一种空间用一体化蓄电池放电开关电路制造技术

一种空间用一体化蓄电池放电开关电路，包含：开关电路，其串联在蓄电池组和放电电路之间，该开关电路包含并联的第一放电开关、第二放电开关和第三放电开关，每一个放电开关的源极连接蓄电池组，漏极连接放电电路；信号控制电路，其输入端连接开关控制信号，输出端连接开关电路中第一放电开关的栅极，用于控制开关电路中第一放电开关的通断；浪涌电流控制电路，其输入端连接放电电路，输出端连接开关电路中第二放电开关的栅极和第三放电开关的栅极，用于控制开关电路中第二放电开关和第三放电开关的通断，消除浪涌电流。本发明专利技术不仅提高了蓄电池组放电开关电路的可靠性和功率质量比，减小了系统的体积和重量，还提高了电源分系统的集成化设计水平。

An integrated battery discharge switch circuit for space

A space for the integration of the battery discharge switch circuit, switch circuit, including: the series between the battery and the discharge circuit, the first discharge switch, the switch circuit includes second switches and third parallel discharge discharge switch, a discharge switch is connected to a source electrode of the battery, the drain is connected to the discharge circuit; signal control circuit, its input end is connected with the switch control signal, the output end is connected with the first switch circuit of the discharge gate, for controlling the first discharge switch circuit; surge current control circuit, the input end is connected with the discharge circuit, the gate is connected with the output end of second switch circuit in the discharge gate and third discharge switch, for the control switch circuit second discharge switch and third discharge switch, eliminate the inrush current. The invention not only improves the reliability and the power to mass ratio of the discharge switch circuit of the storage battery set, reduces the volume and weight of the system, but also improves the integrated design level of the power distribution subsystem.

【技术实现步骤摘要】
一种空间用一体化蓄电池放电开关电路
本专利技术涉及航天电源控制领域，尤其涉及一种空间用一体化蓄电池放电开关电路。
技术介绍
电源控制器是卫星及其他航天飞行器电源子系统的重要组成部分，为整星提供稳定的一次母线，主要功能为：太阳电池S3R开关分流控制；蓄电池组充电及放电控制；一次母线、蓄电池及太阳电池电压、电流、温度等参数的采集与测量；电源测试接口；蓄电池均衡管理。卫星电源的重量一般占整个卫星重量的30％－40％，严重制约着卫星平台的承载能力，无法满足大载荷需求。为了支持新载荷技术和产品的应用，减少平台重量、体积、功耗等方面对载荷的束缚，星上电源系统需采取轻小型化设计方法，一方面对于现有的系统进行功能优化、重组及整合，以减少电源模块数量，减轻设备重量；另一方面，需要通过ASIC、SoC等高集成技术来提高设备功率密度。电源系统的轻小型化从某种意义上而言也意味着提升了卫星的载荷能力，降低了发射成本。卫星电源分系统主要由电源控制器、蓄电池组和太阳帆板组成。光照期太阳帆板将太阳能转换成电能并通过电源控制器为星上负载提供能量并对蓄电池组进行充电。阴影期蓄电池组通过电源控制器将化学能转换成电能为星上负载提供能量。在整星地面测试、试验和发射阶段考虑到整星工作的安全性并且保证在整星出现故障情况下，电源分系统能够及时断电。如图1所示，电源分系统传统的功率连接方式是在蓄电池组和电源控制器中串接有蓄电池连接继电器盒(BCRB)，使用BCRB控制蓄电池组和电源控制器的通断存在如下问题：1、由于继电器的固有机械属性，在力学环境下可能会产生触点断开、触点粘结、线圈开路、线圈短路等失效模式，从而降低了系统的可靠性。2、随着整星功率需求不断增加，流过BCRB继电器触点两端的电流也不断的提高，从而造成很难选到满足可靠性设计要求的继电器。3、功率继电器的体积和重量相对较大，不利于电源分系统小型化和集成化的设计。
技术实现思路
本专利技术提供一种空间用一体化蓄电池放电开关电路，不仅提高了蓄电池组放电开关电路的可靠性和功率质量比，减小了系统的体积和重量，还大大提高了电源分系统的集成化设计水平。为了达到上述目的，本专利技术提供一种空间用一体化蓄电池放电开关电路，包含：开关电路，其串联在蓄电池组和放电电路之间，该开关电路包含并联的第一放电开关、第二放电开关和第三放电开关，每一个放电开关的源极连接蓄电池组，漏极连接放电电路；信号控制电路，其输入端连接开关控制信号，输出端连接开关电路中第一放电开关的栅极，用于控制开关电路中第一放电开关的通断；浪涌电流控制电路，其输入端连接放电电路，输出端连接开关电路中第二放电开关的栅极和第三放电开关的栅极，用于控制开关电路中第二放电开关和第三放电开关的通断，消除浪涌电流。所述的信号控制电路包含：或门，其输入端分别输入“蓄电池电压欠压信号”、“单路放电电路过流保护信号”和“单路放电电路过压信号”，其输出端连接第一与门的输入端；第一与门，其输入端分别输入“蓄电池放电开关使能信号”、“放电电路使能信号”和或门的输出信号，其输出端连接第一放电开关的栅极。所述的浪涌电流控制电路包含：功率电阻，其串联第一放电开关；比较器，其正极输入端采集母线滤波电容两端电压值，其负极输入端接地，其输出端连接第二与门的输入端；第二与门，其输入端分别输入比较器的输出信号和信号控制电路中第一与门的输出信号，其输出端连接第二放电开关的栅极和第三放电开关的栅极。所述的放电开关电路还包含：串联在第一与门输出端的第一驱动执行电路，用于驱动第一放电开关；串联在第二与门输出端的第二驱动执行电路)，用于驱动第二放电开关和第三放电开关。所述的放电开关电路还包含：并联在开关电路输入端上的电容，用于抑制输入端的电压幅度。所述的放电开关电路还包含：串联在电容上的电阻，用于抑制浪涌电流。所述的放电开关电路还包含：并联在放电电路输入滤波电容上的功率二极管，用于抑制放电电路中功率电感的反电动势电压。本专利技术采用MOS半导体器件替代传统的继电器元器件，并且将放电电路的各项保护功能通过逻辑关系集成于放电开关中，实现放电开关电路的一体化设计，并抑制了浪涌电流和电压，不仅提高了蓄电池组放电开关电路的可靠性和功率质量比，减小了系统的体积和重量，还大大提高了电源分系统的集成化设计水平，研究成果将满足我国未来卫星高比功率电源系统领域的发展需求，可以广泛应用于军事侦察、军事通讯以及卫星星座等。附图说明图1是
技术介绍
中电源分系统的电路框图。图2是放电开关电路的电路连接图。图3是放电开关电路开关控制信号的逻辑关系图。图4是放电电路的电路图。图5是图4中放电电路的电流流向图。图6是放电电路中无抑制措施时放电开关导通瞬间MOS管浪涌电流波形。图7是放电开关电路浪涌电流抑制电路的电路图。图8A和图8B是放电开关电路导通瞬间的电流流向图。图9是放电电路中有抑制措施时放电开关导通瞬间MOS管浪涌电流波形。图10是放电开关关断过程电位示意图。图11是放电开关关断过程中MOS管漏极和源极两端电压实测波形图。图12是放电开关关断瞬间电压抑制电路的电路图。图13是改进后的MOS管漏极和源极两端电压实测波形图。图14是本专利技术提供的一种空间用一体化蓄电池放电开关电路的电路图。图15是本专利技术提供的放电开关电路接通时放电开关Vsd和蓄电池放电电流Ibat的波形图。图16是本专利技术提供的放电开关电路关断时放电开关Vsd和蓄电池放电电流Ibat的波形图。具体实施方式以下根据图2～图16，具体说明本专利技术的较佳实施例。电源控制器连接蓄电池组，其包含多个并联的放电电路，且在每个放电电路和蓄电池组之间串联有放电开关电路。如图2所示，放电电路是电源控制器的重要组成部分之一，其主要功能是当太阳电池阵不能为整星负载提供所需的能量时，蓄电池组放电电流通过放电电路为整星提供所需的能量。电源控制器根据整星功率的要求会配置不同数量的放电电路。每路放电电路(BDR)的输入口正端均串接有独立的放电开关电路，放电开关电路对放电电路起开关作用。如图3所示，单路放电开关电路开关控制信号由“蓄电池放电开关使能信号”、“蓄电池电压欠压信号”、“单路放电电路过流保护信号”、“单路放电电路过压信号”和“单路放电电路使能信号”组成，这些信号都来自电源控制器中的电池误差放大电路(BEA)。当单路放电开关电路执行逻辑输出为高电平“1”时，单路放电开关处于导通状态，当单路放电开关电路执行逻辑输出为低电平“0”时，单路放电开关处于截止状态。电源控制器将蓄电池组放电开关功能与放电电路中各项保护功能相结合，实现蓄电池组放电开关和放电保护功能的一体化设计。放电开关电路串接在电源控制器中的放电电路的输入端，因电源控制器回路中存在电感、电容等寄生参数和功率元器件，因此在放电开关导通和关断的瞬间必须对放电开关MOS管两端的瞬态电流和瞬态电压进行相应的控制和处理，防止放电开关MOS管在导通和关断的瞬间超过MOS器件的SOA安全工作区。以典型的电源控制中采用的BOOST升压型放电电路为例，当放电开关电路串接在其输入口正端时的电路模型如图4所示，LH为蓄电池组与电源控制器连接导线所产生的寄生电感，Cin为放电电路的输入滤波电容，Cout为电源控制器母线滤波电容阵，VD为放电电路调制开关管。当放电开关无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间用一体化蓄电池放电开关电路，其特征在于，包含：开关电路，其串联在蓄电池组和放电电路之间，该开关电路包含并联的第一放电开关（V1）、第二放电开关（V2）和第三放电开关（V3），每一个放电开关的源极连接蓄电池组，漏极连接放电电路；信号控制电路，其输入端连接开关控制信号，输出端连接开关电路中第一放电开关（V1）的栅极，用于控制开关电路中第一放电开关（V1）的通断；浪涌电流控制电路，其输入端连接放电电路，输出端连接开关电路中第二放电开关（V2）的栅极和第三放电开关（V3）的栅极，用于控制开关电路中第二放电开关（V2）和第三放电开关（V3）的通断，消除浪涌电流。

【技术特征摘要】
1.一种空间用一体化蓄电池放电开关电路，其特征在于，包含：开关电路，其串联在蓄电池组和放电电路之间，该开关电路包含并联的第一放电开关（V1）、第二放电开关（V2）和第三放电开关（V3），每一个放电开关的源极连接蓄电池组，漏极连接放电电路；信号控制电路，其输入端连接开关控制信号，输出端连接开关电路中第一放电开关（V1）的栅极，用于控制开关电路中第一放电开关（V1）的通断；浪涌电流控制电路，其输入端连接放电电路，输出端连接开关电路中第二放电开关（V2）的栅极和第三放电开关（V3）的栅极，用于控制开关电路中第二放电开关（V2）和第三放电开关（V3）的通断，消除浪涌电流。2.如权利要求1所述的空间用一体化蓄电池放电开关电路，其特征在于，所述的信号控制电路包含：或门（O），其输入端分别输入“蓄电池电压欠压信号”、“单路放电电路过流保护信号”和“单路放电电路过压信号”，其输出端连接第一与门（A1）的输入端；第一与门（A1），其输入端分别输入“蓄电池放电开关使能信号”、“放电电路使能信号”和或门（O）的输出信号，其输出端连接第一放电开关（V1）的栅极。3.如权利要求2所述的空间用一体化蓄电池放电开关电路，其特征在于，所述的浪涌电流控制电路包含：功率电阻（R），其串联第一放电开关（V1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：王腾，李旭评，徐伟，王胜佳，覃思明，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31