专利名称：一种卫星负载自断电与加电控制模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及航天的故障处理技术领域。
背景技术：
随着现代卫星技术的发展和进步，卫星的数量在急速增加，进一步加重了测控资源的任务，为更好的利用和减轻测控资源，这要求其卫星具有高的自主运行能力，合理有效 的自主故障诊断和处理技术是卫星自主性的一个重要方面，是当今卫星控制技术发展的趋 势，它在减轻地面测控负担、降低卫星运行费用、提高卫星的生存能力和扩展卫星的应用 潜力等方面具有重要意义。在轨运行卫星不可避免受空间粒子影响，卫星负载会出现单粒 子翻转、单粒子锁定故障，常规卫星负载在设计时考虑当计算机发生单粒子翻转故障时，可 以通过复位解除故障状态；发生单粒子锁定故障时，卫星姿态将出现失控状态，需在经过地 面测控站人工干预进行开关机操作解除故障状态，长时间的锁定故障能引起卫星负载或器 件烧毁，为了能及时有效的处理单粒子锁定故障需卫星负载具备自主断电再加电能力。
发明内容
本发明为了解决传统卫星负载发生单粒子锁定故障时，无法自主进行断电再加电 并解除锁定故障的问题，提出一种卫星负载自断电与加电控制模块。一种卫星负载自断电与加电控制模块，包括直流-直流电源模块、NMOS管、PMOS 管、二极管、嵌入式处理器、第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻，
所述直流_直流电源模块的使能输出端与NMOS管的漏极相连，NMOS管的源极接地， NMOS管的栅极与二极管的阴极相连，二极管的阳极与PMOS管的源极相连，直流-直流电源 模块的供电电压输出端与PMOS管的漏极相连，第一电容的一端连接在NMOS管的栅极与二 极管阴极的中间，第一电容的另一端接地，第一电阻的一端连接在二极管的阳极与PMOS管 源极的中间，第一电阻的另一端接地，第二电容和第二电阻并联在直流-直流电源模块的 供电电压输出端与PMOS管的栅极之间，直流-直流电源模块的供电电压输出端与嵌入式处 理器的供电电压输入端相连，嵌入式处理器复位信号PIO输出端与PMOS管的栅极相连，嵌 入式处理器内部集成有卫星负载控制模块和“看门狗电路”，卫星负载控制模块的喂狗信号 输出端与“看门狗电路”的信号输入端相连，嵌入式处理器正常工作时，卫星负载控制模块 周期性地产生喂狗信号，如果卫星负载控制模块在一定时间内没有产生喂狗信号，则“看门 狗电路”会产生复位信号，复位信号通过嵌入式处理器的复位信号PIO输出端传递至PMOS 管的栅极，PMOS管将在上述复位信号的触发下导通。嵌入式处理器内部嵌入卫星负载控制模块。本发明的装置可根据卫星负载工作状态，通过硬件电路实现卫星负载的自主断电 /再加电功能，进而解除卫星负载受空间环境影响引起的短期故障。当卫星负载受空间环境 影响，发生单粒子锁定故障时，可以自主进行断电再加电，解除锁定故障。
图1为一种卫星负载自断电与加电控制模块的结构示意图。图2为具体实施方式
二的结构示意图。图具体实施方式
三的相关点电压波形对照示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图1说明本实施方式，一种卫星负载自断电与加电控制模 块，包括直流_直流电源模块1、NM0S管2、PM0S管3、二极管D1、嵌入式处理器5、第一电容 Cl、第二电容C2、第一电阻Rl和第二电阻R2，
所述直流_直流电源模块1的使能输出端与NMOS管2的漏极相连，NMOS管2的源极接 地，NMOS管2的栅极与二极管Dl的阴极相连，二极管Dl的阳极与PMOS管3的源极相连，直 流_直流电源模块1的供电电压输出端与PMOS管3的漏极相连，第一电容Cl的一端连接 在NMOS管2的栅极与二极管Dl阴极的中间，第一电容Cl的另一端接地，第一电阻Rl的一 端连接在二极管Dl的阳极与PMOS管3源极的中间，第一电阻Rl的另一端接地，第二电容 C2和第二电阻R2并联在直流-直流电源模块1的供电电压输出端与PMOS管3的栅极之 间，直流_直流电源模块1的供电电压输出端与嵌入式处理器5的供电电压输入端相连，嵌 入式处理器5复位信号PIO输出端与PMOS管3的栅极相连，嵌入式处理器5内部集成有卫 星负载控制模块5-1和“看门狗电路”5-2，卫星负载控制模块5-1的喂狗信号输出端与“看 门狗电路” 5-2的信号输入端相连，嵌入式处理器5正常工作时，卫星负载控制模块5-1周 期性地产生喂狗信号，如果卫星负载控制模块5-1在一定时间内没有产生喂狗信号，则“看 门狗电路”5-2会产生复位信号，复位信号通过嵌入式处理器5的复位信号PIO输出端传递 至PMOS管3的栅极，PMOS管3将在上述复位信号的触发下导通。工作原理直流-直流电源模块1将电源系统提供的一次电源电压转换为卫星负 载所需的各种二次电源电压。直流-直流电源模块1具有输出使能端控制功能，使能端具 有内部上拉设计。使能端控制信号为一电平信号，高电平电源1输出有效，低电平电源1输 出禁止。NMOS管2的漏极与直流_直流电源模块1的使能输出端相连，NMOS管2的源极与 地相连。系统正常工作时NMOS管2处于截止状态，直流-直流电源模块1的内部上拉保证 使能端为高电平有效状态，直流-直流电源模块1有电压输出，卫星负载可以正常工作。二极管Dl的阳极与PMOS管3的源极相连接，二极管Dl的阴极与NMOS管2的栅 极相连接。嵌入式处理器5内部集成有卫星负载控制模块5-1和“看门狗电路” 5-2，卫星负 载控制模块5-1正常工作时，周期性地产生喂狗信号，如果卫星负载控制模块5-1在一定时 间内没有产生喂狗信号，则“看门狗电路”5-2会产生复位信号，在该信号的触发下，PMOS管 3将导通。PMOS管3导通后通过二极管Dl对第一电容Cl充电，当第一电容Cl电压超过NMOS 管2的导通门限电压时NMOS管2导通，直流-直流电源模块1使能输出端INH下拉到低电 平，直流-直流电源模块1无电压输出。直流-直流电源模块1无电压输出后，PMOS管3将 处于截止状态，第一电容Cl开始通过二极管Dl放电，放电电流为二极管的反向电流。当第一电容Cl上的电压低于NMOS管2的截止电压后，NMOS管2处于截止状态，直流-直流电源模块1使能允许，电源模块重新输出，嵌入式处理器5再次进入工作状态，实现一次自断 电/加电控制过程。本发明的优点是结构简单、成本低廉、性能稳定、可靠性高，使用方便，设计灵活。 本发明的自断电/加电电路是针对卫星负载受空间辐射影响设计的一种故障处理电路，可 以解除单粒子翻转和锁定等故障。
具体实施方式
二、结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的不 同之处在于一种卫星负载自断电与加电控制模块，还包括第三电容C3和第四电容C4，所述 第三电容C3串联在第一电容Cl与接地点之间，所述第三电容C4串联在第一电容C2与接 地点之间。在具体实施方式
一中所述的卫星负载自断电与加电控制模块中，第一电容Cl及 第二电容C2可能存在短路故障模式，当发生短路故障时，PMOS管3或NMOS管2将处于截 止工作状态，嵌入式处理器5处于加电工作状态，不影响卫星负载的正常工作。由于第一电 容Cl及第二电容C2 —般情况下工作在低压差状态，因此电容因高压失效的概率很小，在电 容值不大的情况下，也可以用电容串联的方式预防电容短路失效模式的发生，如图2所示。 当电容出现开路故障时，断电时间将很短，但出现断电状态是确定的，因为只有断电状态才 能解除使能控制，而使能控制有效时为断电状态输出。
具体实施方式
三、本实施方式与具体实施方式
一或二的不同之处在于嵌入式处理 器5的型号为TSC695F。
具体实施方式
四、本实施方式与具体实施方式
一或二的不同之处在于直流-直流 电源模块1为具有输出使能控制的直流-直流电源模块。
具体实施方式
五、本实施方式与具体实施方式
一、二、三或四的不同之处在于第一 电容Cl为IyF-IO μ F，二极管Dl的正向导通电阻不大于IK Ω。
具体实施方式
六、结合图3说明本实施方式，图1中的a点、b点和c点的电压曲线 关系如图3所示，初始态情况下a点及b点电压均为0V，NM0S管2处于截止状态，直流-直 流电源模块1的使能输出端内部上拉为高电平，直流-直流电源模块1有电压输出，嵌入式 处理器5可以加电正常工作。当出现故障时，嵌入式处理器5中“看门狗电路”输出，c点 变为低电平，使PMOS管3导通，经过二极管Dl向第一电容Cl充电，a点电平升高，当超过 NMOS管2门限电压时，NMOS管2导通，直流-直流电源模块1使能输出端下拉到低电平，直 流-直流电源模块1无输出电压，但由于负载第二电容C2的存在，输出电压逐渐下降为0V， 输出电压维持的时间不小于10ms。在此期间，第一电容Cl充电已达到饱和电压，并使NMOS 管2处于导通状态。当负载电压下降OV后，PMOS管3处于截止状态，第一电容Cl开始通 过二极管Dl放电，由于放电时二极管Dl为反向连接，因此放电电流为二极管的反向电流， 一般二极管的反向电流只有ΙμΑ左右。假设第一电容Cl为lyF，放电电流为ΙμΑ，第一 电容Cl上的电压变化3V，则放电时间大约为3s。当Cl上的电压低于NMOS管2的截止电 压后，NMOS管2处于截止状态，直流_直流电源模块1使能允许，直流_直流电源模块1重 新输出，嵌入式处理器5再次进入工作状态，实现一次自断电/加电控制过程。第一电容Cl的充放电时间常数是不同的。充电时的路径为PMOS管3、二极管Dl的正向导通电阻及第一电容Cl，其充电时间常数主要由二极管Dl的正向电阻及第一电容Cl决定。二极管Dl的正向导通电阻一般不大于IK Ω，因此充电时间常数为1ms，如果在直流-直流电源模块1输出禁止后输出电压能 够维持10ms，则第一电容Cl上的电压可以充电到饱和状态，使NMOS管2处于导通状态。
放电回路的路径为第一电容Cl、二极管Dl的反向电阻和第一电阻R1，其放电时间 常数主要由第一电容Cl及二极管Dl反向电流决定。第一电容Cl上的电压从饱和电压下 降到NMOS管2的截止电压，设其电压变化量为IV，则放电时间常数大约为Is左右。如果希 望放电时间长一些，可以通过选择反向电流较小的二极管，或增加第一电容Cl的电容值， 但增加电容值会导致充电时间常数变大，要求负载第二电容C2增加，以便能够有足够的时 间将第一电容Cl充电到饱和状态。在负载电容能够维持IOms的情况下，第一电容Cl的最 大值可以选择为10 μ F，因此放电时间常数可以在IOs内进行选择，也就是自断电时间可以 维持到IOs左右。一般负载断电超过ls，就可以认为达到了完全断电状态。
权利要求
一种卫星负载自断电与加电控制模块，其特征在于包括直流-直流电源模块(1)、NMOS管(2)、PMOS管(3)、二极管(D1)、嵌入式处理器(5)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述直流-直流电源模块(1)的使能输出端与NMOS管(2)的漏极相连，NMOS管(2)的源极接地，NMOS管(2)的栅极与二极管(D1)的阴极相连，二极管(D1)的阳极与PMOS管(3)的源极相连，直流-直流电源模块(1)的供电电压输出端与PMOS管(3)的漏极相连，第一电容(C1)的一端连接在NMOS管(2)的栅极与二极管(D1)阴极的中间，第一电容(C1)的另一端接地，第一电阻(R1)的一端连接在二极管(D1)的阳极与PMOS管(3)源极的中间，第一电阻(R1)的另一端接地，第二电容(C2)和第二电阻(R2)并联在直流-直流电源模块(1)的供电电压输出端与PMOS管(3)的栅极之间，直流-直流电源模块(1)的供电电压输出端与嵌入式处理器(5)的供电电压输入端相连，嵌入式处理器(5)复位信号PIO输出端与PMOS管(3)的栅极相连，嵌入式处理器(5)内部集成有卫星负载控制模块(5-1)和“看门狗电路”(5-2)，卫星负载控制模块(5-1)的喂狗信号输出端与“看门狗电路”(5-2)的信号输入端相连，嵌入式处理器(5)正常工作时，卫星负载控制模块(5-1)周期性地产生喂狗信号，如果卫星负载控制模块(5-1)在一定时间内没有产生喂狗信号，则“看门狗电路”(5-2)会产生复位信号，复位信号通过嵌入式处理器(5)的复位信号PIO输出端传递至PMOS管(3)的栅极，PMOS管(3)将在上述复位信号的触发下导通。
2.根据权利要求1所述的一种卫星负载自断电与加电控制模块，其特征在于还包括第 三电容(C3)和第四电容(C4)，所述第三电容(C3)串联在第一电容(Cl)与接地点之间，所 述第三电容(C4)串联在第一电容(C2)与接地点之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种卫星负载自断电与加电控制模块，其特征在于嵌入 式处理器(5)的型号为TSC695F。
4.根据权利要求1或2所述的一种卫星负载自断电与加电控制模块，其特征在于第一 电容(Cl)为IyF-IO μ F，二极管(Dl)的正向导通电阻不大于IK Ω。
全文摘要
一种卫星负载自断电与加电控制模块，涉及航天的故障处理技术领域。解决了传统卫星负载发生单粒子锁定故障时，无法自主进行断电再加电并解除锁定故障的问题。电源模块与NMOS管的漏极相连，NMOS管的源极接地，二极管的阴极与NMOS管的栅极相连，阳极与PMOS管的源极相连，电源模块与PMOS管的漏极相连，第一电容的一端连接在NMOS管的栅极与二极管阴极的中间，另一端接地，第一电阻一端连接在二极管的阳极与PMOS管源极的中间，另一端接地，第二电容和第二电阻并联在电源模块的供电电压输出端与PMOS管的栅极之间，电源模块与嵌入式处理器相连，嵌入式处理器与PMOS管的栅极相连，本发明适用于航天卫星负载控制。
文档编号H02M1/36GK101820215SQ20101016986
公开日2010年9月1日 申请日期2010年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者刘源, 孙兆伟, 徐国栋, 曹星慧, 赵丹, 邢雷 申请人:哈尔滨工业大学