专利名称：一种适用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开机浪涌电流抑制装置，特别是涉及一种适用于航天器 电源系统供配电回路开机浪涌电流抑制装置。
背景技术：
继电器作为一种常用的控制器件己至少使用了几十年，继电器的触点有 一个使用寿命的问题。在工业应用中，触点损坏后可以更换一个新的继电器 继续使用，但在航天应用中，比如卫星上的零部件，上天后就不可能维修。 航天器上广泛使用磁保持继电器对载荷进行开关机操作，由于载荷电源输入 回路不可避免使用了电容，在开机瞬间电源对电容充电，充电产生的浪涌电 流会高达几安至几十安培，这个浪涌电流峰值往往是设备正常工作电流的几 倍至几百倍。瞬间的浪涌电流会在继电器触点间产生电火花，导致继电器触 点粘连或者接触不良，其结果就是设备不能正常开关机。大的浪涌电流还会 导致卫星母线电源出现短时间过载，威胁卫星电源系统安全。
按照继电器的使用要求，其触点上流过的电流不得超过其额定电流，为 了满足这个使用要求，第一可以选用额定电流大的继电器，第二可以减小开 机浪涌电流。卫星的重量一般以克为单位计算，选用额定电流大的继电器会 大大增加设备重量，而且设备开机浪涌电流一般都大大超过继电器触点额定 电流，只有减小开机浪涌电流才是最经济最有效的办法。
传统的消火花电路有使用串电阻电容的装置和方法，也有在回路中串电 感的方法等，但都不能彻底地将浪涌电流抑制到合理范围，电感串联过大还 会导致电路自激现象发生。
发明内容
本发明目的在于针对航天器供配电系统大量使用磁保持继电器进行设 备开关机，继电器使用过程中容易出现的触点烧蚀粘连问题；从而提供一种 适用于航天器上供配电系统的开机浪涌电流抑制装置。该装置使用较少的元 器件，而达到了抑制浪涌电流，防止触点烧蚀，提高继电器可靠性，延长继电器使用寿命的目的。
本发明的目的是这样实现的
本发明提供的适用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装置，为连 接于继电器与用电设备之间的浪涌电流抑制电路，该开机浪涌电流抑制装置 包括电阻和电容；其特征在于，还包括串联在回路中的第二熔断器F2和第 一熔断器Fl及所述的延时熔断电阻R5;所述的第一熔断器Fl与该延时熔断
电阻R5串联后与第二熔断器F2并联；
还包括一 N沟道场效应管Ql ，所述的N沟道场效应管Ql串联在第一熔断 器F1与延时熔断电阻R5串联后，与用电设备和电源回线之间；
还包括一串联在回路中的分压电路，所述的分压电路由第一电阻R1、第 二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4组成的形成场效应管的栅极控制电压； 所述的第一电阻Rl和所述的第二电阻R2并联，所述的第三电阻R3和所述 的第四电阻R4并联，然后两个并联电阻的电路再串联；所述的第一电阻R1 和所述的第二电阻R2并联后的另一端与所述的第一熔断器F1与延时熔断电 阻R5串联后与第二熔断器F2并联的电路电连接；
用于开机延时参数调整的第一电容C1、第二电容C2串联后再与第三电 阻R3和第三电阻R4并联，并联后的一端接地，另一端与所述的N沟道场效 应管Q1串联；其中第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2 共同决定延时时间常数。
在上述的技术方案中，所述第一电阻Rl和第二电阻R2分别为1MQ /0. 25W。
在上述的技术方案中，所述第三电阻R3和第四电阻R4分别为470KQ /0.25W。
在上述的技术方案中，所述第五电阻R5为0.5Q/2W。 在上述的技术方案中，所述第一电容Cl和所述第二电容C2分别为 0. 33uF/50V。
在上述的技术方案中，所述第一熔断器Fl和所述第二熔断器F2根据需 要选择1 8A。
在上述的技术方案中，所述N沟道场效应管选用2N6766、 2N7224或 2N7225。
本发明适用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装置，在Jl闭合瞬间，第一电容C1、第二电容C2上电压为0，场效应管Q1的栅极电压为O， 场效应管处于截止状态；随着第一电容Cl、第二电容C2充电，场效应管 Ql的栅极电压逐渐升高，场效应管开始由截止进入放大状态；随着Cl、 C2 继续充电，场效应管Ql的栅极电压逐渐升高，场效应管会由放大状态进入 饱和导通状态；饱和导通后，场效应管相当于一个几十毫欧姆的电阻。这个 由截止到饱和导通的过程控制设备缓慢加电，限制了用电设备开机的充电电 流，将用电设备启动电流限制在一个合理范围，达到了抑制浪涌电流的目的。 本发明的优点在于
本发明适用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装置安装在继电 器、用电设备之间和供电回路间，即可起到抑制开机浪涌电流的作用。因为 该装置应用在航天产品上，所以对装置的可靠性的要求高，因此本发明的 装置中电阻、电容、熔断器都设计了冗余备份，当第四电阻R4和第五电 阻R5之一出现断路；或第一电阻Rl和第二电阻R2之一出现断路；或第 一电容Cl和第二电容C2之一出现短路和断路情况时仍能保证设备正常供 电。
本发明的巧妙之处还在于合理地利用了场效应管的栅极控制特点，场效 应管是一种电压驱动器件，N沟道场效应管栅极电压为0时，处于截止状态， 漏电流很小，栅极电压从OV上升到IOV，场效应管会经历从截止到放大再到 饱和导通的过程，饱和导通后，场效应管的导通电阻可以小到毫欧级。所以 本发明通过控制场效应管的栅极电压，让场效应管有一个从截止到放大再到 饱和导通的变化过程，控制这个过程的时间(调整电容大小)，来达到让用 电设备电源缓慢加电的目的，使得开机过程不会出现大的浪涌电流。另外， 场效应管体积小，饱和导通电阻小和可靠性高，在不增加设备太多重量的同 时，还确保了装置的性能；因此，本发明非常适合在航天器上供配电系统开 关机电路中使用，本发明电路能有效抑制开机浪涌电流，防止继电器触点烧 蚀，延长继电器的使用寿命，可以在航天器供配电系统中推广使用。
图1为没有浪涌电流抑制装置的开关机电路，触点Jl容易烧蚀粘连； 图2为设有浪涌电流抑制装置的开关机电路，触点Jl上的浪涌电流受到 抑制，触点不容易烧蚀粘连；
图3为本发明的浪涌电流抑制装置电路组成示意图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图， 对根据本发明的技术方案进一步详细说明。
参考图3，制作本发明的一种适用于航天器供配电系统的开机浪涌电流 抑制装置，该开机浪涌电流抑制装置为连接于继电器与用电设备及电源回线 间的直流浪涌电流抑制电路。该发明的实验装置使用民品元器件很容易实 现，其中第一电阻Rl、第二电阻R2分别使用市场上购买的电阻值为1MQ /0.25W的电阻；第三电阻R3、第四电阻R4分别使用市场上购买的电阻值为 470KQ/0. 25W的电阻；第五电阻R5为0. 5 Q/2W的电阻。用于开机延时参数 调整的第一电容Cl、第二电容C2分别使用市场上购买的电容参数分别为 0.33uF/50V的电容。第一熔断器F1、第二熔断器F2可以根据需要选择l 8A的常规产品。N沟道场效应管可以选用2N6766、 2N7224、 2N7225等的常 规产品。该开机浪涌电流抑制装置由串联在回路中的第二熔断器F2和第一 熔断器Fl及延时熔断电阻R5，其中第一熔断器Fl与第五电阻R5串联后与 第二熔断器F2并联。一 N沟道场效应管Ql，所述的N沟道场效应管Ql串联 在第一熔断器F1与延时熔断电阻R5串联后，与用电设备和电源回线之间。 一串联在回路中的分压电路，所述的分压电路由第一电阻R1、第二电阻R2、 第三电阻R3及第四电阻R4组成的形成场效应管的栅极控制电压；所述的第 一电阻Rl和所述的第二电阻R2并联，所述的第三电阻R3和所述的第四电 阻R4并联，然后两个并联电阻的电路再串联；所述的第一电阻R1和所述的 第二电阻R2并联后的另一端与所述的第一熔断器Fl与延时熔断电阻R5串 联后与第二熔断器F2并联的电路电连接；
用于开机延时参数调整的第一电容C1、第二电容C2串联后再与第三电 阻R3和第三电阻R4并联，并联后的一端接地，另一端与所述的N沟道场效 应管Q1串联；其中第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2 共同决定延时时间常数。
将本实施例制作的开机浪涌电流抑制装置安装在继电器、用电设备、供 电回路间，即可起到抑制开机浪涌电流的作用。
考虑到航天产品对可靠性的要求，电阻、电容、熔断器都设计了冗余 备份，当第四电阻R4和第五电阻R5之一出现断路；或第一电阻R1和第 二电阻R2之一出现断路；或第一电容Cl和第二电容C2之一出现短路和
6断路情况时仍能保证设备正常供电。
本发明的开机浪涌电流抑制装置，用于航天器供配电系统中使用磁保持 继电器，在进行设备开关机时，继电器使用过程中容易出现的触点烧蚀粘连
问题(如图1所示)；而安装了本发明的开机浪涌电流抑制装置后即克服了 这一问题(如图2所示).
本发明的巧妙之处在于合理地利用了场效应管的栅极控制特点，场效应 管是一种电压驱动器件，N沟道场效应管栅极电压为O时，处于截止状态， 漏电流很小，栅极电压从0V上升到10V，场效应管会经历从截止到放大再到 饱和导通的过程，饱和导通后，场效应管的导通电阻可以小到毫欧级。本发 明通过控制场效应管的栅极电压，让场效应管有一个从截止到放大再到饱和 导通的变化过程，控制这个过程的时间(调整电容大小)，来达到让用电设 备电源缓慢加电的目的，使得开机过程不会出现大的浪涌电流。场效应管体 积小，饱和导通电阻小，可靠性高，因此，本发明非常适合在航天器上供配 电系统开关机电路中使用，本发明电路能有效抑制开机浪涌电流，防止继电 器触点烧蚀，延长继电器的使用寿命，可以在航天器供配电系统中推广使用。
应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神 和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因 此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
权利要求
1、适用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装置，为连接于继电器与用电设备之间的浪涌电流抑制电路，该开机浪涌电流抑制装置包括电阻和电容；其特征在于，还包括串联在回路中的第二熔断器(F2)和第一熔断器(F1)及所述的延时熔断电阻(R5)；所述的第一熔断器(F1)与该延时熔断电阻(R5)串联后与第二熔断器(F2)并联；还包括一N沟道场效应管(Q1)，所述的N沟道场效应管(Q1)串联在第一熔断器(F1)与延时熔断电阻(R5)串联后，与用电设备和电源回线之间；还包括一串联在回路中的分压电路，所述的第一电阻(R1)和所述的第二电阻(R2)并联，所述的第三电阻(R3)和所述的第四电阻(R4)并联，然后两个并联电阻的电路再串联；所述的第一电阻R1和所述的第二电阻(R2)并联后的另一端与所述的第一熔断器(F1)与延时熔断电阻(R5)串联后与第二熔断器(F2)并联的电路电连接；用于开机延时参数调整的第一电容(C1)、第二电容(C2)串联后再与第三电阻(R3)和第三电阻(R4)并联，并联后的一端接地，另一端与所述的N沟道场效应管(Q1)串联。
2、 按权利要求1所述的用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装 置，其特征在于，所述第一电阻(Rl)和第二电阻(R2)分别为1MQ/0.25W。
3、 按权利要求1所述的用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装 置，其特征在于，所述第三电阻(R3)和第四电阻(R4)分别为470KQ/0. 25W。
4、 按权利要求1所述的用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装 置，其特征在于，所述第五电阻(R5)为0.5Q/2W。
5、 按权利要求1所述的用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装 置，其特征在于，所述第一电容(C1)和所述第二电容(C2)分别为0. 33uF/50V。
6、 按权利要求1所述的用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装 置，其特征在于，所述第一熔断器(Fl)和所述第一熔断器(F2)根据需要 选择1 8A。
7、 按权利要求1所述的用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装置， 其特征在于，所述N沟道场效应管选用2N6766、 2N7224或2N7225。
全文摘要
本发明涉及的适用于航天器供配电系统的开机浪涌电流抑制装置，为连接于继电器与用电设备之间的浪涌电流抑制电路，该开机浪涌电流抑制装置，包括串联在回路中的第二熔断器和第一熔断器及延时熔断电阻；第一熔断器与该延时熔断电阻串联后与第二熔断器并联；和一串联在回路中的分压电路；用于开机延时参数调整的第一电容、第二电容；第一电容和所述的第二电容串联后再与第三电阻和第三电阻并联；以及N沟道场效应管串联在熔断器、用电设备和电源回线之间。本发明适用于航天器供配电系统的开关机电路，能有效减小开机过程中因电容充电导致的开机浪涌电流，延长继电器触点使用寿命。
文档编号H02H9/02GK101453117SQ20081018027
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月3日 优先权日2007年12月5日
发明者余光华, 周昌义, 孙辉先, 安军社, 陈晓敏 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心