一种基于S3R的航天用过压保护电路制造技术

一种基于S3R的航天用过压保护电路，包括：n个功率二极管D

An overvoltage protection circuit for aerospace based on S3R

An overvoltage protection circuit for aerospace based on S3R, including: n power diode D

【技术实现步骤摘要】
一种基于S3R的航天用过压保护电路
本技术涉及一种过压保护电路。
技术介绍
对于采用S3R(顺序开关分流调节)拓扑的电源控制器，其可用于全调节母线和不调节母线等多种场合。在正常情况下，多级S3R并联组成的电源控制器在母线误差调节器的控制下，只有一级S3R处于开关分流调节状态，该级S3R所对应基准的开通、关断门限在母线误差调节器电压的调节范围内；剩下各级要么是处于供母线状态，其基准所对应的关断门限值均小于母线误差调节器电压；要么是处于分流状态，其基准所对应的开通门限均大于母线误差调节器电压，保证负载所需的电流，从而使母线电压稳定。若一路S3R电路拓扑中对地分流的MOSFET发生开路失效时，其将不能按照母线误差调节器的控制要求，将多余的电流分流到地，而是直接将太阳电池阵通过功率二极管连接到母线，若此时负载所需要的电流小于一级太阳电池阵所提供的电流，那么开路失效一级所提供的电流大于负载所需的电流，造成母线过压现象。对于全调节母线，母线过压，载荷承受高压条件下，有可能受到损坏；对于不调节母线，轻载一般出现在蓄电池恒压充电阶段，当母线过流时，由于母线受到蓄电池电压的钳位，充电电流将会超过其额定值，使蓄电池可能由于过充而损害。目前基于S3R电路拓扑的过压保护电路，一般是检测到母线过压超过门限后，采用投入负载进行过压保护，其负载的功率大于一级方阵所能提供的功率。但是由于一级方阵的功率通常在百瓦量级，且该负载投入到母线后，并不会由开关控制其工作在调节状态，而是一直作为负载连接到母线上，其热耗不容忽视。只有到母线误差调节器工作在正常区域后，并辅以遥控指令后才将过压电路复位，使负载从母线中切除，实现过压保护功能。
技术实现思路
本技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本技术提供了一种基于S3R的航天用过压保护电路，针对目前依靠切入负载不能进行开关调节、导致热耗过高的缺点，在母线过压情况下，自动触发过压保护电路，进行开关调节，保证母线电压符合要求。本技术的技术解决方案是：一种基于S3R的航天用过压保护电路，包括：n个功率二极管D1～Dn、N型MOSFETQ1、迟滞比较器及驱动器，其中，n为正整数；功率二极管D1～Dn的阴极均与N型MOSFETQ1的漏极相连，功率二极管D1～Dn的阳级分别与所对应的S3R电路拓扑中母线上任意两个串联的二极管的中间连接公共端相连；N型MOSFETQ1的门极与迟滞比较器及驱动器的输出端相连，N型MOSFETQ1的源极接地；迟滞比较器及驱动器的正端接S3R电路拓扑中的母线误差调节器，负端接基准电压Vref(n+1)。所述n的取值与S3R电路拓扑的个数一致。所述功率二极管D1～Dn分别与一个功率二极管并联。所述N型MOSFETQ1门极连接另一个N型MOSFET的漏极，另一个N型MOSFET的门极与迟滞比较器及驱动器的输出端相连，另一个N型MOSFET的源极接地。所述迟滞比较器及驱动器的迟滞宽度与S3R电路拓扑的迟滞电压宽度一致。所述基准电压Vref(n+1)所对应的开通门限或关断门限在母线误差调节器的输出范围内。本技术与现有技术相比的优点在于：(1)本技术的电路简单可靠、节省成本，利用S3R电路拓扑及母线误差放大器的工作特点，只增加功率二极管、N型MOSFET和与S3R电路拓扑一致的迟滞比较器及驱动器，实现过压保护调节功能，大大节省了研制成本。(2)本技术耗能小，原有过压保护电路通过负载将能量全部耗散出去，对散热等提出了较高的要求，而本技术通过将多余的电流进行开关分流调节，只在功率二极管和N型MOSFET产生损耗，相比于原有方法，热耗大大减小，且由于过压保护电路、开路失效一级的二极管组成一个新的S3R电路拓扑，其热耗与正常S3R电路拓扑一致，可认为过压保护电路基本无多余热耗。(3)本技术与原有过压保护电路相比，原有过压保护电路中母线过压保护电路需要母线过压检测电路并配合遥控指令才能实现过压保护功能的投入和切除，智能化水平不够，而本技术依据迟滞比较器的特点，自主完成，不需外界的干扰，控制简单可靠。附图说明图1为本技术的基于S3R的过压保护电路图；图2为本技术的母线误差调节器输出电压与输出电流的关系图；图3为连接过压保护拓扑后的n级S3R电路拓扑示意图；图4为本技术的过压保护电路的工作流程图。具体实施方式如图1所示，一种基于S3R的航天用过压保护电路，包括：n个功率二极管D1～Dn、1个N型MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)Q1和驱动N型MOSFET的迟滞比较器及驱动器，其中，n为正整数。构成过压保护电路的连接是：功率二极管(D1～Dn)的阴极并联在一起，连接到N型MOSFETQ1的漏极，功率二极管(D1～Dn)的阳级分别连接到所对应的S3R电路拓扑中，连接到S3R电路拓扑的母线上任意两个串联的二极管的中间连接公共端，例如：其中一种连接方式可以如图3所示，S3R电路拓扑的母线上两个二极管并联后与另外两个并联的二极管串联，功率二极管(D1～Dn)的阳级连接到四个二极管的公共端；功率二极管(D1～Dn)的个数由S3R电路拓扑的个数所决定，N型MOSFETQ1的源级直接连接到地。N型MOSFETQ1的门级连接到迟滞比较器的输出部分。迟滞比较器的正端接S3R电路拓扑中的母线误差调节器，负端接其基准电压Vref(n+1)。功率二极管(D1～Dn)可以是单个功率二极管，也可以是按照航天可靠性要求，采用两个功率二极管并联组成。N型MOSFETQ1可以是单个，也可以是按照航天可靠性要求，采用两个N型MOSFET串联组成，N型MOSFETQ1门极连接另一个N型MOSFET的漏极，另一个N型MOSFET的门极与迟滞比较器及驱动器的输出端相连，另一个N型MOSFET的源极接地。过压保护电路中迟滞比较器的迟滞宽度应与正常S3R电路拓扑的迟滞电压宽度一致，以保证其工作在过压保护时，母线纹波与原有一致，其基准电压Vref(n+1)比其他S3R电路拓扑的基准都高。如图2所示，过压保护电路的基准电压Vref(n+1)的取值可以按照原有n级S3R的基准值设计方法进行设计取值，也可以比设计的基准值高，但必须保证基准电压Vref(n+1)所对应的开通门限和关断门限在母线误差调节器的输出范围内。且迟滞宽度应与正常S3R电路拓扑的迟滞电压宽度一致，以保证其工作在过压保护时，母线纹波与原有一致。如图2所示，母线误差调节器的工作原理是输出与母线电流相适应的一个电压值，母线所需电流与母线误差调节器的输出电压成反比，也就是母线所需电流越小，母线误差调节器输出电压越高。同时母线误差调节器输出电压与母线电压之间，满足如下规律：母线电压降低时，母线误差调节器输出电压也降低，母线电压升高时，母线误差调节器输出电压也升高。基于S3R的航天用过压保护电路的工作流程图如图4所示：正常情况下，母线误差调节器的输出电压低于过压保护电路的开通门限值，N型MOSFETQ1断开，过压保护电路并不工作。当n级S3R电路拓扑中有一个拓扑的MOSFET发生开路失效时，该级S3R电路拓扑将不能按照母线误差调节器的控制进行分流调节，只能将太阳电池阵的电流传输到母线。若母线所需电流大于一级太阳电池阵所提供的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于S3R的航天用过压保护电路，其特征在于，包括：n个功率二极管D

【技术特征摘要】
1.一种基于S3R的航天用过压保护电路，其特征在于，包括：n个功率二极管D1～Dn、N型MOSFETQ1、迟滞比较器及驱动器，其中，n为正整数；功率二极管D1～Dn的阴极均与N型MOSFETQ1的漏极相连，功率二极管D1～Dn的阳级分别与所对应的S3R电路拓扑中母线上任意两个串联的二极管的中间连接公共端相连；N型MOSFETQ1的门极与迟滞比较器及驱动器的输出端相连，N型MOSFETQ1的源极接地；迟滞比较器及驱动器的正端接S3R电路拓扑中的母线误差调节器，负端接基准电压Vref(n+1)。2.根据权利要求1所述的一种基于S3R的航天用过压保护电路，其特征在于：所述n的取值与S3R电路拓扑的个数一致。3.根据权利要求1或2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马亮，赵长江，李小飞，石海平，雷英俊，井元良，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：新型
国别省市：北京,11