本发明涉及一种用于太阳电池开关分流调节的保护电路。
背景技术：
太阳电池作为近地航天器在轨运行的主要能量来源，目前普遍采用多路开关分流的功率调节方式，一路分流调节电路失效意味着对应一路太阳电池子阵功率损失，电源供电能力下降，造成航天器在轨能量平衡情况恶化，影响航天器在轨工况配置和任务完成度，甚至威胁航天器在轨运行安全。无论从电源系统稳定运行，保障供电可靠性，还是从提高航天器在轨运行寿命，维持航天器任务需求角度出发，都需要太阳电池分流调节电路的可靠性，防止太阳电池在轨功率损失。
太阳电池分流调节失效已经成为影响航天器在轨任务和寿命的重要因素。对我国航天器电源系统在轨故障产生原因分析表明，由于太阳电池分流调节电路失效造成的故障约占全部故障量的5％，对太阳电池分流调节电路采取保护措施已经成为一种提高航天器电源系统可靠性和安全性的必要手段。
开关分流的太阳电池功率调节方式，具有控制电路功耗小，体积重量小，效率高，调节能力强的优势，已成为低地球轨道卫星(LEO)、中地球轨道卫星(MEO)、月球探测和火星探测等领域航天器太阳电池功率调节的首选手段。但采用开关分流调节方式会带来单路太阳电池子阵功率较大，一旦某路开关分流电路出现故障，整个太阳电池阵损失功率较多，必须采取保护措施来避免单路故障带来的功率损失。
现有技术中对太阳电池开关分流电路的保护方式研究较少，目前航天器应对单路太阳电池分流调节故障主要有以下三种方法：一是单路分流调节电路采用单开关管不进行保护，通过增加太阳电池阵设计余量以应对单路故障带来的功率损失，二是每路分流调节电路采用双开关管串联的保护方式，可以应对开关管自身故障情况，三是每路分流调节电路采用双开关管并联方式；上述方式在使用上存在以下局限性：方法一通过增加余量来应对故障，由于每路分流调节电路能力较强，带来电源系统供电能力余量过大，造成卫星资源浪费，增加研制成本，且增加每路分流调节电路的功率调节负担，带来热耗增加和分流余量降低等问题，方法二仅适用于开关管的自身故障处理，不适用于驱动控制电路故障导致开关管工作异常的故障处理，方法三可作为降低分流热耗的有效手段，但不具备分流保护功能，不能进行分流调节电路的保护处理。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有设计的不足，提供了一种太阳电池开关分流保护电路，体积小、重量轻、可靠性高，解决了太阳电池开关分流电路的故障保护问题。
本发明所采用的技术方案是：一种太阳电池开关分流保护电路，包括：分流保护主电路、保护使能控制电路；分流保护主电路包括与太阳电池子阵数量相同的保护通路，每个保护通路包括分流MOS管Q16、保护MOS管Q17、主功率通路隔离二极管D1、稳压二极管D2、消能电阻R11、消能电阻R12、限流电阻R13、磁保持继电器J18；太阳电池子阵与主功率通路隔离二极管D1正极相连，太阳电池子阵和主功率通路隔离二极管D1的公共端与分流MOS管Q16的漏极连接，分流MOS管Q16的源极连接保护MOS管Q17的漏极，分流MOS管Q16的驱动信号从栅极接入，消能电阻R11连接在分流MOS管Q16的栅极和源极之间；保护MOS管Q17的源极接地，栅极连接磁保持继电器J18的触点开关一端，磁保持继电器J18的触点开关另一端通过限流电阻R13与指令电源VCC相连；消能电阻R12连接在保护MOS管Q17的栅极和源极之间；稳压二极管D2的正极接地，负极与保护MOS管Q17的栅极相连；磁保持继电器J18的a组线包负极、b组线包负极接收外部遥控指令；保护使能控制电路包括与分流保护主电路数量相同的使能控制通路，每个控制通路包括指令电源VCC、限流电阻R14、限流电阻R15、磁保持继电器J19；磁保持继电器J18的a组线包正极与磁保持继电器J18的b组线包正极连接的公共端与磁保持继电器J19的触点开关一端连接，磁保持继电器J19的触点开关另一端通过限流电阻R14与指令电源VCC连接；磁保持继电器J19的a组线包正极与磁保持继电器J19的b组线包正极连接的公共端通过限流电阻R15与指令电源VCC相连，磁保持继电器J19的a组线包负极、b组线包负极接收外部遥控指令。
所述分流保护主电路还包括消反电动势二极管D3～D6；消反电动势二极管D3负极连接磁保持继电器J18的a组线包正极，消反电动势二极管D3正极连接消反电动势二极管D4负极，消反电动势二极管D4正极连接磁保持继电器J18的a组线包负极；消反电动势二极管D5负极连接磁保持继电器J18的b组线包正极，消反电动势二极管D5正极连接消反电动势二极管D6负极，消反电动势二极管D6正极连接磁保持继电器J18的b组线包负极。
所述保护使能控制电路还包括消反电动势二极管D7～D10；消反电动势二极管D7负极连接磁保持继电器J19的a组线包正极，消反电动势二极管D7正极连接消反电动势二极管D8负极，消反电动势二极管D8正极连接磁保持继电器J19的a组线包负极；消反电动势二极管D9负极连接磁保持继电器J19的b组线包正极，消反电动势二极管D9正极连接消反电动势二极管D10负极，消反电动势二极管D9正极连接磁保持继电器J19的b组线包负极。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明这种可用于太阳电池开关分流调节的保护电路，实现了航天器在轨任务期间太阳电池开关分流调节电路的保护；保护电路采用了保护开关管与分流主电路串联的方式，实现方式简单；设置了保护使能开关，在保护使能的前提下，才能够通过遥控指令断开分流保护管，防止在轨正常工作时发生误动作。
(2)本发明保护范围广，本发明的保护设计不仅可以应对开关管自身器件故障，还可以应对驱动控制电路故障带来的异常处理，可以覆盖太阳电池分流调节电路的主要故障模式。
(3)本发明实现方式简便，本发明的保护设计可直接嵌入各类典型分流保护电路中，并采用独立的控制电路，不改变原有电源控制拓扑和控制方式。
(4)本发明的可靠性高，本发明的保护设计设置了双重开关，只有在分流保护功能使能前提下，通过发送地面指令，才可断开分流保护管执行保护功能，保证在轨分流调节电路的正常工作。
附图说明
图1为本发明太阳电池开关分流保护电路的原理图。
具体实施方式
太阳电池开关分流保护电路的主要功能是对太阳电池开关分流调节电路进行保护，可避免分流管短路或分流管驱动电路故障引起的太阳电池子阵功率损失，实现在轨任务期间太阳电池能源保护，如图1所示，本发明公开了一种太阳电池开关分流保护电路，包括分流保护主电路、保护使能控制电路。
分流保护主电路用于对太阳电池分流通路进行通断控制，每路太阳电池子阵分流调节通路设计了保护开关管和分流开关管串联方式，可以在不影响分流调节电路正常工作的前提下实现该路太阳电池子阵功率保护功能，从而保证了可靠性。分流保护主电路中保护开关管的导通或断开以及禁止保护状态的设计都可以通过地面遥控指令执行，保护指令由地面直接遥控指令发出。在禁止保护状态下，保护指令无法执行分流保护功能。但在太阳电池分流保护进行过程中，禁止保护指令能够中断保护功能。正常情况下太阳电池分流通路处于禁止保护状态。当太阳电池分流通路短路故障时，需先发送保护使能指令使太阳电池分流保护电路处于保护功能使能状态，再接通保护动作执行开关。当保护电路中保护开关管处于关断状态，保护动作完成。
另外，为确保供电安全，防止正常工作期间太阳电池分流电路被误断开，本发明设置了保护使能控制电路。当该分流通路的保护电路状态设置为禁止时，即便发送保护动作执行指令，也无法接通保护动作执行开关。只有使能电路状态设置为使能时，才能够实现保护电路正常通断控制。
如图1所示，分流保护主电路包括与太阳电池子阵数量相同的保护通路，每个保护通路包括分流MOS管Q16、保护MOS管Q17、主功率通路隔离二极管D1、稳压二极管D2、消能电阻R11、消能电阻R12、限流电阻R13、磁保持继电器J18；太阳电池子阵SAS与主功率通路隔离二极管D1正极相连，太阳电池子阵SAS和主功率通路隔离二极管D1的公共端与分流MOS管Q16的漏极连接，分流MOS管Q16的源极连接保护MOS管Q17的漏极，分流MOS管Q16的驱动信号从栅极接入，消能电阻R11连接在分流MOS管Q16的栅极和源极之间；保护MOS管Q17的源极接地，栅极连接磁保持继电器J18的触点开关一端，磁保持继电器J18的触点开关另一端通过限流电阻R13与指令电源VCC相连；消能电阻R12连接在保护MOS管Q17的栅极和源极之间；稳压二极管D2的正极接地，负极与保护MOS管Q17的栅极相连；磁保持继电器J18的触点开关受磁保持继电器J18的a组线包负极、b组线包负极接收的外部遥控指令控制实现开关；消反电动势二极管D3负极连接磁保持继电器J18的a组线包正极，消反电动势二极管D3正极连接消反电动势二极管D4负极，消反电动势二极管D4正极连接磁保持继电器J18的a组线包负极；消反电动势二极管D5负极连接磁保持继电器J18的b组线包正极，消反电动势二极管D5正极连接消反电动势二极管D6负极，消反电动势二极管D6正极连接磁保持继电器J18的b组线包负极。
初始状态，磁保持继电器J18接通，保护MOS管Q17接通。以J18所示磁保持继电器为例，1脚和2脚是一组线包(a组线包)，9脚和10脚则是另外一组线包(b组线包)。3、4、5脚和6、7、8脚分别组成两组触点开关，触点开关接通和断开动作分别由两组线包控制。为防止触点误动作，采用两组触点开关串联。其中3脚和6脚是公共触点，磁保持继电器正常工作时，3脚触点只能和同组开关的4脚和5脚触点中的一个相连，6脚触点同理，只能与7脚和8脚触点中的一个相连。a组线包加电时，3脚触点和4脚触点相连，6脚触点和7脚触点相连；b组线包加电时，3脚触点和5脚触点相连，6脚触点和8脚触点相连；若a组线包和b组线包同时加电，则a组线包起作用。不妨假设磁保持继电器J18接收到接通的遥控指令(J18_on)，则有指令电源作用于a组线包的1脚和2脚(12V，80ms)，当脉冲电流由1脚进入从2脚流出时，触点开关动作，3脚触点和4脚触点相连，6脚触点和7脚触点相连，此时保护MOS管Q17接通，对太阳电池开关分流通路不起保护作用。若假设磁保持继电器J18接收到断开的遥控指令(J18_off)，则有指令电源作用于b组线包的9脚和10脚(12V，80ms)，当脉冲电流由9脚进入从10脚流出时，触点开关动作，3脚触点和5脚触点相连，6脚触点和8脚触点相连，此时保护管Q17关断，太阳电池开关分流通路断开，即分流保护主电路断开，该路太阳电池子阵电流只能流向负载端，分流保护作用生效。
若分流MOS管Q16出现短路，或分流MOS管Q16的驱动信号Signal_1出现长高电平故障带来分流MOS管Q16长通，则会引起该路太阳电池子阵电流全部对地分流，该路太阳电池子阵功率丧失。当出现上述故障时，可通过地面发送遥控指令J18_off，断开磁保持继电器J18，关断保护MOS管Q17，从而断开该路太阳电池子阵的分流通路，使该路太阳电池子阵SAS功率供给负载，由于航天器长期工作负载的存在，不会造成供电母线电压升高。
保护使能控制电路防止分流保护主电路发生误动作，如图1所示，保护使能控制电路包括与分流保护主电路数量相同的使能控制通路，每个控制通路包括指令电源VCC、限流电阻R14、限流电阻R15、磁保持继电器J19；磁保持继电器J18的a组线包正极与磁保持继电器J18的b组线包正极连接的公共端与磁保持继电器J19的触点开关一端连接，磁保持继电器J19的触点开关另一端通过限流电阻R14与指令电源VCC连接；磁保持继电器J19的a组线包正极与磁保持继电器J19的b组线包正极连接的公共端通过限流电阻R15与指令电源VCC相连，磁保持继电器J19的触点开关受磁保持继电器J19的a组线包负极、b组线包负极接收的外部遥控指令实现开关。
初始状态，磁保持继电器J19断开。假设发送分流保护使能指令(J19_on)，磁保持继电器J19触点开关动作，3脚触点和5脚触点相连，6脚触点和8脚触点相连，此时磁保持继电器J18的a组线包和b组线包上电，磁保持继电器J18可正常接受遥控指令执行保护任务。若发送分流保护禁止指令(J19_off)，磁保持继电器J19的3脚触点和4脚触点相连，6脚触点和7脚触点相连，磁保持继电器J18的a组线包和b组线包断电，磁保持继电器J18不能正常接受遥控指令因而无法动作。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。