一种常光照情况下解决S3R电源系统涓流充电的电路的制作方法

一种常光照情况下解决s3r电源系统涓流充电的电路
技术领域
1.本发明涉及航天电源技术领域，具体涉及一种常光照情况下解决s3r电源系统涓流充电的电路。


背景技术：

2.锂离子蓄电池组是电源分系统的重要组成单机之一，作为整星能源心脏，光照期接收太阳电池充电，阴影期对星上设备提供储能电源。传统的s3r电源系统对蓄电池的充电过程是恒流充电、恒压充电，一般蓄电池电量进入80％左右，即进入恒压充电，就是涓流充电模式，此时充电速度会逐渐变慢，直到将电池充满，但涓流充电过程不可控制，当卫星进入常光照轨道，此时能源充足，太阳电池阵光生伏特效应，将太阳能转化成电能，对蓄电池充电，当蓄电池进入饱和状态时，由于线缆和蓄电池组内阻压降的影响，涓流充电会一直存在，由于卫星处于常光照轨道，蓄电池涓流充电的时间过长，可能造成蓄电池爆炸隐患，因此需要解决常光照情况下s3r电源系统涓流充电，对于蓄电池的在轨安全具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种常光照情况下解决s3r电源系统涓流充电的电路，解决常光照情况下s3r电源系统涓流充电的问题，该电路结构由三极管、电阻、比较器、继电器等组成，电装工艺流程简单，器件选型均为常规元器件，易于工程实现。
4.本发明采用的技术方案为：
5.一种常光照情况下解决s3r电源系统涓流充电的电路，包括：基准电路、电池电压分压电路、滞回比较电路、mea电路、运算放大器电路、s3r调节电路、功率稳定模块电路、使能开关控制电路以及分域信号锁定电路；其中：
6.基准电路，输出基准电压到滞回比较电路中；
7.电池电压分压电路，将电池电压信号输出至滞回比较电路中；
8.滞回比较电路，通过电池电压信号与基准信号进行比较，当电池电压信号低于设定的电池电压下限vb
th-时，滞回比较电路形成的bea信号输出低电平，分域信号锁定电路中的三极管q1、q2关闭，分域信号解锁为初始设定值，s3r调节电路给蓄电池组充电；当电池电压信号高于设定的电池电压上限vb
th+
时，滞回比较电路形成的bea信号输出高电平，分域信号锁定电路中三极管q1、q2接通，分域信号锁定为低电平，s3r调节电路通过调节功率稳定模块电路停止对蓄电池组充电；
9.使能开关控制电路，通过外部指令方式控制导通与关断，实现bea信号是否接入分域信号锁定电路中；
10.分域信号锁定电路，当使能开关控制电路接通后，bea信号为高电平时，使得分域信号锁定为低电平；bea信号为低电平时，使得分域信号锁定为初始设置值；分域信号送入运算放大器电路；
11.功率稳定模块电路，连接蓄电池组，实现对蓄电池组充电功能；
12.mea电路，对功率稳定模块电路输出功率vbus进行误差放大，并将输出的mea信号送入运算放大器电路中；
13.运算放大器电路，对mea信号与分域信号进行差分放大，输出端连接至s3r调节电路中；
14.s3r调节电路输出pwm控制信号，控制功率稳定模块电路的输出功率，完成蓄电池组充电功能。
15.进一步的，所述的基准电路vref，为固定电压值，采用稳压管产生一标准电压信号。
16.进一步的，所述电池电压分压电路包括电阻r1、r2；
17.电阻r1一端连接蓄电池组电压采样信号vbat，另一端与电阻r2串联，r2的另一端连接电池采样地线，r1、r2中间的连接点作为电池电压采样信号连接至滞回比较电路中。
18.进一步的，所述滞回比较电路包括比较器工作电源vcc、电阻r3、r4、r5、比较器；
19.电阻r3的两端分别跨接在比较器的同相端以及输出端；
20.电阻r4的一端连接比较器工作电源vcc，另一端连接比较器供电输入口；
21.电阻r5的一端连接比较器工作电源vcc，另一端连接比较器的信号输出口；
22.基准电路vref的输出信号连接到比较器的反相端；
23.比较器的输出即为bea信号。
24.进一步的，所述使能开关控制电路包括磁保持继电器k1。
25.进一步的，所述分域信号锁定电路包括分域电路、npn型三极管q1、q2；
26.分域电路产生恒定基准电压，即分域信号，送入运算放大器电路的输入负端；三极管q1的集电极连接分域电路，三极管q1发射极连接三极管q2的集电极，三极管q1、q2的基极相连，同时还连接在磁保持继电器k1的输出端，三级管q2的集电极连接信号地线。
27.进一步的，当卫星进入常光照轨道，打开使能开关k1，滞回比较电路将蓄电池电压采样信号与基准信号vref进行滞回比较，产生bea信号，控制三极管q1、q2的状态；充电过程中，当蓄电池电压低于设定值vb
th-时，滞回比较器形成的bea信号为低电平，三级管q1、q2截止，此时分域信号有效，s3r调节电路控制功率稳定模块电路进行全功率输出，实现蓄电池组充电功能；
28.蓄电池电压持续升高至设定的充电电压上限vb
th+
时，滞回比较器形成的bea信号为高电平，三极管q1、q2饱和导通，此时分域信号失效并锁定为低电平，s3r调节电路输出的pwm信号持续为高电平，控制功率稳定模块电路关闭功率输出，即关闭对蓄电池组的充电功能，有效避免在常光照情况下s3r电源系统涓流充电。
29.进一步的，调节电阻r1、r2和r3，从而调整常光照期蓄电池电压的滞回区间[vb
th-,vb
th+
]，使其上限与下限均低于常规条件下的母线充电终压vbus。
[0030]
进一步的，bea信号是否有效参与s3r调节电路，可由使能开关k1直接控制，卫星工作于常光照轨道，k1使能；卫星工作于光照-地影轨道，k1禁止。
[0031]
进一步的，使能开关k1使能时，bea信号控制三极管q1、q2的状态；当bea信号输出高电平时，三极管q1、q2饱和导通，分域电路中的固定电压信号失效并锁定为低电平，s3r调节电路输出的pwm信号持续为高电平，强制关闭功率稳定模块电路的输出；当bea信号输出
低电平时，三极管q1、q2截止，分域电路中的固定电压信号有效，s3r调节电路控制功率稳定模块电路进行全功率输出，实现蓄电池组充电功能；
[0032]
三极管q1与q2串联使用，q2饱和导通后，q1随之饱和导通，可有效避免单只三极管失效，提高了电路的可靠性。
[0033]
本发明与现有技术相比带来的有益效果为：
[0034]
本发明电路在蓄电池充电过程中，蓄电池电压低于28v时，q1、q2截止，分域电路中的固定电压信号有效，s3r调节电路控制功率稳定模块电路进行全功率输出，实现蓄电池组充电；当蓄电池电压充电高于28v时，q1、q2饱和导通，分域电路中的固定电压信号锁定为低电平，s3r调节电路控制功率稳定模块电路关闭功率输出，即关闭对蓄电池组的充电功能，蓄电池进入放电状态，蓄电池放电至蓄电池电压低于27v时，q1、q2截止，再次进入下一个循环。保证常光照期蓄电池一直存在充放电过程，有效避免常光照情况下s3r电源系统涓流充电。
附图说明
[0035]
本发明的一种常光照情况下解决s3r电源系统涓流充电的电路的实施例及附图给出。
[0036]
图1是本发明实施例一种常光照情况下解决s3r电源系统涓流充电的电路的结构框图。
[0037]
图2为本发明中滞回比较电路的一种实现形式示意图；
[0038]
图3为本发明中使能开关控制电路的一种实现形式示意图；
具体实施方式
[0039]
以下将结合附图对一种常光照情况下解决s3r电源系统涓流充电的电路进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0040]
如图1所示，本发明提出一种常光照情况下解决s3r电源系统涓流充电的电路，包括：基准电路、电池电压分压电路、滞回比较电路、mea电路、运算放大器电路、s3r调节电路、功率稳定模块电路、使能开关控制电路以及分域信号锁定电路；其中：
[0041]
基准电路，输出基准电压到滞回比较电路中；
[0042]
电池电压分压电路，将电池电压信号输出至滞回比较电路中；
[0043]
滞回比较电路，通过电池电压信号与基准信号进行比较，当电池电压信号低于设定的电池电压下限vb
th-时，滞回比较电路形成的bea信号输出低电平，分域信号锁定电路中的三极管q1、q2关闭，分域信号解锁为初始设定值，s3r调节电路给蓄电池组充电；当电池电压信号高于设定的电池电压上限vb
th+
时，滞回比较电路形成的bea信号输出高电平，分域信号锁定电路中三极管q1、q2接通，分域信号锁定为低电平，s3r调节电路通过调节功率稳定模块电路停止对蓄电池组充电；
[0044]
使能开关控制电路，通过外部指令方式控制导通与关断，实现bea信号是否接入分域信号锁定电路中；
[0045]
分域信号锁定电路，当使能开关控制电路接通后，bea信号为高电平时，使得分域信号锁定为低电平；bea信号为低电平时，使得分域信号锁定为初始设置值；分域信号送入
运算放大器电路；
[0046]
功率稳定模块电路，连接蓄电池组，实现对蓄电池组充电功能；
[0047]
mea电路，对功率稳定模块电路输出功率vbus进行误差放大，并将输出的mea信号送入运算放大器电路中；
[0048]
运算放大器电路，对mea信号与分域信号进行差分放大，输出端连接至s3r调节电路中；
[0049]
s3r调节电路输出pwm控制信号，控制功率稳定模块电路的输出功率，完成蓄电池组充电功能。
[0050]
如图1所示，本发明中所述的基准电路vref，为固定电压值，采用稳压管产生一标准电压信号。
[0051]
如图1所示，本发明中所述的电池电压分压电路包括电阻r1、r2；
[0052]
电阻r1一端连接蓄电池组电压采样信号vbat，另一端与电阻r2串联，r2的另一端连接电池采样地线，r1、r2中间的连接点作为电池电压采样信号连接至滞回比较电路中。
[0053]
如图1所示，本发明中所述的滞回比较电路包括比较器工作电源vcc、电阻r3、r4、r5、比较器；
[0054]
电阻r3的两端分别跨接在比较器的同相端以及输出端；
[0055]
电阻r4的一端连接比较器工作电源vcc，另一端连接比较器供电输入口；
[0056]
电阻r5的一端连接比较器工作电源vcc，另一端连接比较器的信号输出口；
[0057]
基准电路vref的输出信号连接到比较器的反相端；
[0058]
比较器的输出即为bea信号。
[0059]
如图1所示，本发明中所述使能开关控制电路采用磁保持继电器k1实现。
[0060]
如图1所示，本发明中所述分域信号锁定电路包括分域电路、npn型三极管q1、q2；
[0061]
分域电路产生恒定基准电压，即分域信号，送入运算放大器电路的输入负端；三极管q1的集电极连接分域电路，三极管q1发射极连接三极管q2的集电极，三极管q1、q2的基极相连，同时还连接在磁保持继电器k1的输出端，三级管q2的集电极连接信号地线。
[0062]
本发明工作原理：
[0063]
当卫星进入常光照轨道，打开使能开关k1，滞回比较电路将蓄电池电压采样信号与基准信号vref进行滞回比较，产生bea信号，控制三极管q1、q2的状态；充电过程中，当蓄电池电压低于设定值vb
th-时，滞回比较器形成的bea信号为低电平，三级管q1、q2截止，此时分域信号有效，s3r调节电路控制功率稳定模块电路进行全功率输出，实现蓄电池组充电功能；
[0064]
蓄电池电压持续升高至设定的充电电压上限vb
th+
时，滞回比较器形成的bea信号为高电平，三极管q1、q2饱和导通，此时分域信号失效并锁定为低电平，s3r调节电路输出的pwm信号持续为高电平，控制功率稳定模块电路关闭功率输出，即关闭对蓄电池组的充电功能，有效避免在常光照情况下s3r电源系统涓流充电。
[0065]
通过调节电阻r1、r2和r3，从而调整常光照期蓄电池电压的滞回区间[vb
th-,vb
th+
]，使其上限与下限均低于常规条件下的母线充电终压vbus。
[0066]
bea信号是否有效参与s3r调节电路，可由使能开关k1直接控制，卫星工作于常光照轨道，k1使能；卫星工作于光照-地影轨道，k1禁止。
[0067]
使能开关k1使能时，bea信号控制三极管q1、q2的状态；当bea信号输出高电平时，三极管q1、q2饱和导通，分域电路中的固定电压信号失效并锁定为低电平，s3r调节电路输出的pwm信号持续为高电平，强制关闭功率稳定模块电路的输出；当bea信号输出低电平时，三极管q1、q2截止，分域电路中的固定电压信号有效，s3r调节电路控制功率稳定模块电路进行全功率输出，实现蓄电池组充电功能；
[0068]
本发明中三极管q1与q2串联使用，q2饱和导通后，q1随之饱和导通，可有效避免单只三极管失效，提高了电路的可靠性。
[0069]
实施例
[0070]
参见图1、图2和图3，本实施例的一种常光照情况下解决s3r电源系统涓流充电的电路的结构框图和原理图。
[0071]
当卫星进入常光照轨道，打开使能开关k1，滞回比较电路实质是滞回比较器，调节r1、r2和r3，可调整常光照期蓄电池电压的滞回区间，使之低于母线充电终压vbus，保持充电过程一直大电流充电。当确定蓄电池电压的滞回区间[vb
th-,vb
th+
]后,根据基尔霍夫定律，
[0072]
r3＝min{(vcc-vref)/i
r3
,vref/i
r3
},
[0073]
其中i
r3
》100i
ib
、i
ib
为比较器的输入偏置电流；
[0074]
r1＝r3*(vb
th+-vb
th-)/vcc；
[0075]
r2＝1/(vb
th+
/(vref*r1)-1/r1-1/r3)。
[0076]
将蓄电池电压采样信号与基准vref滞回比较，产生bea信号，当蓄电池电压低于设定值下限vb
th-时，bea信号持续输出低电平，三级管q1、q2截止，分域电路中的固定电压信号有效，s3r调节电路控制功率稳定模块电路进行全功率输出，实现蓄电池组充电；当蓄电池电压持续升高至设定值上限vb
th+
时，bea信号输出高电平，，三极管q1、q2饱和导通，分域电路中的固定电压信号锁定为低电平，s3r调节电路控制功率稳定模块电路关闭功率输出，即关闭对蓄电池组的充电功能，蓄电池进入放电状态维持后端负载，蓄电池电压持续降低至设定值vb
th-时，进入下一个循环，可保证常光照期蓄电池一直存在充电与放电工况，有效避免常光照情况下s3r电源系统涓流充电。
[0077]
本实施例一次母线充电终压28.5v，进入常光照轨道后，卫星根据负载情况确定蓄电池充电时，打开使能开关k1，调节r1、r2和r3，使满足设定蓄电池电压的滞回区间[vb
th
,vb
th+
]＝[27v，28v]。
[0078]
k1可选择国内891厂磁保持继电器jmw-270m，触点寿命可达10万次，采用触点并联设计，可靠性良好，适应于常光照轨道和光照-地影轨道频繁切换，保证电池工作于安全状态。
[0079]
蓄电池充电过程中，蓄电池电压低于28v时，q1、q2截止，分域电路中的固定电压信号有效，s3r调节电路控制功率稳定模块电路进行全功率输出，实现蓄电池组充电；当蓄电池电压充电高于28v时，q1、q2饱和导通，分域电路中的固定电压信号锁定为低电平，s3r调节电路控制功率稳定模块电路关闭功率输出，即关闭对蓄电池组的充电功能，蓄电池进入放电状态，蓄电池放电至蓄电池电压低于27v时，q1、q2截止，再次进入下一个循环。保证常光照期蓄电池一直存在充放电过程，有效避免常光照情况下s3r电源系统涓流充电。
[0080]
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，对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。