一种具备过压及短路故障限流功能的功率控制电路的制作方法

本发明涉及空间电源配电控制，具体涉及一种具备过压及短路故障限流功能的功率控制电路。

背景技术：

1、航天器供配电系统的任务是安全可靠地将电源系统产生的电能分配传输到飞行器上各用电设备，并对各用电设备的配电进行控制。供配电系统通过电缆网将电能传输到飞行器上各用电设备，在用电设备故障情况下进行线路保护。目前常用的配电控制器检测到用电设备故障时，即将用电设备断开，不适合因功率频繁变化引起电流尖峰的大功率特殊载荷，无法做到在大功率载荷下实现供配电电路输出电流分级保护。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种具备限流保护功能的供配电技术，满足特殊载荷的供配电需求，解决大功率载荷供配电电路输出电流分级保护的难题。

2、为实现上述目的，本发明提出了一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，包括控制电路和功率电路；所述功率电路为电源系统的载荷提供功率供电通道，包括采样电阻、开关管和滤波电容，所述采样电阻用于对该功率电路的电流进行采样，所述开关管用于控制该功率电路的通断，所述滤波电容用于对该功率电路的供电电压进行滤波；所述控制电路与功率电路连接，通过采集功率电路的电压、电流并处理后，输出信号控制所述开关管的开关；该控制电路包括电压采样电路、电流采样电路、判断电路和驱动电路；所述判断电路通过对电压采样电路输出的电压值和电流采样电路输出的电流值进行处理判断，并输出电压信号至驱动电路，从而驱动电路生成驱动电压至开关管。

3、优选地，所述判断电路包括：比较电路、pi电路、积分电路、锁存电路和取小电路。

4、优选地，所述电压采样电路连接在所述功率电路的电压两端，用于采集所述功率电路的供电电压；所述电流采样电路连接在采样电阻处，用于采集功率电路的电流；所述比较电路与所述电压采集电路连接，用于判断所述功率电路的供电电压是否过压，并输出第一电平v1至取小电路；所述pi电路与电流采样电路连接，用于判断功率电路的电流是否过流，并输出第二电平v2至积分电路和取小电路；所述积分电路与pi电路连接，用于判断pi电路输出的电平是否稳定，并输出第三电平v3至锁存电路和取小电路；所述锁存电路与积分电路连接，用于判断积分电路的输出是否为低电平，并输出第四电平v4至取小电路；所述取小电路与所述比较电路、pi电路积分、积分电路和锁存电路连接，用于比较该些电路的输出电平的大小，并取其中的最小值输出至驱动电路；所述驱动电路驱动开关管，控制开关管的阻抗大小，从而改变功率电路的电流。

5、优选地，所述开关管为mos管。

6、优选地，所述比较电路的正输入端输入电压参考值，负输入端连接所述电压采样电路的输出端，从而将电压采集电路采集的功率电路的供电电压输入比较电路，所述比较电路的输出端连接取小电路的第一输入端；

7、当所述供电电压大于电压参考值时，该比较电路输出的第一电平v1为低电平，否则，输出的第一电平v1为高电平。

8、优选地，所述pi电路的正输入端输入电流参考值，负输入端连接所述电流采样电路的输出端，所述pi电路的输出端分别连接积分电路的输入端和取小电路的第二输入端；

9、当功率电路的电流小于电流参考值时，pi电路输出的第二电平v2为高电平；当功率电路的电流达到电流参考值时，pi电路输出的第二电平v2处于线性区，功率电路的电流与电流参考值的误差越小，pi电路输出的第二电平v2越小；当功率电路的电流大于电流参考值时，pi电路输出的第二电平v2为低电平。

10、优选地，所述积分电路的输入端连接pi电路输出的第二电平v2，输出端连接取小电路的第三输入端，该积分电路根据pi电路的第二输出电平v2的高低及变化输出对应的第三电平v3至锁存电路的第一输入端和取小电路的第三输入端：

11、当pi电路输出的第二电平v2为高电平时，该积分电路输出的第三电平v3为高电平；当pi电路输出的第二电平v2降低时，该积分电路开始放电，并在设定时间t内逐渐放电直至输出的第三电平v3为低电平；当pi电路输出的第二电平v2恢复至高电平时，该积分电路的输出的第三电平v3恢复至高电平；其中，所述设定时间t指的是：在设定时间t内，作为开关管的mos管发热，其最高温度不得超过该mos管的最高结温。

12、优选地，所述锁存电路的第一输入端连接积分电路输出的第三电平v3，第二输入端连接上位机从而接收上位机的复位信号vfw，输出端连接取小电路的第四输入端从而输出第四电平v4至取小电路；

13、正常情况下，该锁存电路输出的第四电平v4为高电平，当积分电路输出的第三电平v3为低电平时，该锁存电路输出的第四电平v4为低电平；当该锁存电路输出的第四电平v4为低电平时，该锁存电路只能通过上位机的复位信号vfw恢复至高电平输出。

14、优选地，所述取小电路的第一输入端连接比较电路输出的第一电平v1，第二输入端连接pi电路输出的第二电平v2，第三输入端连接积分电路输出的第三电平v3，第四输入端连接锁存电路输出的第四电平v4，输出端连接驱动电路的输入端；该取小电路取输入的四个信号的最小值vctr输出，并传送至驱动电路，其中vctr为v1、v2、v3、v4中的最小值。

15、优选地，所述驱动电路的输入端连接取小电路的输出端从而接收vctr，输出端连接功率电路的开关管，驱动电路根据vctr输出驱动电压vpwm改变该开关管的阻抗：

16、当vctr为高电平时，驱动电路输出的驱动电压vpwm也为高电平，开关管的阻抗小，功率电路正常工作；当vctr变小时，驱动电压vpwm也变小，开关管的阻抗变大，对功率电路的输出电流进行限流；当vctr为低电平时，驱动电压vpwm也为低电平，开关管断开。

17、综上，本发明基于mos管阻抗特性设计了输出限流功率控制电路，和现有技术的功率控制技术相比，其优点在于，本发明的功率控制电路可以实现优先限流、超时关断、长时锁存的功能。

技术特征：

1.一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，其特征在于，包括控制电路和功率电路；

2.如权利要求1所述的一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，其特征在于，所述判断电路包括：比较电路、pi电路、积分电路、锁存电路和取小电路。

3.如权利要求2所述的一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，其特征在于，

4.如权利要求3所述的一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，其特征在于，所述开关管为mos管。

5.如权利要求4所述的一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，其特征在于，所述比较电路的正输入端输入电压参考值，负输入端连接所述电压采样电路的输出端，从而将电压采集电路采集的功率电路的供电电压输入比较电路，所述比较电路的输出端连接取小电路的第一输入端；

6.如权利要求5所述的一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，其特征在于，所述pi电路的正输入端输入电流参考值，负输入端连接所述电流采样电路的输出端，所述pi电路的输出端分别连接积分电路的输入端和取小电路的第二输入端；

7.如权利要求6所述的一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，其特征在于，所述积分电路的输入端连接pi电路输出的第二电平v2，输出端连接取小电路的第三输入端，该积分电路根据pi电路的第二输出电平v2的高低及变化输出对应的第三电平v3至锁存电路的第一输入端和取小电路的第三输入端：

8.如权利要求7所述的一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，其特征在于，所述锁存电路的第一输入端连接积分电路输出的第三电平v3，第二输入端连接上位机从而接收上位机的复位信号vfw，输出端连接取小电路的第四输入端从而输出第四电平v4至取小电路；

9.如权利要求8所述的一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，其特征在于，所述取小电路的第一输入端连接比较电路输出的第一电平v1，第二输入端连接pi电路输出的第二电平v2，第三输入端连接积分电路输出的第三电平v3，第四输入端连接锁存电路输出的第四电平v4，输出端连接驱动电路的输入端；该取小电路取输入的四个信号的最小值vctr输出，并传送至驱动电路，其中vctr为v1、v2、v3、v4中的最小值。

10.如权利要求9所述的一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，其特征在于，所述驱动电路的输入端连接取小电路的输出端从而接收vctr，输出端连接功率电路的开关管，驱动电路根据vctr输出驱动电压vpwm改变该开关管的阻抗：

技术总结
本发明公开了一种具备过压及短时故障限流功能的功率控制电路，包括控制电路和功率电路；所述功率电路为电源系统的载荷提供功率供电通道，包括采样电阻、开关管和滤波电容，所述采样电阻用于对该功率电路的电流进行采样，所述开关管用于控制该功率电路的通断，所述滤波电容用于对该功率电路的电压进行滤波；所述控制电路与功率电路连接，通过采集功率电路的电压、电流并处理后，输出信号控制所述开关管的开关；该控制电路包括电压采样电路、电流采样电路、判断电路和驱动电路；本发明的功率控制电路可以实现优先限流、超时关断、长时锁存的功能。

技术研发人员：董宝磊,蒋丛让,徐墨尘,朱子锐,刘涛,黄军,何小斌
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13