本发明涉及空间电源领域，具体涉及一种航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法。
背景技术：
目前航天器电源系统所使用的是太阳电池阵-蓄电池电源系统。航天器处于光照期时，依靠太阳电池阵吸收太阳能为负载供电和蓄电池充电，同时多余的能源通过电源系统分流调节电路短路回路返回至太阳电池阵。近年来，对航天器电源系统寿命、可靠性以及功率输出能力要求越来越高，而影响航天器电源系统寿命和可靠性的关键因素之一就是电源系统能源的输出和调节能力。随着航天器负载功率需求越来越大，电源系统单路分流调节电路的输出功率能力越来越大，目前高轨通讯卫星母线电压已经采用100v母线电压体系，电源系统单路分流调节电路分流调节能力达到10a，即与分流调节电路对应的太阳电池阵单路输出电流最大可达到10a，若此时一路分流调节电路发生短路故障，则电源系统则损失能源达到1000w，因此分流调节电路的防短路保护设计至关重要。
传统航天器电源系统分流调节电路为防止分流调整管短路导致的太阳能损失，产品设计时一般通过在分流调节电路的调整管上串联一个保护管，对保护管的控制一般采取以下方法：地面通过指令方式隔离调整管短路故障，即当调整管短路后，通过地面干预的方法将该路分流调节电路的保护管断开，使得该路分流调节电路为负载直供电，达到避免一路太阳电池阵能源损失的目的。该方法存在一定不足：判断复杂且不及时。分流调节电路调整管发生短路故障后，需要地面根据电源系统相关遥测数据进行判定，势必不能实时对故障现象进行隔离。同时，一旦将该路分流调节电路的保护管通过地面指令关断，该路分流调节电路只有一种工作模式即直供电状态，该路分流调节电路对应的太阳电池阵输出能源全部输出至航天器负载，势必要求航天器负载在任何工作模式下，最小功率大于该路分流调节电路对应的太阳电池阵输出功率，否则出现母线电压，损坏航天器设备。
中国cn104821782b披露的“一种软件和硬件结合的分流调节控制装置及方法”中采用软件和硬件相结合的控制方式，一个开关管由硬件控制电路控制，另一个开关管由软件控制，通过软件检测母线电压反馈输出高电平或低电平，控制第二开关管导通或关断，实现对多余太阳阵能量进行分流，该控制方法适用于不调节母线体系，电源系统母线电压变化范围大。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法，简单、工作稳定可靠且保护控制响应及时。
为了达到上述的目的，本发明提供一种航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法，n路分流调节电路、电压调节器输出信号mea，电压基准排电路在原有输出n路基准信号的基础上增加一路基准信号输出，且新增基准信号的电压最小；原有n路基准信号分别输入至n路分流调节电路，新增基准信号分别输入至n路分流调节电路，信号mea分别输入至n路分流调节电路；对于每路分流调节电路，用信号mea与原有基准信号的比较结果控制调节管的工作状态，用信号mea与新增基准信号的比较结果控制保护管的工作状态；正常工作时，n路分流调节电路的保护管均处于导通状态，各路分流调节电路的分流调节功能由各自的调节管实现，根据负载功率需求，n路分流调节电路按照顺序分流调节控制方式为负载供电；当某一路分流调节电路的调整管发生短路故障，该路分流调节电路的分流调节功能由其保护管实现，且该路分流调节电路的分流调节顺序自动调整至最后一级。
上述航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法，其中，信号mea和基准信号均为电压信号；信号mea＞原有基准信号，调节管导通，信号mea＜原有基准信号，调节管关断；信号mea＞新增基准信号，保护管导通，信号mea＜新增基准信号，保护管关断。
上述航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法，其中，n+1路基准信号电压大小关系有：基准信号ref1＞基准信号ref2＞…＞基准信号refi＞基准信号ref(i+1)＞…＞基准信号refn＞基准信号ref(n+1)，其中，基准信号ref(n+1)为新增基准信号，基准信号refi为第i路原有基准信号，1≤i≤n。
上述航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法，其中，若信号mea＜新增基准信号，n路分流调节电路均处于直供电状态。
上述航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法，其中，所述分流调节电路包括第一比较电路、调整管驱动电路、第二比较电路、保护管驱动电路和分流调节电路功率拓扑；所述分流调节电路功率拓扑包括二极管d1、二极管d2、调整管q1和保护管q2；信号mea和原有基准信号为第一比较电路的两路输入信号，第一比较电路输出信号pwm1，信号pwm1输入调整管驱动电路，调整管驱动电路的输出与调整管q1的栅极连接；信号mea和新增基准信号为第二比较电路的两路输入信号，第二比较电路输出信号pwm2，信号pwm2输入保护管驱动电路，保护管驱动电路的输出与保护管q2的栅极连接；调整管q1的源极与保护管q2的漏极连接，保护管q2的源极接地；二极管d1和二极管d2串联，二极管d1的阳极输入太阳电池阵输出电流isa，二极管d2的阴极输出母线电压vbus，调整管q1的漏极与二极管d1的阳极连接。
与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：
本发明的航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法，仅通过增加一路基准信号，将分流调节电路防短路保护控制与系统分流调节控制合为一体，根据信号mea与增新增基准信号的比较结果决定保护管导通或关断，自动检测发生调整管短路故障的分流调节电路，自动实现了分流调节电路的防短路保护控制功能，保护控制响应及时，且方法简单、工作稳定可靠时；本发明的航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法，实现了在调整管短路故障条件下该路分流调节电路仍能对对应的太阳电池阵输出能源进行调节，减少了能源损失且保护了负载使用安全。
附图说明
本发明的航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法由以下的实施例及附图给出。
图1是本发明较佳实施例中航天器电源系统分流调节电路控制系统原理框图。
图2是本发明较佳实施例中分流调节电路原理框图。
图3是本发明较佳实施例中第一比较电路原理框图。
图4是本发明较佳实施例中第二比较电路原理框图。
图5是本发明较佳实施例中电压基准排电路原理框图。
具体实施方式
以下将结合图1～图5对本发明的航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法作进一步的详细描述。
以包含14路分流调节电路的航天器电源系统为例，详细说明本发明的航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法。
图1所示为本发明较佳实施例中航天器电源系统分流调节电路控制系统原理框图。
所述航天器电源系统分流调节电路控制系统37包括：
14路分流调节电路，分别为分流调节电路1、分流调节电路2、分流调节电路3、分流调节电路4、分流调节电路5、分流调节电路6、分流调节电路7、分流调节电路8、分流调节电路9、分流调节电路10、分流调节电路11、分流调节电路12、分流调节电路13和分流调节电路14；
14路分流调节电路对应的14路太阳电池阵，分别为太阳电池阵15、太阳电池阵16、太阳电池阵17、太阳电池阵18、太阳电池阵19、太阳电池阵20、太阳电池阵21、太阳电池阵22、太阳电池阵23、太阳电池阵24、太阳电池阵25、太阳电池阵26、太阳电池阵27和太阳电池阵28；
电容阵31；
负载32；
电压基准排电路30；以及
电压调节器29。
14路分流调节电路输出并联，将对应的14路太阳电池阵的输出能源按照负载32功率需求为负载32供电。
母线电压vbus和基准电压vref输入至电压调节器29运算，电压调节器29输出信号mea(电压信号)，信号mea反映了负载的功率情况；14路分流调节电路共用一个电压调节器29，电压调节器29输出的信号mea分别输入至14路分流调节电路。
电压基准排电路30输出15路基准信号(电压信号)，分别为基准信号ref1、基准信号ref2、基准信号ref3、基准信号ref4、基准信号ref5、基准信号ref6、基准信号ref7、基准信号ref8、基准信号ref9、基准信号ref10、基准信号ref11、基准信号ref12、基准信号ref13、基准信号ref14和基准信号ref15，各基准信号电压大小关系有：基准信号ref1＞基准信号ref2＞基准信号ref3＞基准信号ref4＞基准信号ref5＞基准信号ref6＞基准信号ref7＞基准信号ref8＞基准信号ref9＞基准信号ref10＞基准信号ref11＞基准信号ref12＞基准信号ref13＞基准信号ref14＞基准信号ref15。本发明在原有的14路基准信号的基础上，增加一路基准信号即基准信号ref15，且该新增的基准信号电压最小。
基准信号ref1、基准信号ref2、基准信号ref3、基准信号ref4、基准信号ref5、基准信号ref6、基准信号ref7、基准信号ref8、基准信号ref9、基准信号ref10、基准信号ref11、基准信号ref12、基准信号ref13和基准信号ref14按顺序分别输入至分流调节电路1、分流调节电路2、分流调节电路3、分流调节电路4、分流调节电路5、分流调节电路6、分流调节电路7、分流调节电路8、分流调节电路9、分流调节电路10、分流调节电路11、分流调节电路12、分流调节电路13和分流调节电路14，利用电压调节器29输出的信号mea与原有的基准信号的比较结果控制对应分流调节电路的调整管的工作状态(即调整管的通断)，具体地，信号mea大于基准信号，调整管导通，信号mea小于基准信号，调整管关断。具体地，信号mea与基准信号ref1的比较结果控制分流调节电路1的调整管的工作状态(信号mea大于基准信号ref1，分流调节电路1的调整管导通，信号mea小于基准信号ref1，分流调节电路1的调整管关断)、信号mea与基准信号ref2的比较结果控制分流调节电路2的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref3的比较结果控制分流调节电路3的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref4的比较结果控制分流调节电路4的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref5的比较结果控制分流调节电路5的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref6的比较结果控制分流调节电路6的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref7的比较结果控制分流调节电路7的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref8的比较结果控制分流调节电路8的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref9的比较结果控制分流调节电路9的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref10的比较结果控制分流调节电路10的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref11的比较结果控制分流调节电路11的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref12的比较结果控制分流调节电路12的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref13的比较结果控制分流调节电路13的调整管的工作状态、信号mea与基准信号ref14的比较结果控制分流调节电路14的调整管的工作状态。
基准信号ref15分别输入至分流调节电路1、分流调节电路2、分流调节电路3、分流调节电路4、分流调节电路5、分流调节电路6、分流调节电路7、分流调节电路8、分流调节电路9、分流调节电路10、分流调节电路11、分流调节电路12、分流调节电路13和分流调节电路14，利用电压调节器29输出的信号mea与新增的基准信号的比较结果控制各个分流调节电路的保护管的工作状态(即保护管的通断)，具体地，信号mea大于基准信号ref15，保护管导通，信号mea小于基准信号ref15，保护管关断。
正常工作时，电压调节器29输出的信号mea大于电压基准排电路输出的基准信号ref15，14路分流调节电路的保护管均处于导通状态，根据负载32功率需求，14路分流调节电路按照顺序分流调节控制方式为负载32供电，该顺序分流调节控制方式决定某一时刻只有一路分流调节电路工作在分流调节状态，即正常工作时，分流调节电路的调整管实现该路分流调节电路的分流调节功能；当某一路分流调节电路的调整管发生短路故障，该路分流调节电路的调整管的控制作用失效，该路分流调节电路的分流调节顺序自动调整至最后一级，此时，该路分流调节电路的分流调节功能由其保护管实现。保护管的工作状态由信号mea与基准信号ref15的比较结果控制，尽管当负载32功率增加时，电压调节器29输出的信号mea减小，但只要信号mea大于基准信号ref15，调整管发生短路故障的分流调节电路，其保护管仍处于导通状态，该路分流调节电路仍处于分流状态，即该路分流调节电路对应的太阳电池阵的输出能源通过该路分流调节电路短路回路返回太阳电池阵。因此，设计航天器电源系统分流调节电路控制系统37时，按照负载功率情况合理设计信号mea和15路基准信号，使信号mea始终大于基准信号ref15，就可保证即使某路分流调节电路的调整管短路，该路分流调节电路仍能具备分流调节功能。
若电压调节器29输出的信号mea继续减小，直到小于基准信号ref15，此时，14路分流调节电路的保护管均处于关断状态，14路分流调节电路均处于直供电状态，14路分流调节电路对应的14路太阳电池阵的输出能源全部输出至负载。
本发明适用于全调节母线，仅通过增加一路基准信号，将分流调节电路防短路保护控制与系统分流调节控制合为一体，根据信号mea与增新增基准信号的比较结果决定保护管导通或关断，实现在调整管短路故障条件下该路分流调节电路仍能对对应的太阳电池阵输出能源进行调节，只是该路分流调节电路的分流调节顺序调整至最后一级。本发明的航天器电源系统分流调节电路防短路控制方法自动实现了分流调节电路的防短路保护控制功能，无需地面人为干预，且控制方法简单、工作稳定可靠、保护控制响应速度快，确保在任何条件下电源系统母线电压输出稳定，能源足够。
14路分流调节电路的电路结构完全相同，现以分流调节电路1为例介绍分流调节电路。图2所示为本发明较佳实施例中分流调节电路原理框图。如图2所示，所述分流调节电路包括第一比较电路33、调整管驱动电路38、第二比较电路34、保护管驱动电路39和分流调节电路功率拓扑35；所述分流调节电路功率拓扑35包括二极管d1、二极管d2、调整管q1和保护管q2；信号mea和基准信号ref1为第一比较电路33的两路输入信号，第一比较电路33输出信号pwm1，信号pwm1输入调整管驱动电路38，调整管驱动电路38的输出与调整管q1的栅极连接；信号mea和基准信号ref15为第二比较电路34的两路输入信号，第二比较电路34输出信号pwm2，信号pwm2输入保护管驱动电路39，保护管驱动电路39的输出与保护管q2的栅极连接；调整管q1的源极与保护管q2的漏极连接，保护管q2的源极接地；二极管d1和二极管d2串联，二极管d1的阳极输入太阳电池阵输出电流isa，二极管d2的阴极输出母线电压vbus，调整管q1的漏极与二极管d1的阳极连接。
正常工作时，信号mea大于基准信号ref15，保护管q2处于导通状态，而分流调节电路的分流调节功能由调整管q1实现；当调整管q1发生短路故障时，调整管q1视为导线，其分流调节控制作用失效，信号mea大于基准信号ref15，保护管q2处于导通状态，由保护管q2实现该路分流调节电路的分流调节功能，由于基准信号ref15最小，基于顺序分流调节控制方式，该路分流调节电路的分流调节顺序自动调整至最后一级。
需要说明的是，本实施例虽然给出了分流调节电路的具体电路结构，但本发明对分流调节电路的具体电路结构不作限制，本技术领域的技术人员可根据需要设计其他结构形式，只要能执行相同功能即可。
图3所示为本发明较佳实施例中第一比较电路原理框图。如图3所示，所述第一比较电路33包括电阻r1、电阻r2和比较器n1；电阻r1一端接信号mea，另一端连接比较器n1的正输入端；电阻r2一端接基准信号ref1，另一端连接比较器n1的负输入端；比较器n1的输出端输出信号pwm1。
图4所示为本发明较佳实施例中第二比较电路原理框图。如图4所示，所述第二比较电路34包括电阻r3、电阻r4和比较器n2；电阻r3一端接信号mea，另一端连接比较器n2的正输入端；电阻r4一端接基准信号ref15，另一端连接比较器n2的负输入端；比较器n2的输出端输出信号pwm2。
图5所示为本发明较佳实施例中电压调节器原理框图。如图5所示，所述电压调节器29包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、运算放大器n3和电容c2；电阻r6一端接基准电压vref，另一端连接运算放大器n3的负输入端；电阻r9一端接母线电压vbus，另一端连接电阻r5，电阻r5另一端接地；电阻r7一端连接电阻r9另一端，另一端连接运算放大器n3的正输入端；电阻r8一端连接运算放大器n3的负输入端，另一端连接电容c2，电容c2另一端连接运算放大器n3的输出端，运算放大器n3的输出端输出信号mea。