(huán)境)本發(fā)明中電路采用自舉升壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)N-MOS的高邊驅(qū)動(dòng)，具有精確地面可測(cè)量的限流及延時(shí)關(guān)斷保護(hù)功能。電路工作適應(yīng)寬輸入電壓范圍。對(duì)固態(tài)N-MOS的控制不再采用復(fù)雜的隔離供電方案，從而簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)；控制電路采用CD4093B構(gòu)成，電路具有靜態(tài)功耗??；基于鏡像電流源的恒流采樣及控制具有恒流限流精度高的特點(diǎn)；靜態(tài)電流低使得控制電路的電源可以采用簡(jiǎn)單的串聯(lián)穩(wěn)壓電路供電。本發(fā)明的電路采用基于鏡像電流源的電流采樣電路方式，基于RC的延時(shí)電路，通過(guò)鏡像電流源來(lái)控制功率N-MOS管的門源極電壓大小，在負(fù)載發(fā)生過(guò)流或短路時(shí)使MOS管工作在線性區(qū)，通過(guò)閉環(huán)反饋實(shí)現(xiàn)精確限流。選用N-MOS作為功率開關(guān)管，通過(guò)自舉升壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)N-MOS的高邊驅(qū)動(dòng)。負(fù)載發(fā)生過(guò)流甚至短路故障時(shí)，電路會(huì)把電流限制在一個(gè)設(shè)計(jì)指定的安全電流值，延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)斷。過(guò)流保護(hù)反應(yīng)時(shí)間為μs極，相比傳統(tǒng)的熔斷器保護(hù)時(shí)間的ms量級(jí)，具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)?？煽焖?、精確保護(hù)下游負(fù)載設(shè)備，待負(fù)載設(shè)備正常后，該電路可通過(guò)開機(jī)指令再次重新啟動(dòng)。電路具有軟啟動(dòng)、軟關(guān)斷功能，可有效消除容性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流，有效消除感性負(fù)載斷電時(shí)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)高壓危害。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：1.該電路選用N-MOS作為配電及供電保護(hù)開關(guān)，控制設(shè)備輸入端與母線之間的開啟與關(guān)斷。該電流的過(guò)電流能力可以通過(guò)N-MOS管并聯(lián)的數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展，本電路可適應(yīng)不超過(guò)100A的配電通路場(chǎng)合。2.采用自舉驅(qū)動(dòng)控制方式，無(wú)需采用復(fù)雜的變壓器浮地隔離驅(qū)動(dòng)方案，驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單、可靠等優(yōu)點(diǎn)。3.采用鏡像電流源電路實(shí)現(xiàn)對(duì)N-MOS器件的恒流限流閉環(huán)反饋控制，電路具有低功耗、保護(hù)響應(yīng)速度快、保護(hù)限流值精度高、體積小。4.電流遙測(cè)電路與用于恒流限流閉環(huán)反饋控制的電路共用電流采樣電阻，設(shè)計(jì)了基于鏡像電流源的電流遙測(cè)電路。5.設(shè)計(jì)了基于自鎖電路的延時(shí)關(guān)斷電路，實(shí)現(xiàn)了高邊過(guò)流狀態(tài)的低邊采樣。本發(fā)明是替代當(dāng)前航天器熔斷器+繼電器供配電體制的解決方案之一。同時(shí)，電路具有可恢復(fù)、重復(fù)使用的過(guò)流和短路保護(hù)功能，是構(gòu)建航天器供配電自主健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)、自主管理衛(wèi)星平臺(tái)的關(guān)鍵產(chǎn)品?？捎糜诟黝愋l(wèi)星的配電器、平臺(tái)及載荷中各種電子單機(jī)的一次母線保護(hù)裝置。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3