一种卫星载荷电源备份系统

1.本实用新型涉及一种备份系统，具体涉及一种卫星载荷电源备份系统。


背景技术：

2.随着航天事业的不断发展，发射的卫星数量越来越多，卫星发射密度越来越高。卫星平台和新型载荷的研发周期越来越短，因卫星平台上的载荷分系统电源无备份或备份不合理，备份不合理是指控制部分与载荷部分供电电源不分开和控制板无备份。控制部分与载荷部分供电电源不分开需要星务控制系统判断冷备电源板工作状态，电源板工作状态异常时切换备份，需要更多控制指令，占用有限的指令资源和通信带宽；控制板无备份导致可靠性变差，进而导致载荷分系统无法工作的现象时有发生。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是解决现有卫星载荷电源备份系统存在备份不合理占用有限的指令资源和通信带宽，或者控制板无备份导致可靠性变差的技术问题，提供一种卫星载荷电源备份系统。
4.为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术解决方案如下：
5.一种卫星载荷电源备份系统，其特殊之处在于：包括控制指令继电器、电源模块、控制模块和载荷继电器；
6.所述控制指令继电器受外部星务控制系统控制；
7.所述控制指令继电器的输入端连接外部电源，控制指令继电器的输出端分为两路，一路连接电源模块的输入端，另一路连接控制模块的输入端；
8.所述电源模块经载荷继电器给外部载荷供电；
9.所述电源模块采用冷备模式，由所述控制模块控制冷备工作状态切换；
10.所述控制模块包括直流转换器温备组件和控制板冷备组件，所述控制板冷备组件用于与外部星务控制系统和外部载荷通信；所述控制板冷备组件分为两路，一路包括依次串联的第一继电器和第一控制板，另一路包括依次串联的第二继电器和第二控制板；
11.所述第一控制板和第二控制板共用地电极；
12.所述第一继电器为常闭继电器，并默认设置第一继电器控制信号处于上拉状态；
13.所述第二继电器为常开继电器，并默认设置第二继电器控制信号处于上拉状态；
14.所述第一继电器和第二继电器的使能信号均为高电平；
15.所述第一控制板输出控制信号控制第一继电器和第二继电器；所述第二控制板输出控制信号控制第一继电器和第二继电器；控制逻辑如下：
16.第一控制板工作情况正常时，第一控制板发送给第一继电器的控制信号为低电平，第一继电器维持常闭状态；第一控制板通过程序将第二继电器控制信号内部拉低，使第二继电器维持常开状态；
17.第一控制板工作情况异常时，由于第二继电器控制信号不再被第一控制板拉低，
第二继电器的控制信号因处于上拉状态，变为高电平，第二继电器转换为闭合状态，第二控制板工作，第二控制板发送给第一继电器控制信号为高电平，使第一继电器转换为断开状态，从而第一控制板失电不工作。
18.进一步地，所述直流转换器温备组件分为两路，每一路依次设置有直流转换器和第一单向导通元件，两路直流转换器的输入端共接，两路第一单向导通元件的负端共接，其中一路直流转换器的输出电压略高于另一路直流转换器的输出电压，以实现温备模式，始终由输出电压高的一路直流转换器给控制板冷备组件供电。
19.进一步地，所述电源模块分为两路，一路包括依次串联的第三继电器、电源板和第二单向导通元件，另一路包括依次串联的第四继电器、电源备板和第二单向导通元件，两路第二单向导通元件的负端共接后连接所述载荷继电器的输入端；
20.所述第一控制板输出的控制信号还控制第三继电器和第四继电器，所述第二控制板输出的控制信号还控制第三继电器和第四继电器。
21.进一步地，第一控制板的第一继电器和第二继电器控制信号接口位于不同组、第三继电器和第四继电器控制信号接口位于不同组；同理，第二控制板的第一继电器和第二继电器控制信号接口位于不同组、第三继电器和第四继电器控制信号接口位于不同组。
22.进一步地，所述控制指令继电器为两个相互并联的继电器。
23.进一步地，所述控制指令继电器为磁保持继电器。
24.进一步地，所述第一单向导通元件和第二单向导通元件均采用二极管。
25.进一步地，所述第一控制板和第二控制板均采用fpga芯片。
26.进一步地，所述载荷继电器有多个且相互并联，多个载荷继电器分别对应于不同的载荷。
27.本实用新型相比现有技术具有的有益效果如下：
28.1、本实用新型提供的卫星载荷电源备份系统，控制模块采用直流转换器温备组件和控制板冷备组件，控制板冷备组件分为两路，一路包括依次串联的第一继电器和第一控制板，另一路包括依次串联的第二继电器和第二控制板，第一继电器为常闭继电器，第二继电器为常开继电器，默认设置第一继电器和第二继电器的控制信号均处于上拉状态，电源模块采用冷备模式，并由控制模块控制冷备工作状态切换，电源模块不再需要占用星务控制系统指令资源，具有节省星务控制系统指令资源、可靠性高的优点，从而解决了现有卫星载荷电源备份系统因控制部分与载荷部分供电电源不分开，需要星务控制系统判断冷备电源板工作状态，电源板工作状态异常时切换备份，需要更多控制指令，占用有限的指令资源和通信带宽的问题。
29.2、本实用新型提供的卫星载荷电源备份系统，电源模块采用冷备模式，进一步增强了卫星载荷电源备份系统的可靠性。
30.3、第一控制板的第一继电器和第二继电器控制信号接口位于不同组、第三继电器和第四继电器控制信号接口位于不同组；同理，第二控制板的第一继电器和第二继电器控制信号接口位于不同组、第三继电器和第四继电器控制信号接口位于不同组，此处控制信号接口位于不同组是为了提高可靠性，控制芯片因静电放电或太空中单粒子效应会造成控制组信号开路，位于不同组可以提高可靠性。
31.4、控制指令继电器为两个相互并联的磁保持继电器，这样可以提高该部分的可靠
性和增大过载电流，此处采用的磁保持继电器断电再上电后会维持之前的工作状态，收到指令才会改变工作状态。
32.5、两路直流转换器中，一路直流转换器的输出电压略高于另一路直流转换器的输出电压，以实现温备模式，始终由输出电压高的一路直流转换器给控制板冷备组件供电。
33.6、为了避免高电压端向低电压端灌电，直流转换器温备组件的两个直流转换器后均设置有第一单向导通元件，电源板和电源备板后均设置第二单向导通元件，第一单向导通元件和第二单向导通元件均采用二极管。
34.7、由于fpga芯片的控制能力强和控制速度快，第一控制板和第二控制板的控制芯片均采用fpga芯片。
35.8、载荷继电器有多个且相互并联，具体数目由外部载荷的数目决定。
附图说明
36.图1为本实用新型卫星载荷电源备份系统示意图；
37.图2为图1中控制板冷备组件示意图；
38.图3为本实用新型卫星载荷电源备份系统的第一控制板和第二控制板分别对于第一继电器和第二继电器的控制示意图。
具体实施方式
39.下面结合附图对本实用新型作进一步地说明。
40.一种卫星载荷电源备份系统，包括控制指令继电器、电源模块、控制模块和载荷继电器；所述控制指令继电器为两个相互并联的磁保持继电器；所述控制指令继电器受外部星务控制系统控制，以决定分系统是否开机；所述控制指令继电器的输入端连接外部电源(即卫星平台给载荷分系统提供的一次电源)，控制指令继电器的输出端分为两路，一路连接电源模块的输入端，另一路连接控制模块的输入端；所述电源模块经载荷继电器连接外部载荷，所述电源模块采用冷备模式，冷备模式即设计两块电源板；载荷系统工作时可能不需要所有载荷都开机，因此通过控制板控制载荷继电器的通断以实现对载荷的控制。载荷继电器不只是一个继电器，而是相互并联的多个载荷继电器，多个载荷继电器分别对应于不同的载荷，载荷继电器的数量与控制的载荷数量相关。
41.所述控制模块包括两个直流转换器、第一单向导通元件、第一继电器、第一控制板、第二继电器和第二控制板；两个直流转换器采用温备模式，且其中一个直流转换器的输出电压略高于另一个直流转换器的输出电压，以实现温备模式，始终由输出电压高的一路直流转换器给控制板冷备组件供电，两路直流转换器的输出电压分别为v
o
+u0、v
o
，其中u0取值范围为0.5v-1.5v，优选1.0v。控制模块的核心为控制板，为了提高可靠性，控制板选用冷备模式，即第一控制板和第二控制板只有一块工作，系统上电后要选用一块控制板工作，控制板上电工作后，才可以对第一继电器和第二继电器进行控制，故每个直流转换器的输出端连接一个第一单向导通元件，两路第一单向导通元件共接后分为两路，一路包括依次串联的第一继电器和第一控制板，另一路包括依次串联的第二继电器和第二控制板；所述第一控制板输出控制信号控制第一继电器、第二继电器、电源模块，且第一控制板还与外部星务控制系统和外部载荷分别通信；所述第二控制板输出控制信号控制第一继电器、第二继
电器、电源模块，且第二控制板还与外部星务控制系统和外部载荷分别通信。
42.选用以上方式有一个问题需要解决，如果第一控制板故障的情况下，如何启用第二控制板，采用以下方式解决：
43.所述第一控制板和第二控制板共用地电极；所述第一继电器为常闭继电器；所述第二继电器为常开继电器；所述第一继电器和第二继电器的使能信号均为高电平，载荷系统通电后默认第一控制板工作，第二控制板不工作。控制板切换过程如下：
44.第一控制板的fpga工作情况正常时，该fpga发送给第一继电器的控制信号为低电平，第一继电器维持常闭状态；第二继电器控制信号处于上拉状态，第一控制板的fpga通过程序将第二继电器控制信号内部拉低，使第二继电器维持常开状态；
45.第一控制板的fpga工作情况异常时，第二继电器控制信号无法通过第一控制板的fpga内部程序拉低，第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器转换为闭合状态，第二控制板工作，第二控制板的fpga发送给第一继电器控制信号为上拉，为高电平，第一继电器转换为断开状态，第一控制板的fpga 失电不工作；第二继电器控制信号处于上拉状态为高电平，可以保证第二控制板的fpga程序加载过程中，第二继电器处于闭合状态，不会断开电源。
46.所述电源模块分为两路，一路包括依次串联的第三继电器、电源板和第二单向导通元件，另一路包括依次串联的第四继电器、电源备板和第二单向导通元件，两路第二单向导通元件的负端共接后连接所述载荷继电器的输入端，单向导通元件可以防止工作的电源板输出向未工作的电源板灌电流；所述第一控制板输出的控制信号还控制第三继电器和第四继电器，所述第二控制板输出的控制信号还控制第三继电器和第四继电器。电源板和电源备板只能有一块处于工作状态，哪块电源板工作由控制板控制第三继电器和第四继电器的通断实现。
47.所述电源板、电源备板、第一控制板和第二控制板按默认方式工作或根据外部星务控制系统的指令进行切换。
48.第一控制板的第一继电器和第二继电器控制信号接口位于不同组、第三继电器和第四继电器控制信号接口位于不同组；同理，第二控制板的第一继电器和第二继电器控制信号接口位于不同组、第三继电器和第四继电器控制信号接口位于不同组。所述第一单向导通元件和第二单向导通元件均采用二极管。所述第一控制板和第二控制板均采用fpga芯片。
49.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所保护技术方案的范围。