航天器电源系统母线过压保护控制系统的制作方法

1.本发明涉及航天电源控制技术领域，特别涉及一种航天器电源系统母线过压保护控制系统。


背景技术：

2.电源分系统的一次母线是卫星的主电源，为整星负载供电，保障电源控制单机的一次母线稳定性安全可靠是卫星任务成败的关键，确保一次母线的供电正常，为其他分系统提供可靠的能源供给是电源分系统设计的基本要求。
3.随着卫星整星功率需求的增加，传统的低电压平台已难以满足能源需求，新设计高电压大电流新平台相较原有平台在保护设计方面有较大不同，传统平台在一次母线过压保护设计思路上通常使用分散式的设计，即将保护功能电路分散于各个功能模块输入端的设计模式。新平台因功能模块数量增加特性，传统设计状态会造成保护电路数量过多，功能重复分散，器件使用数量多成本高等情况。
4.因此，新平台采用统一式、功率耗散型的设计状态，那么，正确合理地设计新状态下一次母线的过压保护功能，就可以有效提升控制单机一次母线的可靠性，保证电源分系统的稳定性。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种航天器电源系统母线过压保护控制系统，该控制系统可以有效提升控制单机一次母线的可靠性，保证电源分系统的稳定性。
6.为实现上述目的和其他相关目的，本发明提供了一种航天器电源系统母线过压保护控制系统，用于一次母线的过压保护，包括第一级保护模块、第二级保护模块和第三级保护模块；
7.所述第一级保护模块包括第一母线采样电路、第一mea采样电路、第一控制电路、第一控制开关和模拟负载，所述第一母线采样电路和所述第一mea采样电路分别与所述第一控制电路相连，所述第一控制电路与所述第一控制开关相连，所述模拟负载通过所述第一控制开关与所述一次母线相连；
8.所述第二级保护模块包括第二母线采样电路、第二mea采样电路、第二控制电路和充电电路，所述第二母线采样电路和所述第二mea采样电路分别与所述第二控制电路相连，所述第二控制电路与所述充电电路相连，所述充电电路与所述一次母线相连；
9.所述第三级保护模块包括第三母线采样电路、第三控制电路和第三控制开关，所述第三母线采样电路与所述第三控制电路相连，所述第三控制电路与所述第三模拟开关相连，所述一次母线的供电源通过所述第三模拟开关接地；
10.所述第一母线采样电路用于采集所述一次母线的电压，若所述一次母线的电压超过一预设的第一阀值电压，所述第一母线采样电路发送超压信号给所述第一控制电路；所述第一mea采样电路用于采集所述一次母线的mea信号，若采集到的所述一次母线的mea信
号超过一预设的第一mea阀值，则发送mea过压保护信号给所述第一控制电路；所述第一控制电路接收到超压信号且接收到mea过压保护信号时，控制所述第一控制开关开启，所述模拟负载与所述一次母线连通，所述一次母线给所述模拟负载供电；
11.所述第二母线采样电路用于采集所述一次母线的电压，若所述一次母线的电压超过一预设的第二阀值电压，所述第二母线采样电路发送超压信号给所述第二控制电路；所述第二mea采样电路用于采集所述一次母线的mea信号，若采集到的所述一次母线的mea信号超过一预设的第二mea阀值，则发送mea过压保护信号给所述第二控制电路；所述第二控制电路接收到超压信号并且接收到mea过压保护信号时，控制所述充电电路开启充电；
12.所述第三母线采样电路用于采集所述一次母线的电压，若所述一次母线的电压超过一预设的第三阀值电压，所述第三母线采样电路发送超压信号给所述第三控制电路；所述第三控制电路接收到超压信号时，控制所述第三控制开关开启，所述一次母线的供电源连通接地；
13.所述第一阀值电压、所述第二阀值电压和所述第三阀值电压依次增大。
14.优选地，所述第二级保护模块还包括充电档位设置电路，所述充电档位设置电路与所述充电电路相连，用于设置所述充电电路的充电档位。
15.优选地，所述充电档位设置电路通过手动调节其中电路器件的参数设置所述充电电路的充电档位。
16.优选地，所述第二控制电路通过第一隔离二极管与所述充电电路相连。
17.优选地，所述充电档位设置电路通过第二隔离二极管与所述充电电路相连。
18.优选地，所述一次母线的供电源为太阳模拟阵。
19.优选地，所述超压信号和所述mea过压保护信号为高电平信号。
20.综上所述，本发明提供了一种航天器电源系统母线过压保护控制系统，在一次母线过压保护方面采用符合隔离保护逻辑顺序的电路设计，进一步提高了一次母线的可靠性，由模拟电路实现一次母线过压保护功能，电路结构简单易实现且可靠性高，克服了由电源系统高电压电流设计中采用分散式过压保护电路设置的缺点，对卫星用电源控制单机一次母线稳定性管理具有重要的工程价值。
21.进一步地，该过压保护控制系统采用不同的优先级顺序，并且采用了与门的设计方法，在满足同时实测到一次母线过压和一次母线发出的mea(母线主误差放大信号)后，才满足与门条件，进行过压保护，避免了误信号产生误保护的可能，单一误信号产生的保护能自恢复。
22.最后，本发明根据母线过压的等级采取相应的保护措施，能快速响应故障发生，在一次母线发生过压故障后不会因为无保护措施而使电源控制单机丧失工作能力，能够有效保证电源控制电机的一次母线稳定性，确保卫星整星电源系统的供电正常，为卫星其他分系统的工作提供稳定可靠的电源供给，防止卫星电源的故障而造成的卫星整星失效的发生。
附图说明
23.图1为本发明一实施例提供的航天器电源系统母线过压保护控制系统示意图。
24.其中，附图标记说明如下：
25.101
‑
第一母线采样电路；
26.102
‑
第一mea采样电路；
27.103
‑
第一控制电路；
28.104
‑
一次母线；
29.105
‑
模拟负载；
30.k1
‑
第一控制开关；
31.201
‑
第二母线采样电路；
32.202
‑
第二mea采样电路；
33.203
‑
第二控制电路；
34.204
‑
充电档位设置电路；
35.205
‑
充电电路；
36.301
‑
第三母线采样电路；
37.302
‑
第三控制电路；
38.303
‑
一次母线供电源；
39.k2
‑
第三控制开关。
具体实施方式
40.以下结合附图1和具体实施方式对本发明提出的航天器电源系统母线过压保护控制系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
41.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
42.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.参阅图1，本发明一实施例提供了一种航天器电源系统母线过压保护控制系统，包括第一级保护模块、第二级保护模块和第三级保护模块；所述第一级保护模块包括第一母
线采样电路101、第一mea采样电路102、第一控制电路103、第一模拟开关k1和模拟负载105，所述第一母线采样电路101和所述第一mea采样电路102分别与所述第一控制电路103相连，所述第一母线采样电路101和所述第一mea采样电路102分别用于采集所述一次母线104的电压信号和mea信号；所述第一控制电路103与所述第一控制开关k1相连，所述模拟负载105通过所述第一控制开关k1与所述一次母线104相连；所述第一控制开关k1的开闭决定所述模拟负载105与所述一次母线104连通与否。
44.所述第二级保护模块包括第二母线采样电路201、第二mea采样电路202、第二控制电路203和充电电路204，所述第二母线采样电路201和所述第二mea采样电路202分别与所述第二控制电路203相连，同理，所述第二母线采样电路201和所述第二mea采样电路202分别用于采集所述一次母线104的电压信号和mea信号，所述第二控制电路203与所述充电电路204相连，所述充电电路204与所述一次母线104相连，所述第二控制电路203可用于控制所述充电电路204是否通过所述一次母线104进行充电来减小所述一次母线104的功率。
45.所述第三级保护模块包括第三母线采样电路301、第三控制电路302和第三控制开关k2，所述第三母线采样电路301分别与所述一次母线104和所述第三控制电路302相连，所述第三母线采样电路301用于采集所述一次母线104的电压，所述第三控制电路302与所述第三控制开关k2相连，所述一次母线的供电源303通过所述第三控制开关k2接地，所述第三控制开关k2的开通与否决定所述一次母线的供电源303是否接地，即所述一次母线104是否失去供电输入。
46.具体实施的时候，若所述一次母线104出现过压故障时，并且所述第一母线采样电路101采集到的所述一次母线104的电压高于所述第一母线采样电路101设定的第一阀值电压，则所述第一母线采样电路101向所述第一控制电路103(与门)发送超压信号；所述第一mea(母线主误差放大信号)采样电路102采集到所述一次母线104的mea信号后，当mea信号高于所述第一mea采样电路预设的一第一mea阀值，向所述第一控制电路103(与门)发送mea过压保护信号；当所述第一控制电路103(与门)同时接收到超压信号和mea过压保护信号时，满足控制与门电路逻辑条件，开通所述第一控制开关k1，将所述模拟负载105接入所述一次母线104回路中，将多余能量耗散在所述模拟负载105上，一次母线过压第一级保护启动。超压信号和mea过压保护信号均可以是高电平信号，所述第一阀值电压较小。当所述一次母线104的过压故障消失后，可通过发送复位指令，重置所述第一控制电路103，关断所述第一控制开关k1，将所述模拟负载105从所述一次母线104回路中断开。
47.若所述一次母线104仍出现过压故障时，所述第二母线采样电路201采集到的所述一次母线104的电压高于所述第二母线采样电路201设定的第二阀值电压，则向所述第二控制电路203(与门)发送超压信号；所述第二mea(母线主误差放大信号)采样电路202采集所述一次母线104的mea信号，当mea信号高于所述第二mea采样电路预设的一第二mea阀值，向所述第二控制电路203(与门)发送mea过压保护信号；当所述第二控制电路203(与门)同时接收到超压信号和mea过压保护信号时，满足控制与门电路逻辑条件，控制所述充电电路205开启充电功能，将所述一次母线104的多余能量用于蓄电池充电，第二级保护启动。超压信号和mea过压保护信号均可以是高电平信号，所述第二阀值电压较大。
48.若所述一次母线104仍出现过压故障时，所述第三母线采样电路301采集到的所述一次母线104的电压高于所述第三母线采样电路301设定的第三阀值电压，向所述第三控制
电路302发送超压信号，所述第三控制电路302依据接受到的超压信号，控制所述第三控制开关k2强制开通，将所述一次母线供电源303接地，所述一次母线104功率输入消失，所述一次母线104电压下降，并逐步退出第二、第一级保护并恢复正常工作状态。超压信号可以是高电平信号，所述第三阀值电压最大。所述一次母线的供电源303可以为太阳模拟阵。当所述一次母线104过压故障消失后，所述第三母线采样电路301采集的电压信号不满足所述第三阀值电压设置要求，所述第三控制电路302输出低电平，所述第三控制开关k2受分流电路控制闭合。
49.在正常工作状态下，所述第一母线采样电路101、所述第一mea采样电路102无超压信号和mea过压保护信号输出，所述第一控制电路103未工作，所述第一控制开关k1关闭，所述模拟负载105不接入所述一次母线104回路中；所述第二母线采样电路201、所述第二mea采样电路202无超压信号和mea过压保护信号输出，所述第二控制电路203未工作，所述充电电路205未工作；所述第三母线采样电路301无超压信号输出，所述第三控制电路302未工作，所述第三控制开关k2受分流功率电路输出驱动信号控制，所述一次母线供电源303处于分流态或调整态。
50.该控制系统使电源控制单机发生一次母线过压故障后能迅速启动保护电路，保护控制单机一次母线正常。
51.在本实施例中，所述第二级保护模块还可以包括充电档位设置电路204，所述充电档位设置电路204与所述充电电路204相连，用于设置所述充电电路205的充电档位；所述充电档位设置电路204通过手动调节其中电路器件的参数设置所述充电电路205的充电档位，实现充电档位的可调节，在调整所述第二阀值电压时可以对应调整所述充电电路205的充电档位，使得所述一次母线104过压后降到所述第二阀值电压以下。当所述一次母线104的过压故障消失后，所述第二母线采样电路201采集信号不满足所述第一阀值电压设置要求，向所述第二控制电路203输出低电平，所述第二控制电路203不输出充电档位高电平，所述充电电路205受所述充电档位设置电路204控制，恢复正常工作状态。
52.在本实施例中，所述第二控制电路203通过第一隔离二极管d1与所述充电电路205相连，所述充电档位设置电路204通过第二隔离二极管d2与所述充电电路205相连，对电压的导通起到隔离的作用。
53.本发明的优点在于提供了一种航天器电源系统母线过压保护控制系统，在一次母线过压保护方面采用符合隔离保护逻辑顺序的电路设计，进一步提高了一次母线的可靠性；其次，该过压保护控制系统采用不同的优先级顺序，并且采用了与门的设计方法，在满足同时实测到一次母线过压和一次母线发出的mea(母线主误差放大信号)后，才满足与门条件，进行过压保护，避免了误信号产生误保护的可能，单一误信号产生的保护能自恢复；最后，本发明根据母线过压的等级采取相应的保护措施，能快速响应故障发生，在一次母线发生过压故障后不会因为无保护措施而使电源控制单机丧失工作能力。
54.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。