本發(fā)明涉及一種雙通路平臺(tái)供電自主切換電路，屬于航天器供電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

航天器電源系統(tǒng)的供電體制主要有單母線(xiàn)供電和多母線(xiàn)供電兩種體制，相對(duì)于單母線(xiàn)供電體制，多母線(xiàn)供電體制下各條一次母線(xiàn)輸出相互獨(dú)立，能夠有效避免脈沖負(fù)載對(duì)穩(wěn)定負(fù)載帶來(lái)的干擾。以雙母線(xiàn)供電體制為例，電源系統(tǒng)可提供兩條獨(dú)立母線(xiàn)輸出，其中第一條母線(xiàn)供給衛(wèi)星平臺(tái)負(fù)載設(shè)備，第二條母線(xiàn)供給高功率脈沖載荷設(shè)備，可保證平臺(tái)負(fù)載設(shè)備工作的穩(wěn)定性，同時(shí)兼顧載荷設(shè)備的供電需求。

多母線(xiàn)供電體制目前廣泛應(yīng)用于微波遙感和軍事偵察領(lǐng)域。根據(jù)航天器在軌長(zhǎng)壽命高可靠性的需求，電源系統(tǒng)必須具備一定的自主故障診斷能力?？紤]到運(yùn)行在低地球軌道(LEO)、中地球軌道(MEO)的航天器存在較長(zhǎng)時(shí)間的不可見(jiàn)測(cè)控弧段，一旦未能及時(shí)處理平臺(tái)電源故障，將給衛(wèi)星安全帶來(lái)嚴(yán)重影響甚至導(dǎo)致衛(wèi)星任務(wù)失敗，這就要求電源系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間降低平臺(tái)電源故障影響，通過(guò)備份供電通路維持平臺(tái)能源供給，為地面故障定位和補(bǔ)救工作爭(zhēng)取時(shí)間。

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研可知，國(guó)內(nèi)外對(duì)多母線(xiàn)供電體制下的雙通路平臺(tái)自主供電方法研究甚少，國(guó)內(nèi)還未在這方面開(kāi)展過(guò)深入研究。目前LEO軌道多母線(xiàn)供電體制衛(wèi)星的平臺(tái)母線(xiàn)均采用太陽(yáng)翼+蓄電池的單一通路供電方式，無(wú)備份通路和通路切換設(shè)計(jì)。專(zhuān)利“一種航天器兩器能源共用方法”提出了一種航天器間能源使用方法，該方法是針對(duì)深空探測(cè)或空間站領(lǐng)域兩個(gè)飛行器對(duì)接狀態(tài)。上述方法存在以下局限性：1.僅適用于深空探測(cè)或空間站領(lǐng)域兩個(gè)航天器間聯(lián)合供電情況，用途在于解決兩器對(duì)接后單個(gè)航天器能源供給問(wèn)題，不適用于航天器內(nèi)部多母線(xiàn)獨(dú)立供電情況；2.僅有聯(lián)合供電工作模式，依靠地面指令進(jìn)行控制，不具備單通路供電模式，也不具備故障診斷和通路自主切換功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可靠性高的雙通路平臺(tái)供電自主切換電路，解決了長(zhǎng)壽命衛(wèi)星在軌期間平臺(tái)電源故障情況下平臺(tái)供電主備通路自主切換問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種雙通路平臺(tái)供電自主切換電路，包括：信號(hào)采集功能電路、信號(hào)比較功能電路、信號(hào)篩選功能電路、使能控制功能電路以及信號(hào)配置功能電路；

信號(hào)采集功能電路對(duì)平臺(tái)蓄電池組電壓進(jìn)行采集和放大，并將生成的采集信號(hào)送入信號(hào)比較功能電路中，信號(hào)比較功能電路將采集信號(hào)與設(shè)定的切換閾值進(jìn)行比較并輸出比較結(jié)果，信號(hào)篩選功能電路對(duì)三路并行比較功能電路輸出的比較結(jié)果進(jìn)行有效識(shí)別并輸出識(shí)別結(jié)果；使能控制功能電路對(duì)識(shí)別結(jié)果信號(hào)進(jìn)行約束，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星平臺(tái)供電保護(hù)自主模式或者手動(dòng)模式切換，并生成控制信號(hào)；信號(hào)配置功能電路對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行分配和分時(shí)傳輸，輸出控制信號(hào)至負(fù)載端直流-直流變換器用于啟動(dòng)備份供電通路。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明這種可用于航天器多母線(xiàn)供電體制的雙通路平臺(tái)母線(xiàn)自主切換電路，實(shí)現(xiàn)了在軌任務(wù)期間正常工作情況下平臺(tái)主通路供電和故障情況下主備雙通路供電自主切換功能，提升了長(zhǎng)壽命多母線(xiàn)體制航天器的平臺(tái)供電可靠性；采用了控制信號(hào)分時(shí)傳輸，可實(shí)現(xiàn)兩條供電母線(xiàn)間串聯(lián)直流-直流變換器的依次開(kāi)機(jī)，降低啟動(dòng)過(guò)程對(duì)所在母線(xiàn)的沖擊影響。

(2)本發(fā)明的控制方式靈活，設(shè)置了自主功能使能開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)星上自主切換模式和地面手動(dòng)切換模式的選擇。

(3)本發(fā)明的可靠性高，每組平臺(tái)蓄電池組配置三路并行的信號(hào)采集功能電路和信號(hào)比較功能電路，可提高信號(hào)采集和比較的可靠性，避免單個(gè)電路故障引入誤碼帶來(lái)的誤動(dòng)作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明雙通路平臺(tái)供電自主切換電路組成框圖。

圖2為本發(fā)明信號(hào)采集功能電路原理圖。

圖3為本發(fā)明信號(hào)比較功能電路原理圖。

圖4為本發(fā)明信號(hào)篩選功能電路原理圖。

圖5為本發(fā)明使能控制功能電路原理圖。

圖6為本發(fā)明信號(hào)配置功能電路原理圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明雙通路平臺(tái)供電自主切換電路的主要功能是對(duì)雙供電通路平臺(tái)母線(xiàn)進(jìn)行故障診斷和供電通路自主切換，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)平臺(tái)供電主通路故障，實(shí)現(xiàn)在軌期間平臺(tái)主通路故障情況下的主備通路切換，保證平臺(tái)母線(xiàn)供電的可靠性。

如圖1所示，為雙通路平臺(tái)供電自主切換電路的組成框圖，主要包括信號(hào)采集功能電路、信號(hào)比較功能電路、信號(hào)篩選功能電路、使能控制功能電路以及信號(hào)配置功能電路；其中信號(hào)采集功能電路和信號(hào)比較功能電路均為并行三路配置。

信號(hào)采集功能電路對(duì)平臺(tái)蓄電池組電壓進(jìn)行采集和放大。信號(hào)比較功能電路將采集信號(hào)與設(shè)定的切換閾值進(jìn)行比較，當(dāng)被采集的平臺(tái)蓄電池組電壓信號(hào)低于切換閾值時(shí)，比較電路輸出表征平臺(tái)供電主通路故障的高電平控制信號(hào)。每組平臺(tái)蓄電池配置三路并行信號(hào)采集功能電路和對(duì)應(yīng)的三路信號(hào)比較功能電路，以提高信號(hào)采集和比較的可靠性。

信號(hào)篩選功能電路對(duì)三路信號(hào)比較功能電路的輸出信號(hào)進(jìn)行有效性識(shí)別并輸出篩選信號(hào)。信號(hào)篩選功能電路采取“三取二”的表決方式進(jìn)行信號(hào)篩選，可避免單路信號(hào)采集功能電路或信號(hào)比較功能電路故障引入的錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)入后端電路，從而保證信號(hào)篩選功能電路輸出信號(hào)的正確性。

使能控制功能電路對(duì)信號(hào)配置功能電路進(jìn)行約束，用于提供平臺(tái)供電保護(hù)自主模式和地面手動(dòng)模式兩種選擇；使能控制功能電路處于禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，平臺(tái)供電處于手動(dòng)切換模式，信號(hào)配置功能電路無(wú)輸出，負(fù)載端直流-直流變換器的開(kāi)啟只能通過(guò)地面遙控指令實(shí)現(xiàn)；使能控制功能電路處于使能狀態(tài)時(shí)，平臺(tái)供電處于自動(dòng)切換模式，一旦平臺(tái)供電主通路故障，信號(hào)配置功能電路輸出控制信號(hào)，可開(kāi)啟負(fù)載端直流-直流變換器。使能控制功能電路的使能狀態(tài)或禁止?fàn)顟B(tài)可以通過(guò)地面遙控指令執(zhí)行，

信號(hào)配置功能電路對(duì)使能控制功能電路輸出的控制信號(hào)進(jìn)行分配和分時(shí)傳輸，通過(guò)信號(hào)配置電路對(duì)負(fù)載端多個(gè)直流-直流變換器的啟動(dòng)順序進(jìn)行設(shè)置，可避免多個(gè)負(fù)載端直流-直流變換器同時(shí)啟動(dòng)，降低負(fù)載端直流-直流變換器啟動(dòng)時(shí)對(duì)所在母線(xiàn)的沖擊影響。

如圖2所示，信號(hào)采集功能電路的數(shù)量為被采集的衛(wèi)星平臺(tái)蓄電池組數(shù)量的三倍，每個(gè)信號(hào)采集功能電路包括運(yùn)算放大器U4、電阻R3；運(yùn)算放大器U4正輸入端通過(guò)電阻R3與被采集衛(wèi)星平臺(tái)蓄電池組正端相連，U4負(fù)輸入端與其自身輸出端相連，U4輸出端發(fā)送的信號(hào)Signal_1即為信號(hào)采集功能電路的輸出信號(hào)；電阻R3起限流作用。

如圖3所示，信號(hào)比較功能電路與信號(hào)采集功能電路數(shù)量一致，每個(gè)信號(hào)比較功能電路包括運(yùn)算放大器U5、電阻R6、R8；運(yùn)算放大器U5負(fù)輸入端通過(guò)電阻R8接收信號(hào)采集功能電路的輸出信號(hào)，同時(shí)，運(yùn)算放大器U5負(fù)輸入端還通過(guò)電阻R6與其自身的輸出端相連，U5輸出端發(fā)送信號(hào)Signal_2即為信號(hào)比較功能電路的輸出信號(hào)；三路并行信號(hào)采集功能電路的輸出信號(hào)，在輸出信號(hào)后加字母后綴進(jìn)行區(qū)別，分別為Signal_2a、Signal_2b、Signal_2c；電阻R8起限流作用，電阻R6起負(fù)反饋?zhàn)饔谩?/p>

如圖4所示，信號(hào)篩選功能電路與被采集衛(wèi)星平臺(tái)蓄電池組數(shù)量一致，每個(gè)信號(hào)篩選功能電路包括隔離二極管D9～D17；通過(guò)隔離二極管D9、D10、D12、D13、D15和D16將三路信號(hào)比較功能電路的輸出信號(hào)兩兩相連成三個(gè)連接點(diǎn)，然后三個(gè)連接點(diǎn)分別通過(guò)獨(dú)立隔離二極管D11、D14和D17輸出后連接在一起并輸出信號(hào)Signal_3作為信號(hào)篩選功能電路的輸出信號(hào)；隔離二極管D9～D17起到電壓信號(hào)隔離作用。

如圖5所示，使能控制功能電路包括磁保持繼電器J19、電阻R18、電源VCC3；磁保持繼電器J19公共端與信號(hào)Signal_3相連，動(dòng)作端輸出信號(hào)Signal_4作為使能控制功能電路的輸出信號(hào)，J19第一組線(xiàn)包正端和第二組線(xiàn)包正端相連后通過(guò)電阻R18與電源VCC3相連，第一組線(xiàn)包負(fù)端和第二組線(xiàn)包負(fù)端分別接收指令信號(hào)；電阻R18起限流作用。

如圖6所示，信號(hào)配置功能電路包括三極管Q26、Q27、電阻R28～R30、電容C24、C25、電源VCC4；三極管Q26基極和三極管Q27基極相連后通過(guò)電阻R28與使能控制功能電路的輸出信號(hào)相連，Q26集電極和Q27集電極相連后與電源VCC4相連，Q26發(fā)射極通過(guò)電阻R29接地，調(diào)節(jié)電容C24與電阻R29并聯(lián)，Q27發(fā)射極通過(guò)保護(hù)電阻R30接地，電阻R30和調(diào)節(jié)電容C25并聯(lián)；Q26發(fā)射極發(fā)送信號(hào)Signal_6a，Q27發(fā)射極發(fā)送信號(hào)Signal_6b，Signal_6a和Signal_6a即為信號(hào)配置功能電路的輸出信號(hào)；電阻R28～R30起限流作用，電容C24、C25起電壓鉗位作用。

實(shí)施例：

如圖2所示，信號(hào)采集功能電路中，電壓采集所用芯片以L(fǎng)M158為例，封裝形式為DIP-8，單片集成2路運(yùn)算放大電路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“運(yùn)放”)。3腳為正輸入端，2腳為負(fù)輸入端，1腳為輸出端。理想的集成運(yùn)放正常工作時(shí)，2腳和3腳電壓相等，稱(chēng)之為“虛短”；灌入芯片內(nèi)部的電流為零，稱(chēng)之為“虛斷”。以U4為例，根據(jù)“虛短”則2腳電壓等于3腳電壓，因?yàn)?腳與2腳相連后電壓相等，所以1腳電壓等于3腳電壓，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集和放大功能。單個(gè)平臺(tái)蓄電池組配置三路信號(hào)采集功能電路以提高采集的可靠性。U4為電壓采集芯片，電阻R2、R3起限流作用，其中R2阻值取1kΩ，R3阻值取100Ω，BAT1為單個(gè)平臺(tái)蓄電池組，VCC1為+12V電源。

如圖3所示，信號(hào)比較功能電路中，電壓比較所用芯片以L(fǎng)M108為例，封裝形式為DIP-8，單片集成2路比較電路，正輸入端3腳，負(fù)輸入端2腳，輸出端1腳。如果3腳電壓高于2腳電壓(即設(shè)定的通路切換閾值Vref高于輸入的采集信號(hào)Signal_1時(shí))，則比較器輸出高電平，反之則輸出低電平。U5為電壓比較器，電阻R6～R8起限流作用，其中R6阻值取5.1kΩ，R7阻值取1kΩ，R8阻值取100Ω，VCC2為+12V電源。

對(duì)于單組平臺(tái)蓄電池，若采用三路獨(dú)立的信號(hào)采集和信號(hào)比較功能電路，需要通過(guò)信號(hào)篩選功能電路將上述電路產(chǎn)生的三個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行“三取二”有效性判別并輸出結(jié)果，以保證控制信號(hào)的可靠性。

如圖4所示，信號(hào)篩選功能電路中，D9～D17為隔離二極管，起電壓信號(hào)隔離作用；信號(hào)篩選功能電路對(duì)三路獨(dú)立的信號(hào)采集和信號(hào)比較功能電路產(chǎn)生的三個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行“三取二”有效性判別并輸出結(jié)果，以提高控制信號(hào)的可靠性。信號(hào)篩選功能電路利用二極管的鉗位作用，將輸入的三路信號(hào)進(jìn)行兩兩交叉分組，輸出每組中的低電平信號(hào)，然后對(duì)三組輸出信號(hào)進(jìn)行比較，輸出其中的高電平信號(hào)。不妨假設(shè)Signal_2a為低電平信號(hào)，Signal_2b為高電平信號(hào)，Signal_2c為高電平信號(hào)，則A點(diǎn)為Signal_2a和Signal_2c信號(hào)匯集處，Signal_2c受到Signal_2a電壓鉗位，因此A點(diǎn)為低電平，同理，B點(diǎn)為高電平，C點(diǎn)為低電平。將A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)信號(hào)分別通過(guò)二極管匯總，由于低電平信號(hào)受到鉗制，所以D點(diǎn)輸出信號(hào)Signal_3為高電平信號(hào)，該平臺(tái)蓄電池組三路控制信號(hào)的篩選工作完成。

如圖5所示，信號(hào)組合功能電路中，J19開(kāi)關(guān)采用磁保持繼電器，初始狀態(tài)，繼電器J19接通。對(duì)于J19所示磁保持繼電器，1腳和2腳是一組線(xiàn)包(線(xiàn)包a)，9腳和10腳則是另外一組線(xiàn)包(線(xiàn)包b)。3、4、5腳和6、7、8腳分別組成兩組觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)動(dòng)作分別由兩組線(xiàn)包控制。為防止觸點(diǎn)誤動(dòng)作，采用兩組觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)串聯(lián)。其中3腳和6腳是公共觸點(diǎn)，磁保持繼電器正常工作時(shí)，3腳觸點(diǎn)只能和同組開(kāi)關(guān)的4腳和5腳觸點(diǎn)中的一個(gè)相連，6腳觸點(diǎn)同理，只能與7腳和8腳觸點(diǎn)中的一個(gè)相連。線(xiàn)包a加電時(shí)，3腳觸點(diǎn)和4腳觸點(diǎn)相連，6腳觸點(diǎn)和7腳觸點(diǎn)相連；線(xiàn)包b加電時(shí)，3腳觸點(diǎn)和5腳觸點(diǎn)相連，6腳觸點(diǎn)和8腳觸點(diǎn)相連；若線(xiàn)包a和線(xiàn)包b同時(shí)加電，則線(xiàn)包a起作用。不妨假設(shè)磁保持繼電器J19接收到自主功能斷開(kāi)遙控指令(J19_off)，則有電源作用于線(xiàn)包b的9腳和10腳，當(dāng)脈沖電流由9腳進(jìn)入從10腳流出時(shí)，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，3腳觸點(diǎn)和5腳觸點(diǎn)相連，6腳觸點(diǎn)和8腳觸點(diǎn)相連，此時(shí)控制信號(hào)傳輸通路切斷，自主切換電路進(jìn)入功能禁止?fàn)顟B(tài)。若假設(shè)磁保持繼電器J19接收到自主切換使能的遙控指令(J19_on)，則有電源作用于線(xiàn)包a的1腳和2腳，當(dāng)脈沖電流由1腳進(jìn)入從2腳流出時(shí)，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，3腳觸點(diǎn)和4腳觸點(diǎn)相連，6腳觸點(diǎn)和7腳觸點(diǎn)相連，控制信號(hào)傳輸通路接通，自主切換電路進(jìn)入使能狀態(tài)。D20～D23為繼電器線(xiàn)包消反電動(dòng)勢(shì)二極管，電阻R18起限流作用，阻值取100Ω，VCC3為+28V電源。

如圖6所示，信號(hào)配置功能電路中，Q26、Q27為三極管，當(dāng)高電平的控制信號(hào)輸入，Q26和Q27均接通，處于放大飽和區(qū)，Q26和Q27基極電壓升高，Q26和Q27發(fā)射極輸出高電平；以Q26為例，Q26發(fā)射極通過(guò)限流電阻R29與地相連，電容C24并聯(lián)在R29兩端，R29端電壓被電容C24鉗位，即Q26發(fā)射極輸出電壓被C24鉗位；Q26接通后開(kāi)始為C24充電，待C24充電完成后發(fā)射極電壓建立；Q27同理，由于C24、C25設(shè)計(jì)參數(shù)差異帶來(lái)充電時(shí)間不一致，因此Q27輸出電壓建立與Q26輸出電壓建立不同步，可以起到信號(hào)分時(shí)傳輸效果。R28～R30起限流電阻，阻值取1kΩ，電容C24、C25起電壓鉗位作用，容值分別取0.01uF、0.047uF，VCC4為+28V電源。

對(duì)于雙通路平臺(tái)供電自主切換電路，若平臺(tái)蓄電池組電壓正常，說(shuō)明平臺(tái)供電主通路工作正常，平臺(tái)蓄電池對(duì)應(yīng)的三路并行信號(hào)采集功能電路和三路并行信號(hào)比較功能電路均輸出低電平，則信號(hào)篩選功能電路輸出低電平，使能控制功能電路輸出低電平，信號(hào)配置功能電路輸出低電平，負(fù)載端直流-直流變換器不啟動(dòng)，只有通過(guò)地面發(fā)送遙控指令，方可啟動(dòng)負(fù)載端直流-直流變換器，表明平臺(tái)供電處于手動(dòng)切換模式。

若某個(gè)平臺(tái)蓄電池組電壓低于切換閾值，說(shuō)明平臺(tái)供電主通路故障，則該平臺(tái)蓄電池組對(duì)應(yīng)的三路信號(hào)比較功能電路和信號(hào)篩選功能電路均輸出高電平，則信號(hào)組合功能電路輸出高電平，若使能控制功能電路處于禁止?fàn)顟B(tài)，使能控制功能電路輸出低電平，信號(hào)配置功能電路輸出低電平，負(fù)載端直流-直流變換器不啟動(dòng)；若使能控制功能電路處于使能狀態(tài)，使能控制功能電路輸出高電平，信號(hào)配置功能電路分時(shí)輸出高電平，負(fù)載端直流-直流變換器分時(shí)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)備份供電通路自主切換的功能，表明平臺(tái)供電處于自主切換模式。

工作原理：

本發(fā)明電路包括信號(hào)采集功能電路、信號(hào)比較功能電路、信號(hào)篩選功能電路、使能控制功能電路、信號(hào)配置功能電路。信號(hào)采集功能電路數(shù)量為被采集平臺(tái)蓄電池組數(shù)量的三倍，用于采集平臺(tái)蓄電池組電壓信號(hào)；信號(hào)比較功能電路與信號(hào)采集功能電路數(shù)量一致，用于判斷平臺(tái)蓄電池組電壓信號(hào)是否低于設(shè)定值并輸出比較結(jié)果；信號(hào)篩選功能電路對(duì)三路信號(hào)比較功能電路輸出的控制進(jìn)行三取二有效性判定并輸出結(jié)果，以提高控制信號(hào)的可靠性；使能控制功能電路對(duì)信號(hào)配置功能電路進(jìn)行約束，使能控制功能電路處于使能狀態(tài)時(shí)，平臺(tái)供電處于自主切換模式，使能控制功能電路可將信號(hào)篩選功能電路產(chǎn)生的高電平傳輸至信號(hào)配置功能電路；使能控制功能電路處于禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，平臺(tái)供電處于手動(dòng)切換模式，信號(hào)配置功能電路的輸入信號(hào)始終為低電平；信號(hào)配置功能電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分配和分時(shí)傳輸，用于保證負(fù)載端直流-直流變換器的分時(shí)啟動(dòng)。

本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。