高可靠衛(wèi)星電源控制器電池充電管理單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星電源控制器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高可靠衛(wèi)星電源控制器電池 充電管理單元。
【背景技術(shù)】
[0002] 全調(diào)節(jié)母線的電源控制器PCU在衛(wèi)星供配電系統(tǒng)所起的作用相當(dāng)重要，無論衛(wèi)星處于 光照區(qū)還是地影區(qū)，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)都使母線電壓恒定在某一額定值。即由統(tǒng)一的MEA母線誤 差放大信號對電源分系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一管理。當(dāng)太陽電池陣的輸出功率滿足不了負載需要時， 母線電壓由放電調(diào)節(jié)器BDR調(diào)節(jié)，向輸出母線提供功率;當(dāng)太陽電池陣的輸出功率大于負載 需要但滿足不了預(yù)先設(shè)置的電池組充電電流的要求時，母線電壓由充電調(diào)節(jié)器BCR調(diào)節(jié)：當(dāng) 太陽電池陣的輸出功率大于負載和充電電流的需要時，母線電壓由分流調(diào)節(jié)器S3R來調(diào)節(jié)。 由MEA對BDR、BCR、S3R進行調(diào)度，通過三域控制，達到穩(wěn)定母線電壓的目的。
[0003] P⑶的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示，在P⑶系統(tǒng)中BDR，BCR，S3R都被等效為壓控電流 源，在MEA調(diào)度下為濾波電容充放電進而穩(wěn)定母線電壓。除MEA之外，蓄電池充電管理單元 BCM是另一個重要的主控制單元，它產(chǎn)生VBCM信號，充電調(diào)節(jié)器BCR在VBCM作用下，實現(xiàn)蓄電 池充電管理和母線調(diào)節(jié)，當(dāng)衛(wèi)星處于光照期時，BCR對蓄電池組進行充電，可實現(xiàn)恒流和恒 壓兩種充電模式，并根據(jù)蓄電池組狀態(tài)自動由恒流充電模式轉(zhuǎn)為恒壓充電模式，防止蓄電 池組的過充;還可以根據(jù)太陽陣的供電能力及整星負載情況，自動實現(xiàn)恒流充電調(diào)節(jié)與MEA 控制母線穩(wěn)壓調(diào)節(jié)的相互切換，DAC為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，控制器可以通過TC指令設(shè)定數(shù)模轉(zhuǎn)換 值，從而設(shè)定充電電流值和電壓值。
[0004] 分析BCM所起到的作用，如果BCM失效，會造成蓄電池充電功能喪失，經(jīng)過足夠長的 時間，蓄電池電量耗盡，造成衛(wèi)星在陰影區(qū)無法工作，因此，BCM的設(shè)計要求高可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種高可靠冗余的衛(wèi)星電源控制器電 池充電管理單元，滿足數(shù)字化衛(wèi)星電源控制器高可靠性要求，減小整個數(shù)字控制系統(tǒng)的失 效率。
[0006] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 一種四冗余、雙總線接口的適用于模塊化設(shè)計的衛(wèi)星電源控制器的充電管理單元，包 括四個電池充電管理子單元BCM1、BCM2、BCM3、BCM4，和8個雙端口數(shù)模轉(zhuǎn)換器;每個BCM輸入 信號包括充電電壓值、充電電流值、蓄電池電壓采樣信號VBAT和主誤差信號VMEA，其中，充 電電流值及充電電壓值通過雙端口數(shù)模轉(zhuǎn)換器獲得;所述雙端口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的兩個端口通 過主、備總線分別連接主、備控制器;每個BCM的輸出信號連接到四冗余表決器，經(jīng)過表決， 產(chǎn)生VBCM信號。
[0007] 作為本發(fā)明的進一步改進，BCM1、BCM2及其所屬的4個雙端口數(shù)模轉(zhuǎn)換器位于主 遙測遙控單元，BCM3、BCM4及其所屬的4個雙端口數(shù)模轉(zhuǎn)換器位于備遙測遙控單元。
[0008] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述四冗余表決器從四路輸入信號中選取一個中間值 作為輸出，BP: VOUT = MAX { MIN(V1,V2), MIN(V3,V4) } 其中，MAX為取大操作，MIN為取小操作，VI、￥2、￥3、￥4為表決器輸入信號，￥01]1'為表決器 輸出信號。
[0009] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述主、備控制器與雙端口數(shù)模轉(zhuǎn)換器之間的通信由 內(nèi)總線實現(xiàn)，內(nèi)總線采用一主多從的通信模式，可基于低電壓差分信號LVDS實現(xiàn);其中，主 站為主份或備份控制器，子站為雙端口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，總線包括CLK和CMD兩個信號。
[0010] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述CMD信號為16位指令碼，包括地址碼、通道碼、和數(shù) 模轉(zhuǎn)換值三個字段；當(dāng)CLK為1時，CMD上升沿定義為起始條件；當(dāng)CLK為1時，CMD下降沿定義 為停止條件;通信過程中，主站控制CMD狀態(tài)在CLK為0時發(fā)生變化，從站在CLK下降沿之后讀 取總線信號CMD數(shù)據(jù)，在地址位正確的條件下，當(dāng)停止位發(fā)生之后，數(shù)模轉(zhuǎn)換才生效。
【附圖說明】
[0011] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的全調(diào)節(jié)母線的電源控制器結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明的高可靠冗余的衛(wèi)星電源控制器電池充電管理單元的框圖； 圖3是現(xiàn)有技術(shù)采用的3冗余表決器電路原理圖； 圖4是本發(fā)明采用的4冗余表決器電路原理圖； 圖5是衛(wèi)星電源控制器內(nèi)總線的通信模式示意圖； 圖6是衛(wèi)星電源控制器內(nèi)總線的通信規(guī)約示意圖。
【具體實施方式】 [0012] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā) 明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0013] 針對衛(wèi)星電源高可靠設(shè)計要求，本發(fā)明提出了一種四冗余、雙總線接口的適用于 模塊化設(shè)計的衛(wèi)星電源控制器的充電管理單元，如附圖2所示，包括四個電池充電管理子單 元BCM1、BCM2、BCM3、BCM4，和雙端口數(shù)模轉(zhuǎn)換器 。
[0014] 每個BCM(BCM1、BCM2、BCM3、BCM4)輸入信號包括充電電壓值、充電電流值、蓄電池 電壓采樣信號VBAT和主誤差信號VMEA，其中充電電流及電壓設(shè)定通過雙端口數(shù)模轉(zhuǎn)換器實 現(xiàn)，雙端口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的兩個端口通過主、備總線分別連接主、備控制器，以保證其可靠性， 主份或備份控制器任何一個失效，另外一個控制器仍然能夠通過TC指令設(shè)置電池充電電流 和最高充電電壓。各BCM單元的輸出信號(￥1、￥2、￥3、￥4)連接到表決電路，經(jīng)過表決，產(chǎn)生 VBCM信號，任何一個BCM單元失效，表決電路都能根據(jù)其他三路BCM單元輸出信號表決產(chǎn)生 正確的輸出。
[0015] 在電源控制器傳統(tǒng)設(shè)計中，控制電路采用三冗余設(shè)計，表決電路實現(xiàn)三冗余表決 功能，附圖3所示為三冗余表決器原理設(shè)計示意圖，所實現(xiàn)的功能為： VOUT = MAX { MIN(V1，V2)， MIN(V2，V3)， MIN(V1，V3) } (1) 式（1)中，MAX為取大操作，MIN為取小操作，VI、V2和V3為表決器輸入信號，VOUT為表決 器輸出信號。附圖3中，R1、R2、R3為上拉電阻，R4為匹配電阻，幾個電阻間的關(guān)系為:R4>> R1 =R2= R3,即R1、R2、R3阻值相等，R4遠大于R1、R2、R3阻值。表決器輸入輸出關(guān)系示例如表1 所示，從表1可以看出，表決器實現(xiàn)表決結(jié)果VOUT等于V1、V2、V3三者的中間值，V1、V2、V3任 何一路發(fā)生錯誤，VOUT能夠從另外兩路得到正確的輸出結(jié)果。
[0016] 表1_
' 本發(fā)明采用四冗余表決器，四冗余表決器的原理設(shè)計示意圖如附圖^所示，所實現(xiàn)的功^ 能為： VOUT = MAX { MIN(V1，V2)， MIN(V3，V4) } (2) 式(2)中，￥1、￥2、￥3、￥4為表決器輸入信號，￥01]1'為表決器輸出信號。附圖4中，1?1、