一种空间特种充电电源的控制计算机制造技术

本发明专利技术公开了一种空间特种充电电源的控制计算机，包括供配电模块、A\D转换采集模块、D\A转换输出模块、系统控制模块、通讯模块以及指令输出模块；所述的供配电模块由若干个DC/DC转换器组成，A\D转换采集模块包括A\D转换芯片以及模拟开关，D\A转换输出模块包括D\A转换芯片、精密电压参考源以及V\I转换电路，系统控制模块包括单片机、FPGA、存储器和译码器，通讯模块包括接口芯片和隔离芯片，指令输出模块由电压转换芯片组成。本发明专利技术能够实现遥测参数采集、指令采集充放电控制、数据通讯等诸多功能，具备优异的抗强电磁干扰能力以及抗空间辐射能力，并且体积小、重量轻、功耗低。

A Control Computer for Space Special Charging Power Supply

【技术实现步骤摘要】
一种空间特种充电电源的控制计算机
本专利技术属于空间高电压设备领域，具体涉及一种空间特种充电电源的控制计算机。
技术介绍
空间特种充电电源(以下简称充电电源)是空间高电压设备的关键部件，其通过高压充电电路对负载电容进行周期性充电，在达到高电压后，在极短的时间触发放电，在放电过程中释放巨大能量。该设备在我国尚处于地面原理样机试制阶段，但距离空间辐射环境下的应用还有很长一段距离。控制计算机作为电源的控制核心，尚无成熟的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种空间特种充电电源的控制计算机，能够满足电源的充放电控制策略、参数采集、数据通讯及安全性保护等需求，同时也能够适应空间辐射环境，具有小型化、低功耗、抗电磁干扰能力强等特点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：包括供配电模块、A\D转换采集模块、D\A转换输出模块、系统控制模块、通讯模块以及指令输出模块；所述的供配电模块由若干个DC/DC转换器组成，A\D转换采集模块包括A\D转换芯片以及模拟开关，D\A转换输出模块包括D\A转换芯片、精密电压参考源以及V\I转换电路，系统控制模块包括单片机、FPGA、存储器和译码器，通讯模块包括接口芯片和隔离芯片，指令输出模块由电压转换芯片组成；所述的单片机与FPGA之间通过电压转换芯片连接，通过A\D转换采集模块和D\A转换输出模块分别进行高压充电电路的输入、输出信号采样；所述的系统控制模块和上位机进行通讯，并输出控制指令，所述的单片机连接上电复位与看门狗电路、晶振电路。所述的通讯模块包括RS-422接口芯片，以及设置在RS-422接口芯片与系统控制模块之间的隔离芯片。所述的电压转换芯片包括单片机与FPGA之间的5V/3.3V电平转换模块，FPGA经3.3V/5V电平转换模块对外连接。所述的FPGA通过编程交错生成2路180度PWM驱动波，频率为5KHz，脉宽为10us。所述的FPGA输出控制指令使晶闸管触发放电，输出宽度为10us的脉冲。所述FPGA中的关键寄存器进行TMR加固设计，对关键数据区域SRAM的内容进行检错和纠错。所述的存储器包括程序存储器和数据存储器，单片机上集成有UART接口。所述的隔离芯片采用光电耦合器完成电-光-电转换，供电接口使用阻容网络滤波，抑制电源纹波。所述的控制计算机设置在屏蔽外壳当中，屏蔽充放电过程中产生的强大电场。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：系统控制模块采用单片机组合FPGA的架构，使用FPGA编程实现了单独控制高速AD的采集和通道切换，保证了AD采集数据的实时性，弥补了单片机处理能力的不足。单片机应用软件实现了完整的控制策略，依据设定的充电电压预期值、充电周期、脉冲数参数实现控制策略，对大电容负载进行重复充、放电。本专利技术能够实现遥测参数采集、指令采集充放电控制、数据通讯等诸多功能，具备优异的抗强电磁干扰能力以及抗空间辐射能力，并且体积小、重量轻、功耗低。附图说明图1本专利技术控制计算机的结构原理框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1，本专利技术的控制计算机基于高可靠抗辐照单片机与FPGA设计实现。该计算机仅包含一块CPU印制件，其功能主要包括：和上位机进行RS-422通讯，高压充电电路输入输出信号采样、驱动高压充电电路、驱动晶闸管电路等。CPU板含供配电模块、A\D采集模块、D\A输出模块、系统控制模块、指令输出模块、RS-422通讯模块。各个模块功能划分如下：供配电模块：由若干个DC/DC转换器组成；A\D转换采集模块：由A\D转换芯片、模拟开关等元器件组成；D\A转换输出模块：由D\A转换芯片、精密电压参考源、V\I转换电路组成；系统控制模块：由单片机、FPGA、存储器、译码器等组成；通讯模块：由RS-422接口芯片、隔离芯片等组成；指令输出模块：由电压转换芯片组成。该控制计算机具有如下优点：一、资源设置合理，节省元器件；使用FPGA编程产生持续稳定的180度PWM充电脉冲，其摆脱了常规的PWM输出电路，两路PWM交错产生，设置死区时间合理，有效规避了后端H桥臂因开关速度问题发生同时导通而烧毁的风险，另外FPGA根据单片机的命令能够自主产生放电脉冲。二、高速AD采集；使用FPGA编程实现单独控制高速AD的采集和通道切换，保证了AD采集数据的实时性，弥补了单片机处理能力的不足，采样率最高可达50KHZ。三、完备的软件控制策略；单片机应用软件对大电容负载进行重复充、放电，整个过程由单片机按照设定程序分四部分自动完成，依据设定的参数(充电电压预期值、充电周期、脉冲数)实现控制策略。四、优异的抗强电磁干扰能力；通讯接口防护，防止强电磁干扰产生的大电流损坏接口器件，接口采取隔离措施、设计光电耦合器完成电-光-电转换。隔离故障、保障通讯可靠。设计保护壳，屏蔽充放电过程中产生的强大电场。供电接口使用阻容网络滤波，抑制电源纹波，保证供电品质。五、优异的抗空间辐射能力；选用抗辐照加固元器件，设计硬件看门狗电路，如果单粒子翻转引起程序跑飞、死机等故障，可以及时复位解除，同时对FPGA中关键寄存器进行TMR加固设计，对关键数据区域SRAM的内容进行了检错和纠错，极大地降低了空间辐射造成计算机产生故障的概率。六、体积小；选用抗辐照高可靠单片机+FPGA架构，实现遥测参数采集、指令采集充放电控制、RS422通讯等诸多功能。控制计算机产品集成了程序存储器、数据存储器、复位电路、晶振电路、UART、AD、DA及V/I转换、接口保护电路，功能强大，计算机体积204mm*129mm*30mm；七、重量轻：计算机重量小于1kg；八、功耗低：计算机功耗小于1.5W。本专利技术在电路设计、元器件选用方面进行了可靠性设计和论证，产品满足地球同步轨道的使用要求。其具体技术指标如下表所示：本专利技术的控制计算机已随充电电源在强电磁干扰和强辐射条件下进行充放电试验数十万次，并进行了多次高密度、满负荷(充电电压630V、50HZ/6000次)连续充放电试验，产品功能性能正常。本专利技术能够为今后我国空间高电压设备的发展提供坚实基础和可靠保障。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间特种充电电源的控制计算机，其特征在于：包括供配电模块、A\D转换采集模块、D\A转换输出模块、系统控制模块、通讯模块以及指令输出模块；所述的供配电模块由若干个DC/DC转换器组成，A\D转换采集模块包括A\D转换芯片以及模拟开关，D\A转换输出模块包括D\A转换芯片、精密电压参考源以及V\I转换电路，系统控制模块包括单片机、FPGA、存储器和译码器，通讯模块包括接口芯片和隔离芯片，指令输出模块由电压转换芯片组成；所述的单片机与FPGA之间通过电压转换芯片连接，通过A\D转换采集模块和D\A转换输出模块分别进行高压充电电路的输入、输出信号采样；所述的系统控制模块和上位机进行通讯，并输出控制指令，所述的单片机连接上电复位与看门狗电路、晶振电路。

【技术特征摘要】
1.一种空间特种充电电源的控制计算机，其特征在于：包括供配电模块、A\D转换采集模块、D\A转换输出模块、系统控制模块、通讯模块以及指令输出模块；所述的供配电模块由若干个DC/DC转换器组成，A\D转换采集模块包括A\D转换芯片以及模拟开关，D\A转换输出模块包括D\A转换芯片、精密电压参考源以及V\I转换电路，系统控制模块包括单片机、FPGA、存储器和译码器，通讯模块包括接口芯片和隔离芯片，指令输出模块由电压转换芯片组成；所述的单片机与FPGA之间通过电压转换芯片连接，通过A\D转换采集模块和D\A转换输出模块分别进行高压充电电路的输入、输出信号采样；所述的系统控制模块和上位机进行通讯，并输出控制指令，所述的单片机连接上电复位与看门狗电路、晶振电路。2.根据权利要求1所述空间特种充电电源的控制计算机，其特征在于：所述的通讯模块包括RS-422接口芯片，以及设置在RS-422接口芯片与系统控制模块之间的隔离芯片。3.根据权利要求1所述空间特种充电电源的控制计算机，其特征在于：电压转换芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗中伟，张遂南，寇杏子，李军，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61