CN109449880A - 一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路 - Google Patents

Abstract

一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路，外部输入电压通过输入电压检测的分压电阻串联分压后与精密电压源的基准电压端相连，限流电阻位于外部输入电压正线与精密电压源阴极之间，第一分压电阻串联后设置于精密电压源阴极、外部输入电压回线间，旁路三极管的集电极、发射极分别与输入电压检测的分压电阻中电阻两端相连，旁路三极管、控制三极管的集电极接第一分压电阻的中点，控制三极管的发射级与外部输入电压的回线相连，控制三极管的集电极输出欠压保护电路的控制信号。

Description

一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路。

背景技术

随着航天技术的飞速发展，航天器电源系统的功率不断增加，为了更好的体现出高压供电线缆损耗小的优势，从东方红-4平台开始逐步采用100V高压母线供电体制，对高压母线体制下电源系统长寿命、高可靠提出了新的挑战。据统计，卫星电源在正常工作时自然损坏的几率是很小的，损坏一般发生在恶劣的母线供电环境和负载突发状况。为了使星上电子产品能够安全有效并且长寿命的进行工作，保护电路的设计是至关重要的。当电源模块或电子单机处于一些异常母线供电状态时，保护电路能够及时将供电母线关闭，尽可能减小由于这些问题所造成的损失。而卫星电源系统中与蓄电池、太阳能电池阵、一次母线等多个关键部位相连接的电源模块和电子单机的保护电路更是关乎卫星运行成败的重中之重，对保护电路的自身可靠性提出了更高的要求。

星上电源和电子单机对于输入一次母线欠压保常用的方法主要为通过采样母线电压，再经过比较器与设定基准比较，当母线电压低于设定基准时关断母线供电，达到保护后级电源模块和电子单机的目的。现有的基于比较器的欠压保护法需要额外设计辅助供电电源，辅助电源通常效率较低，会带来1～3W的功耗，可靠性难以保证；同时也会造成系统复杂性的增加，不利于航天电子产品的小型化和轻量化。因此，突破结构简单、可靠高的大功率宇航模块电源输入欠压保护技术在卫星电源系统中具有十分重要的作用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路，电路结构简单、无需外部供电、功耗低、温漂小、抗干扰性能优、抗辐照能力强、寿命长、可靠性高，能够适用于航天器电源系统。

本发明的技术解决方案是：一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路，包括输入电压检测的分压电阻、精密电压源U1、限流电阻R4、第一分压电阻、旁路三极管V1、控制三极管V2，其中：

外部输入电压通过输入电压检测的分压电阻串联分压后与精密电压源U1的基准电压端相连，限流电阻R4位于外部输入电压正线与精密电压源U1阴极之间，第一分压电阻串联后设置于精密电压源U1阴极、外部输入电压回线之间，旁路三极管V1的集电极、发射极分别与输入电压检测的分压电阻中电阻两端相连，旁路三极管V1、控制三极管V2的集电极接第一分压电阻的中点，控制三极管V2的发射级与外部输入电压的回线相连，控制三极管V2的集电极输出欠压保护电路的控制信号；

其中，精密电压源U1包括比较器，当外部输入电压分压后电压值大于比较器基准电压时，精密电压源U1阴极输出电压小于外部输入电压分压后电压值，当外部输入电压分压后电压值不大于比较器基准电压时，精密电压源U1阴极输出电压等于外部输入电压分压后电压值。

所述的输入电压检测的分压电阻包括电阻R1、电阻R2、电阻R3，其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3串联。

所述的控制三极管V2的集电极输出的欠压保护电路的控制信号接宇航大功率模块电源输入浪涌电路，对功率MOS管进行使能控制，完成输入母线电压的接通和切断。

所述的限流电阻R4在外部输入电压正线与精密电压源U1的阴极之间，保证精密电压源U1中比较器的最小工作电流满足要求。

所述的第一分压电阻包括电阻R5、电阻R6，R5、R6位于精密电压源U1阴极与外部输入电压输入回线之间，旁路三极管V1、控制三极管V2的集电极接电阻R5、R6的中点，R5、R6使得未发生欠压保护时，V1、V2关断，发生欠压保护时，精密电压源U1阴极电压为外部输入电压，V1、V2开通。

所述的旁路三极管V1将R3旁路，为欠压保护电路提供迟滞电压，其中，R3可以调节迟滞电压大小

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明是基于精密电压源的输入欠压保护电路，利用其比较器特性实现欠压保护，欠压保护点可灵活设置，可以确保电源在高压母线体制下仍能够安全、稳定、可靠地工作；

(2)本发明一种宇航大功率模块电源输入欠压保护电路，无需外部辅助供电，具有结构简单，外围器件少等优点，正常工作时，保护电路最大功耗不大于300mW；

(3)本发明利用三极管旁路分压电阻可设置不同的迟滞电压范围，有效避免了输入母线电压波动时对保护电路的干扰，提高了保护电路的可靠性；

(4)本发明采用的精密电压源TL431作为欠压保护的核心器件，适于宇航应用，具有温度特性好，可靠性高等特点，在宇航产品工作温度-35～70℃范围内，温漂低于2％，保证了保护电路在全温度范围内具有很好的控制精度。

附图说明

图1为本发明的宇航大功率电源模块输入欠压保护电路原理图，图中U1为精密电压基准芯片TL431，V1、V2为三极管，M1为功率MOS管，R1～R6为电阻；

图2为本发明的宇航大功率电源模块输入浪涌抑制电路原理图，图中Z1为稳压管，M1为功率MOS管，C1为电容，R7～R10为电阻。

具体实施方式

本发明的大功率宇航模块电源输入欠压保护电路可进行保护的母线电压覆盖卫星100V高压母线范围：80～120V；无需外部辅助供电、元器件数量少、结构简单、功耗小(保护电路功耗小于300mW)；电路可靠性高，温漂较小，适用于星上电源模块和电子单机对于一次母线进行欠压保护，下面结合附图对本发明电路进行详细的解释和说明。

一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路，如图1所示，其特征在于：包括用于输入电压检测的分压电阻R1～R3，精密电压源U1，限流电阻R4，分压电阻R5、R6，旁路三极管V1、控制三极管V2。

用于输入电压检测的分压电阻R1～R3和精密电压源U1，通过调节R1～R3阻值可以调节欠压保护点(欠压保护电压)，其原理是将输入电压分压后与U1精密电压源TL431的基准端相连，利用TL431的比较器特性，即R1～R3分压后电压值高于基准电压(2.5V)时，TL431阴极电压为2V，分压后电压值低于基准电压(2.5V)时，TL431阴极电压为输入母线电压。

所述的限流电阻R4，设置于输入电压正线与U1精密电压源TL431阴极之间，保证TL431最小工作电流大于1mA。

所述的分压电阻R5、R6，旁路三极管V1和控制三极管V2。其中，R5、R6设置于U1的阴极与输入回线之间，三极管V1的集电极和发射极分别与R3两端相连，三极管V1、V2的集电极连接到电阻R5和R6的中点，三极管V2的发射级与输入回线相连，V2的集电极输出欠压保护电路的控制信号。R5和R6的取值使得未发生欠压保护时，V2集电极电压低于0.1V，保证V1、V2可靠关断；当发生欠压保护时，TL431阴极电压为输入母线电压，通过R5和R6分压，使得V1、V2可靠开通。三极管V1将R3旁路，使得欠压保护点提高，为欠压保护电路提供迟滞电压，通过调节R3可以调节迟滞电压范围。

所述的控制三极管V2集电极连接到宇航大功率模块电源输入浪涌电路中(见图2)，实现对输入浪涌抑制电路的通断控制，达到接通和切断输入母线电压的目的。

本发明如图1所示，输入电压通过电阻R1～R3串联分压后与精密电压源U1的基准电压端相连，限流电阻R4设置于外部输入电压正线与U1精密电压源TL431阴极之间，保证TL431最小工作电流大于1mA。R5、R6串联后设置于U1的阴极与外部输入回线之间，三极管V1的集电极和发射极分别与R3两端相连，三极管V1、V2的集电极连接到电阻R5和R6的中点，三极管V2的发射级与外部输入回线相连，V2的集电极输出欠压保护电路的控制信号。当发生欠压保护时，U1的TL431阴极电压为外部输入母线电压，通过R5和R6分压，使得V1、V2可靠开通。三极管V1将R3旁路，使得欠压保护点提高，为欠压保护电路提供迟滞电压，三极管V2集电极连接到宇航大功率模块电源输入浪涌电路中(见图2)，实现对输入浪涌抑制电路的通断控制，达到接通和切断输入母线电压的目的。

本发明的低功耗高端直流电流采样电路工作原理如下：

(1)输入电压通过电阻R1～R3分压后与精密电压源U1的基准电压端相连，通过调节R1～R3阻值可以调节欠压保护点，其原理是将输入电压分压后与U1精密电压源TL431的基准端相连，利用TL431的比较器特性，即分压后电压值高于基准电压(2.5V)时，TL431阴极电压为2V，分压后电压值低于基准电压(2.5V)时，TL431阴极电压为输入母线电压。三极管V2的集电极连接到电阻R5和R6的中点，V2的集电极输出欠压保护电路的控制信号。R5和R6的取值使得未发生欠压保护时，V2集电极电压低于0.1V，保证V2可靠关断；当发生欠压保护时，TL431阴极电压为输入母线电压，通过R5和R6分压，使得V2可靠开通。

(2)未发生欠压保护时，V1集电极电压低于0.1V，保证V1可靠关断，此时欠压保护点由R1、R2、R3分压决定；当发生欠压保护时，TL431阴极电压为输入母线电压，通过R5和R6分压，使得三极管V1可靠开通，V1将R3旁路，此时欠压保护点由R1、R2分压决定，使得欠压保护点提高。由此，欠压保护电路产生了迟滞电压，通过调节R3可以调节迟滞电压范围。

(3)输入浪涌抑制电路在宇航大功率电源的输入端广泛采用，通过阻容R7、R8、R10和C1设定的时间常数控制功率MOS管开通时间，达到现在输入浪涌电流幅值的目的。本欠压保护电路中的三极管V2集电极连接到宇航大功率模块电源输入浪涌电路中，对功率MOS管进行使能控制，达到接通和切断输入母线电压的目的。

以输入电压80～120V为例，欠压保护点为70V，保护恢复电压为85V。电路中使用的部件参数为：电阻R1：913，R2:272，R3:681，R4:243，R5:243，R69：102；为满足抗辐照使用要求，U1采用具有抗辐照指标的产品TL1431；三极管V1、V2:2N2222。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路，其特征在于包括输入电压检测的分压电阻、精密电压源U1、限流电阻R4、第一分压电阻、旁路三极管V1、控制三极管V2，其中：

外部输入电压通过输入电压检测的分压电阻串联分压后与精密电压源U1的基准电压端相连，限流电阻R4位于外部输入电压正线与精密电压源U1阴极之间，第一分压电阻串联后设置于精密电压源U1阴极、外部输入电压回线之间，旁路三极管V1的集电极、发射极分别与输入电压检测的分压电阻中电阻两端相连，旁路三极管V1、控制三极管V2的集电极接第一分压电阻的中点，控制三极管V2的发射级与外部输入电压的回线相连，控制三极管V2的集电极输出欠压保护电路的控制信号；

其中，精密电压源U1包括比较器，当外部输入电压分压后电压值大于比较器基准电压时，精密电压源U1阴极输出电压小于外部输入电压分压后电压值，当外部输入电压分压后电压值不大于比较器基准电压时，精密电压源U1阴极输出电压等于外部输入电压分压后电压值。

2.根据权利要求1所述的一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路，其特征在于：所述的输入电压检测的分压电阻包括电阻R1、电阻R2、电阻R3，其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3串联。

3.根据权利要求1或2所述的一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路，其特征在于：所述的控制三极管V2的集电极输出的欠压保护电路的控制信号接宇航大功率模块电源输入浪涌电路，对功率MOS管进行使能控制，完成输入母线电压的接通和切断。

4.根据权利要求1或2所述的一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路，其特征在于：所述的限流电阻R4在外部输入电压正线与精密电压源U1的阴极之间，保证精密电压源U1中比较器的最小工作电流满足要求。

5.根据权利要求1或2所述的一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路，其特征在于：所述的第一分压电阻包括电阻R5、电阻R6，R5、R6位于精密电压源U1阴极与外部输入电压输入回线之间，旁路三极管V1、控制三极管V2的集电极接电阻R5、R6的中点，R5、R6使得未发生欠压保护时，V1、V2关断，发生欠压保护时，精密电压源U1阴极电压为外部输入电压，V1、V2开通。

6.根据权利要求1或2所述的一种大功率宇航模块电源输入欠压保护电路，其特征在于：所述的旁路三极管V1将R3旁路，为欠压保护电路提供迟滞电压，其中，R3可以调节迟滞电压大小。