空间双余度电源电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种空间双余度电源电路。本实用新型专利技术包括输入侧功率单元、变压器、输出侧功率单元和综合控制单元，所述变压器的输入线圈连接所述输入侧功率单元，所述变压器的输出线圈连接所述输出侧功率单元，所述综合控制单元连接所述输入侧功率单元和所述输出侧功率单元。本实用新型专利技术针对空间电源主要功率器件的故障模式，设计了电源内部冗余备份的电路结构，解决为满足空间电源可靠性存在单一功率器件异常而造成整个空间电源损坏的问题，显著提高空间电源可靠性，并有效降低电源体积重量。

【技术实现步骤摘要】
空间双余度电源电路
本技术涉及空间电力电子
，具体的说是一种空间双余度电源电路。
技术介绍
供电电源电路是卫星和航天器上能源部分的重要组成，将系统初级能源转化为各子系统内部工作需求的供电电压，是各系统能源供给可靠运行的必要保证。为减少初级能源的携带量，确保空间飞行任务的成功，抑制恶劣空间辐射环境的影响，要求空间电源必须具备小型化、冗余性、高可靠性。执行空间飞行任务时发现空间电源供电电路损坏，往往是单一功率器件的短路和断路故障。为了避免因子系统重要单机能源供给部分发生故障，常采用多模块并联冗余，当一个模块发生故障时，另一备份模块进入工作模式等类似方法；该模式保证了系统的可靠性，但多模块级并联存在占用空间大、成本高，难以小型化以及有效的降低成本等问题。针对现有功率器件空间应用特性和故障模式，实现供电电源在空间环境中小型化和高可靠性是一个重要研究方向。研究发现空间辐射条件下，对供电电源功率器件的影响，主要表现为：第一，影响功率开关管阈值开启电压向下漂移；第二，影响功率二极管的反向漏电流增大等问题。在空间飞行中，为解决空间恶劣环境影响，常采用具有空间辐照参数的功率器件，但其具有价格高、周期长、体积大等诸多问题影响。现有空间电源为保证飞行成功，提高供电能源系统可靠性，常用多模块并联冗余备份的工作模式，其虽然实现提高系统可靠性，但能源系统整体体积大，成本高，最重要的往往因单一功率器件的损坏直接把整块供电电源电路旁路，切换到另一备份工作单元。应针对空间电源的主要故障模式表现形式，进行必要的电路单元内部冗余设计，而不是简单的备份、切换模式。现有的空间电源为满足恶劣空间环境，选择具有空间辐照指标的电子元器件，但存在其成本高、周期长、体积大的问题，并没有针对空间环境对供电电源电路的影响因素进行必要设计。现有的余度电源存在该点发生故障后，冗余和切换后的单元依旧具有较高概率发生该故障的几率，难以保证系统对可靠性的更高要求。现有的技术针对器件再空间应用存在的问题进行了分析研究，并提出一定解决问题的思路，但没有结合空间电源的故障模式，进行空间电源供电电路的整体电路结构冗余设计。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本技术要解决的技术问题是提供一种空间双余度电源电路，用于解决空间供电电源器件适应恶劣空间辐照环境的基础上，实现器件级电路冗余结构设计，并提供不同电路方案的冗余结构，以防止因为单一故障问题导致的整个空间电源电路单元故障。本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种空间双余度电源电路，包括输入侧功率单元、变压器、输出侧功率单元和综合控制单元，所述变压器的输入线圈连接所述输入侧功率单元，所述变压器的输出线圈连接所述输出侧功率单元，所述综合控制单元连接所述输入侧功率单元和所述输出侧功率单元；所述变压器的输入线圈包括第一输入线圈和第二输入线圈，所述第一输入线圈和第二输入线圈的入线端均连接输入母线的正极；所述变压器的输出线圈包括第一输出线圈和第二输出线圈；所述输入侧功率电路包括主功率输入侧单元和主功率输入侧冗余单元，所述主功率输入侧单元连接所述第一输入线圈的出线端，所述主功率输入侧冗余单元所述第二输入线圈的出线端；所述输出侧功率单元包括主功率输出侧单元和主功率输出侧冗余单元，所述主功率输出侧单元连接所述第一输出线圈的两端，所述主功率输出侧冗余单元连接所述第二输出线圈的两端，所述主功率输出侧单元和主功率输出侧冗余单元的输出端连接，并作为所述电源电路的输出端。所述主功率输入侧单元包括主开关管、冗余开关管、第二电容、第三功率二极管和第二采样电阻；所述主开关管的栅极连接所述综合控制单元，漏极连接所述第一输入线圈的出线端，源极连接所述冗余开关管的漏极；所述主开关管的栅极和源极之间连接所述第二电容和第三功率二极管的串联结构；所述冗余开关管的源极连接所述综合控制单元，源极连接所述第二采样电阻；所述第二采样电阻的另一端连接输入母线的负极。所述主功率输入侧冗余单元包括第一开关管、第一电容、第一功率二极管、第一功率二极管和第一采样电阻；所述第一开关管的栅极连接所述综合控制单元，漏极连接所述第二输入线圈的出线端，源极连接第二功率二极管的阳极；所述第一开关管的栅极和源极质检连接所述第一电容和第一功率二极管的串联结构；所述第二功率二极管的阴极连接所述第一采样电阻；所述第一采样电阻的另一端连接输入母线的负极。所述主功率输出侧单元包括第四开关管、第四电容、第四功率二极管、第六功率二极管和第四采样电阻；所述第四开关管的栅极连接所述综合控制单元，漏极连接所述第一输出线圈的入线端，源极连接所述第四功率二极管的阴极；所述第四功率二极管的阳极连接所述第四采样电阻，所述第四采样电阻的另一端连接地线；所述第六功率二极管的阳极连接所述第一输出线圈的出线端，阴极连接所述电源电路的输出端；所述第六功率二极管的阳极和地线之间连接所述第四电容。所述主功率输出侧冗余单元包括第五开关管、第五功率二极管、第七功率二极管、第三电容和第三采样电阻；所述第五开关管的栅极连接所述综合控制单元，漏极连接所述第二输出线圈的入线端，源极连接所述第五功率二极管的阴极；所述第五功率二极管的阳极连接所述第三采样电阻，所述第三采样电阻的另一端连接地线；所述第七功率二极管的阳极连接所述第二输出线圈的出线端，阴极连接所述电源电路的输出端；所述第七功率二极管的阳极和地线之间连接所述第三电容。本技术适用于卫星探测器等深空领域应用，以满足对供电电源的高可靠性需求，具体具有以下优点：(1)本技术针对空间电源主要功率器件的故障模式，设计了电源内部冗余备份的电路结构，解决为满足空间电源可靠性存在单一功率器件异常而造成整个空间电源损坏的问题，显著提高空间电源可靠性，并有效降低电源体积重量。(2)本技术针对恶劣空间环境对空间电源的主要影响因素，设计了一种空间电源电路拓扑结构。(3)针对空间电源器件存在的问题，结合空间电源可靠性冗余要求，技术了具有电路内部冗余功能和兼备内部功能特性补偿的电路结构，对两种功能特性有效结合，选用功率器件少，控制方法简单。(4)本技术所设计的冗余电路单元结构对切入时机要求低，可提早切入并不影响系统工作特性。(5)本技术有效解决功率器件发生的短路及断路异常工况难以继续正常工作的问题。(6)本技术输入侧冗余单元为变结构冗余，如果主功率输入侧单元发生异常，降低主功率输入侧冗余单元因为器件同样问题造成故障发生。(7)本技术所设计电路，电路未发生切换到冗余侧功率单元时，可为输出负载端提供瞬时大电流的能力。附图说明图1为本技术的整体结构图；图2为本技术的变压器的结构图；图3为本技术的综合控制单元的引脚结构图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术做进一步的详细说明。如图1所示，一种空间双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间双余度电源电路，其特征在于，包括输入侧功率单元、变压器、输出侧功率单元和综合控制单元，所述变压器的输入线圈连接所述输入侧功率单元，所述变压器的输出线圈连接所述输出侧功率单元，所述综合控制单元连接所述输入侧功率单元和所述输出侧功率单元；/n所述变压器的输入线圈包括第一输入线圈和第二输入线圈，所述第一输入线圈和第二输入线圈的入线端均连接输入母线的正极；所述变压器的输出线圈包括第一输出线圈和第二输出线圈；/n所述输入侧功率电路包括主功率输入侧单元和主功率输入侧冗余单元，所述主功率输入侧单元连接所述第一输入线圈的出线端，所述主功率输入侧冗余单元所述第二输入线圈的出线端；/n所述输出侧功率单元包括主功率输出侧单元和主功率输出侧冗余单元，所述主功率输出侧单元连接所述第一输出线圈的两端，所述主功率输出侧冗余单元连接所述第二输出线圈的两端，所述主功率输出侧单元和主功率输出侧冗余单元的输出端连接，并作为所述电源电路的输出端。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间双余度电源电路，其特征在于，包括输入侧功率单元、变压器、输出侧功率单元和综合控制单元，所述变压器的输入线圈连接所述输入侧功率单元，所述变压器的输出线圈连接所述输出侧功率单元，所述综合控制单元连接所述输入侧功率单元和所述输出侧功率单元；
所述变压器的输入线圈包括第一输入线圈和第二输入线圈，所述第一输入线圈和第二输入线圈的入线端均连接输入母线的正极；所述变压器的输出线圈包括第一输出线圈和第二输出线圈；
所述输入侧功率电路包括主功率输入侧单元和主功率输入侧冗余单元，所述主功率输入侧单元连接所述第一输入线圈的出线端，所述主功率输入侧冗余单元所述第二输入线圈的出线端；
所述输出侧功率单元包括主功率输出侧单元和主功率输出侧冗余单元，所述主功率输出侧单元连接所述第一输出线圈的两端，所述主功率输出侧冗余单元连接所述第二输出线圈的两端，所述主功率输出侧单元和主功率输出侧冗余单元的输出端连接，并作为所述电源电路的输出端。


2.根据权利要求1所述的一种空间双余度电源电路，其特征在于，所述主功率输入侧单元包括主开关管、冗余开关管、第二电容、第三功率二极管和第二采样电阻；
所述主开关管的栅极连接所述综合控制单元，漏极连接所述第一输入线圈的出线端，源极连接所述冗余开关管的漏极；所述主开关管的栅极和源极之间连接所述第二电容和第三功率二极管的串联结构；所述冗余开关管的源极连接所述综合控制单元，源极连接所述第二采样电阻；所述第二采样电阻的另一端连接输入母线的负极。


3.根据权利要求1所述的一种空间双余度电源电路，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋明明，刘凤涛，
申请(专利权)人：唐山航宇电力电子设备有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13