衛星電源用的蓄電池充放電調節器控制電路的制作方法

本發明涉及空間衛星電源技術領域，特別是涉及一種衛星電源用的蓄電池充放電調節器控制電路。

背景技術：

蓄電池充放電調節器是空間衛星電源控制器中不可缺少的重要組成部分，目前，衛星用電源控制器蓄電池充放電調節器普遍采用獨立的充電調節器和獨立的放電調節器并聯組成，電池充電調節器和放電調節器需要設計單獨的輸入保護和輸出保護，蓄電池放電調節器輸出需要保護裝置防止二極管短路失效造成的母線短路故障；蓄電池放電調節器輸入需要保護裝置防止主功率回路對地短路失效故障，在主功率回路對地短路失效時，能通過保護裝置隔離與蓄電池的連接。蓄電池充電調節器輸入需要保護裝置防止充電主功率回路對地短路失效故障。蓄電池充電調節器電輸出需要保護裝置防止二極管短路失效故障。同時在蓄電池接入控制器端口正線上必須加裝BCRB繼電器盒，以方便地面安全測試。

為了提高蓄電池充放電調節器的可靠度，蓄電池充電調節器和放電調節器必須保證足夠的冗余設計和器件降額，這不僅提高了衛星電源控制器的設計成本，使得電路控制設計更加復雜，還增加了電源控制器的重量，更重要的是冗余元器件的增加，限制了控制器可靠性的提高。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：提供一種衛星電源用的蓄電池充放電調節器控制電路，該衛星電源用的蓄電池充放電調節器控制電路的主要目的是解決傳統蓄電池充放電調節器冗余設計與電路復雜度之間的矛盾，使其電路設計更加簡捷、重量更輕、電路轉換效率更高、產品可靠度更高，使得空間衛星電源控制器的品質更優。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

一種衛星電源用的蓄電池充放電調節器控制電路，至少包括：

與蓄電池電連接的電池端保護電路(1)；

與電池端保護電路(1)的輸出端子電連接的電池端濾波電路(2)；

與電池端濾波電路(2)的輸出端子電連接的蓄電池放電調節器(3)；

與電池端濾波電路(2)的輸出端子電連接的蓄電池充電調節器(4)；

母線端濾波電路(5)；所述母線端濾波電路(5)的輸入端子分別與蓄電池放電調節器(3)的輸出端子、蓄電池充電調節器(4)的輸入端子電連接；

與母線端濾波電路(5)的輸出端子電連接的母線端保護電路(6)。

進一步：所述蓄電池放電調節器(3)為Boost電路、He-Boost電路、Super Boost電路和Weinberg電路中的一種。

更進一步：所述蓄電池放電調節器(3)為Weinberg電路；所述蓄電池放電調節器(3)由耦合電感、變壓器、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第三功率MOSFET開關管、第四功率MOSFET開關管和放電調節器控制電路組成；所述電流采樣電路依次通過第一電感、耦合電感的第一線圈與第一二極管的正極電連接；所述電流采樣電路依次通過第一電感、耦合電感的第二線圈、變壓器的第一線圈與第三功率MOSFET開關管的漏極電連接；所述電流采樣電路依次通過第一電感、耦合電感的第二線圈、變壓器的第二線圈與第四功率MOSFET開關管的漏極電連接；所述第三功率MOSFET開關管的源極與蓄電池的負極電連接；所述第四功率MOSFET開關管的源極與蓄電池的負極電連接；所述第三功率MOSFET開關管的柵極、第四功率MOSFET開關管的柵極均與放電調節器控制電路電連接；所述第三功率MOSFET開關管的漏極與第二二極管的正極電連接；所述第四功率MOSFET開關管的漏極與第三二極管的正極電連接；所述第一二極管的負極、第二二極管的負極、第三二極管的負極之間電連接。

進一步：所述蓄電池充電調節器(4)為Buck電路或Super-Buck電路。

更進一步：所述蓄電池充電調節器(4)為Buck電路，所述蓄電池充電調節器(4)由第五功率MOSFET管、第六二極管、第四電感、隔離二極管和充電調節器控制電路組成；所述第六二極管的正極與蓄電池的負極電連接；所述第六二極管的負極與第五功率MOSFET管的源極電連接；所述第五功率MOSFET管的源極通過第四電感與隔離二極管的正極電連接；所述隔離二極管的負極通過第一濾波電容與蓄電池的負極電連接。

更進一步：所述電池端保護電路(1)由第一功率MOSFET開關管、電流采樣電路和電池端保護控制電路組成；所述第一功率MOSFET開關管的漏極與蓄電池正極電連接；所述第一功率MOSFET開關管的柵極與電池端保護控制電路電連接；所述第一功率MOSFET開關管的源極與電流采樣電路電連接。

更進一步：所述電池端濾波電路(2)由第一電感、第一濾波電容和第四二極管組成一個串聯回路；蓄電池的負極與第四二極管的正極電連接。

更進一步：所述母線端濾波電路(5)由第三電感、第三電容、第五二極管組成濾波電路；所述第五功率MOSFET管的漏極通過第三電容與蓄電池的負極電連接；所述第五二極管的正極與蓄電池的負極電連接。

更進一步：所述母線端保護電路(6)由第二功率MOSFET開關管、電流采樣電路和母線端保護控制電路組成；所述第一二極管的負極依次通過第三電感、電流采樣電路和第二功率MOSFET開關管的源極電連接；所述第二功率MOSFET開關管的柵極與母線端保護控制電路電連接；所述第二功率MOSFET開關管的漏極為一次母線的正極；所述蓄電池的負極為一次母線的負極。

本發明具有的優點和積極效果是：

通過采用上述技術方案，與傳統的控制方法相比，蓄電池放電調節器和蓄電池充電調節器共用輸入輸出保護電路和濾波電路。電池端保護電路即可作為蓄電池放電調節器的輸入保護電路，也可作為蓄電池充電調節器的輸出保護電路；母線端保護電路即可作為蓄電池放電調節器的輸出保護電路，也可作為蓄電池充電調節器的輸入保護電路。電池端濾波電路即可作為蓄電池放電調節器的輸入濾波電路，也可作為蓄電池充電調節器輸出濾波電路。母線端濾波電路即可作為蓄電池放電調節器的輸出濾波電路，也可作為蓄電池充電調節器的輸入濾波電路。該方案可以節省蓄電池接入BCRB繼電器盒，其功能由電池端保護電路實現。這不僅減少了主功率器件、濾波器件的種類和數量，降低了成本、減輕了電路的體積重量，還提高了電路的工作效率、減少了熱耗、更重要的是提高了電路的可靠性和電源控制器的比功率。

附圖說明

圖1是本發明優選實施例的電路框圖；

圖2是本發明優選實施例的電路圖。

其中：1、電池端保護電路；2、電池端濾波電路；3、蓄電池放電調節器；4、蓄電池充電調節器；5、母線端濾波電路；6、母線端保護電路。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

請參閱圖1，一種衛星電源用的蓄電池充放電調節器控制電路，包括：

與蓄電池電連接的電池端保護電路1；

與電池端保護電路1的輸出端子電連接的電池端濾波電路2；

與電池端濾波電路2的輸出端子電連接的蓄電池放電調節器3；

與電池端濾波電路2的輸出端子電連接的蓄電池充電調節器4；

母線端濾波電路5；所述母線端濾波電路5的輸入端子分別與蓄電池放電調節器3的輸出端子、蓄電池充電調節器4的輸入端子電連接；

與母線端濾波電路5的輸出端子電連接的母線端保護電路6.

請參閱圖2，在上述優選實施例中：

電池端保護電路1由第一功率MOSFET開關管Q1、電流采樣電路和電池端保護控制電路組成；所述第一功率MOSFET開關管Q1的漏極與蓄電池正極電連接；所述第一功率MOSFET開關管Q1的柵極與電池端保護控制電路電連接；所述第一功率MOSFET開關管Q1的源極與電流采樣電路電連接；

電池端濾波電路2由第一電感L1、第一濾波電容C1和第四二極管D4組成一個串聯回路；蓄電池的負極與第四二極管D4的正極電連接；

蓄電池放電調節器3的拓撲可以選用Boost電路、He-Boost電路、Super Boost電路和Weinberg電路等電路形式，本發明以Weinberg電路為例詳述,Weinberg電路由耦合電感L2、變壓器T1、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第三功率MOSFET開關管Q3、第四功率MOSFET開關管Q4和放電調節器控制電路組成；所述電流采樣電路依次通過第一電感L1、耦合電感L2的第一線圈與第一二極管D1的正極電連接；所述電流采樣電路依次通過第一電感L1、耦合電感L2的第二線圈、變壓器T1的第一線圈與第三功率MOSFET開關管Q3的漏極電連接；所述電流采樣電路依次通過第一電感L1、耦合電感L2的第二線圈、變壓器T1的第二線圈與第四功率MOSFET開關管Q4的漏極電連接；所述第三功率MOSFET開關管Q3的源極與蓄電池的負極電連接；所述第四功率MOSFET開關管Q4的源極與蓄電池的負極電連接；所述第三功率MOSFET開關管Q3的柵極、第四功率MOSFET開關管Q4的柵極均與放電調節器控制電路電連接；所述第三功率MOSFET開關管Q3的漏極與第二二極管D2的正極電連接；所述第四功率MOSFET開關管Q4的漏極與第三二極管D3的正極電連接；所述第一二極管D1的負極、第二二極管D2的負極、第三二極管D3的負極之間電連接；

蓄電池充電調節器4的拓撲可以選用Buck電路、Super-Buck等電路形式，本發明以Buck電路為例詳述，Buck電路由第五功率MOSFET管Q5、第六二極管D6、第四電感L4、隔離二極管D7和充電調節器控制電路組成；所述第六二極管D6的正極與蓄電池的負極電連接；所述第六二極管D6的負極與第五功率MOSFET管Q5的源極電連接；所述第五功率MOSFET管Q5的源極通過第四電感L4與隔離二極管D7的正極電連接；所述隔離二極管D7的負極通過第一濾波電容C1與蓄電池的負極電連接；

母線端濾波電路5，所述母線端濾波電路5由第三電感L3、第三電容C3、第五二極管D5組成濾波電路；所述第五功率MOSFET管Q5的漏極通過第三電容C3與蓄電池的負極電連接；所述第五二極管D5的正極與蓄電池的負極電連接；

母線端保護電路6，所述母線端保護電路6由第二功率MOSFET開關管Q2、電流采樣電路和母線端保護控制電路組成；所述第一二極管D1的負極依次通過第三電感L3、電流采樣電路和第二功率MOSFET開關管Q2的源極電連接；所述第二功率MOSFET開關管Q2的柵極與母線端保護控制電路電連接；所述第二功率MOSFET開關管Q2的漏極為一次母線的正極；所述蓄電池的負極為一次母線的負極。

本優選實施例主要包括：包括電池端保護電路1、電池端濾波電路2、蓄電池放電調節器3、蓄電池充電調節器4、母線端濾波電路5和母線端保護電路6。其中：電池端保護電路1由第一功率MOSFET開關管Q1、電流采樣電路和電池端保護控制電路組成；電池端濾波電路2由第一電感L1、第一濾波電容C1和第四二極管D4組成；蓄電池放電調節器3的拓撲可以選用Boost、He-Boost、Super Boost和Weinberg等電路形式，附圖2以Weinberg電路為例詳述，蓄電池放電調節器3由第二電感L2、變壓器T1、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第三功率MOSFET開關管Q3、第四功率MOSFET開關管Q4和放電調節器控制電路組成；蓄電池充電調節器4的拓撲可以選用Buck、Super-Buck等電路形式，附圖2以Buck電路為例詳述，蓄電池充電調節器4由第五功率MOSFET開關管Q5、第四電感L4、第六二極管D6、第七二極管D7和充電調節器控制電路組成；母線端濾波電路5由第三電感L3，第三濾波電容C3和第五二極管D5組成；母線端保護電路6由第二功率MOSFET開關管Q2、電流采樣電路和母線端保護控制電路組成。

電池端保護電路1的工作原理：電池端保護控制電路通過采集流過第一功率MOSFET開關管Q1的電流值與系統設計值作比較，控制保護第一功率MOSFET開關管Q1的通斷，以實現接通或者斷開蓄電池與蓄電池充放電電路的連接，同時控制電路還需具備在蓄電池接入瞬間緩慢接通第一功率MOSFET開關管Q1的功能，以抑制電流浪涌。電池端保護電路1的主要作用有三個：第一在蓄電池放電調節器輸入出現過流的情況下斷開與蓄電池的接入連接；第二在蓄電池充電調節器輸出過流的情況下斷開充電調節器與蓄電池的連接；第三在蓄電池接入瞬間起到電流浪涌抑制功能，替代傳統控制方式中的BCRB繼電器盒。

電池端濾波電路2的工作原理：第一電感L1、第一電容C1組成LC濾波電路，濾除電路輸入的諧波，第四二極管D4為第一電感L1的續流二極管。電池端濾波電路2的主要作用有兩個：第一是作為蓄電池放電調節器的輸入濾波電路，濾除電路輸入諧波；第二是作為蓄電池充電調節器的輸出濾波電路；與傳統控制策略相比，電池端濾波電路2作為蓄電池充電調節器和蓄電池放電調節器的共用部分，可以節省部分濾波組件。

蓄電池放電調節器3的工作原理見附圖2所示：耦合電感L2、變壓器T1、第三功率MOSFET管Q3、第四功率MOSFET管Q4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和放電調節器控制電路組成Weinberg升壓電路，此升壓電路不需要考慮二極管和功率MOSFET管的短路失效，與傳統控制策略相比，減少了功率器件的使用量，提高了蓄電池放電調節器的效率，減少了熱耗，提高了蓄電池放電調節器的可靠度。蓄電池放電調節器的主要作用是在陰影期為衛星有效載荷提供一條穩定的母線電壓。

蓄電池充電調節器4的工作原理見附圖2所示：第五功率MOSFET管Q5、第六二極管D6、第四電感L4、隔離二極管D7和充電調節器控制電路組成Buck充電電路，此升壓電路不需要考慮二極管和功率MOSFET管的短路失效，與傳統控制策略相比，減少了功率管的使用量，提高了蓄電池充電調節器的效率，減少了熱耗。蓄電池放電調節器的主要作用是在一次母線能量富裕的條件下給蓄電池組恒壓或者恒流充電。

母線端濾波電路5的工作原理：第三電感L3、第三電容C3組成濾波電路，濾除電路的諧波，第五二極管D5為第三電感L3的續流二極管。母線端濾波電路5的主要作用有兩個：第一是作為蓄電池放電調節器的輸出濾波電路；第二是作為蓄電池充電調節器的輸入濾波電路，濾除電路輸入諧波；與傳統控制策略相比，母線端濾波電路5作為蓄電池充電調節器和蓄電池放電調節器的共用部分，可以節省部分濾波組件。

母線端保護電路6的工作原理：母線端保護控制電路通過采集流過第二功率MOSFET管Q2的電流值與系統設計值作比較，控制保護第二功率MOSFET管Q2的通斷，以實現接通或者斷開一次母線與蓄電池充放電電路的連接，同時控制電路還需具備第二功率MOSFET管Q2緩啟功能，以抑制電流浪涌。母線端保護電路6的主要作用有兩個：第一在蓄電池放電調節器輸出二極管短路失效的情況下，斷開蓄電池放電調節器與一次母線的連接；第二在蓄電池充電調節器輸入過流的情況下斷開充電調節器與一次母線的連接。

該優選實施例適應28V、42V及100V衛星全調節母線，其中蓄電池放電調節器3的拓撲可以選用Boost、He-Boost、Super-Boost和Weinberg等電路形式，蓄電池放電調節器與一次母線的隔離二極管的短路失效通過母線端保護電路6來實現，蓄電池放電調節器主功率回路對地短路失效通過電池端保護電路1來實現；蓄電池充電調節器4的拓撲可以選用Buck、Super-Buck等電路形式，蓄電池充電調節器與蓄電池的隔離二極管的短路失效通過電池端保護電路1來實現；充電調節器的主功率回路對地短路失效通過母線端保護電路6來實現。

以上對本發明的實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發明的實施范圍。凡依本發明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發明的專利涵蓋范圍之內。