本發(fā)明涉及一種雙通路平臺供電自主切換電路，屬于航天器供電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

航天器電源系統(tǒng)的供電體制主要有單母線供電和多母線供電兩種體制，相對于單母線供電體制，多母線供電體制下各條一次母線輸出相互獨立，能夠有效避免脈沖負載對穩(wěn)定負載帶來的干擾。以雙母線供電體制為例，電源系統(tǒng)可提供兩條獨立母線輸出，其中第一條母線供給衛(wèi)星平臺負載設備，第二條母線供給高功率脈沖載荷設備，可保證平臺負載設備工作的穩(wěn)定性，同時兼顧載荷設備的供電需求。

多母線供電體制目前廣泛應用于微波遙感和軍事偵察領(lǐng)域。根據(jù)航天器在軌長壽命高可靠性的需求，電源系統(tǒng)必須具備一定的自主故障診斷能力?？紤]到運行在低地球軌道(LEO)、中地球軌道(MEO)的航天器存在較長時間的不可見測控弧段，一旦未能及時處理平臺電源故障，將給衛(wèi)星安全帶來嚴重影響甚至導致衛(wèi)星任務失敗，這就要求電源系統(tǒng)能夠在第一時間降低平臺電源故障影響，通過備份供電通路維持平臺能源供給，為地面故障定位和補救工作爭取時間。

通過文獻調(diào)研可知，國內(nèi)外對多母線供電體制下的雙通路平臺自主供電方法研究甚少，國內(nèi)還未在這方面開展過深入研究。目前LEO軌道多母線供電體制衛(wèi)星的平臺母線均采用太陽翼+蓄電池的單一通路供電方式，無備份通路和通路切換設計。專利“一種航天器兩器能源共用方法”提出了一種航天器間能源使用方法，該方法是針對深空探測或空間站領(lǐng)域兩個飛行器對接狀態(tài)。上述方法存在以下局限性：1.僅適用于深空探測或空間站領(lǐng)域兩個航天器間聯(lián)合供電情況，用途在于解決兩器對接后單個航天器能源供給問題，不適用于航天器內(nèi)部多母線獨立供電情況；2.僅有聯(lián)合供電工作模式，依靠地面指令進行控制，不具備單通路供電模式，也不具備故障診斷和通路自主切換功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可靠性高的雙通路平臺供電自主切換電路，解決了長壽命衛(wèi)星在軌期間平臺電源故障情況下平臺供電主備通路自主切換問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種雙通路平臺供電自主切換電路，包括：信號采集功能電路、信號比較功能電路、信號篩選功能電路、使能控制功能電路以及信號配置功能電路；

信號采集功能電路對平臺蓄電池組電壓進行采集和放大，并將生成的采集信號送入信號比較功能電路中，信號比較功能電路將采集信號與設定的切換閾值進行比較并輸出比較結(jié)果，信號篩選功能電路對三路并行比較功能電路輸出的比較結(jié)果進行有效識別并輸出識別結(jié)果；使能控制功能電路對識別結(jié)果信號進行約束，實現(xiàn)衛(wèi)星平臺供電保護自主模式或者手動模式切換，并生成控制信號；信號配置功能電路對控制信號進行分配和分時傳輸，輸出控制信號至負載端直流-直流變換器用于啟動備份供電通路。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明這種可用于航天器多母線供電體制的雙通路平臺母線自主切換電路，實現(xiàn)了在軌任務期間正常工作情況下平臺主通路供電和故障情況下主備雙通路供電自主切換功能，提升了長壽命多母線體制航天器的平臺供電可靠性；采用了控制信號分時傳輸，可實現(xiàn)兩條供電母線間串聯(lián)直流-直流變換器的依次開機，降低啟動過程對所在母線的沖擊影響。

(2)本發(fā)明的控制方式靈活，設置了自主功能使能開關(guān)，可實現(xiàn)星上自主切換模式和地面手動切換模式的選擇。

(3)本發(fā)明的可靠性高，每組平臺蓄電池組配置三路并行的信號采集功能電路和信號比較功能電路，可提高信號采集和比較的可靠性，避免單個電路故障引入誤碼帶來的誤動作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明雙通路平臺供電自主切換電路組成框圖。

圖2為本發(fā)明信號采集功能電路原理圖。

圖3為本發(fā)明信號比較功能電路原理圖。

圖4為本發(fā)明信號篩選功能電路原理圖。

圖5為本發(fā)明使能控制功能電路原理圖。

圖6為本發(fā)明信號配置功能電路原理圖。

具體實施方式

本發(fā)明雙通路平臺供電自主切換電路的主要功能是對雙供電通路平臺母線進行故障診斷和供電通路自主切換，可及時發(fā)現(xiàn)平臺供電主通路故障，實現(xiàn)在軌期間平臺主通路故障情況下的主備通路切換，保證平臺母線供電的可靠性。

如圖1所示，為雙通路平臺供電自主切換電路的組成框圖，主要包括信號采集功能電路、信號比較功能電路、信號篩選功能電路、使能控制功能電路以及信號配置功能電路；其中信號采集功能電路和信號比較功能電路均為并行三路配置。

信號采集功能電路對平臺蓄電池組電壓進行采集和放大。信號比較功能電路將采集信號與設定的切換閾值進行比較，當被采集的平臺蓄電池組電壓信號低于切換閾值時，比較電路輸出表征平臺供電主通路故障的高電平控制信號。每組平臺蓄電池配置三路并行信號采集功能電路和對應的三路信號比較功能電路，以提高信號采集和比較的可靠性。

信號篩選功能電路對三路信號比較功能電路的輸出信號進行有效性識別并輸出篩選信號。信號篩選功能電路采取“三取二”的表決方式進行信號篩選，可避免單路信號采集功能電路或信號比較功能電路故障引入的錯誤信號進入后端電路，從而保證信號篩選功能電路輸出信號的正確性。

使能控制功能電路對信號配置功能電路進行約束，用于提供平臺供電保護自主模式和地面手動模式兩種選擇；使能控制功能電路處于禁止狀態(tài)時，平臺供電處于手動切換模式，信號配置功能電路無輸出，負載端直流-直流變換器的開啟只能通過地面遙控指令實現(xiàn)；使能控制功能電路處于使能狀態(tài)時，平臺供電處于自動切換模式，一旦平臺供電主通路故障，信號配置功能電路輸出控制信號，可開啟負載端直流-直流變換器。使能控制功能電路的使能狀態(tài)或禁止狀態(tài)可以通過地面遙控指令執(zhí)行，

信號配置功能電路對使能控制功能電路輸出的控制信號進行分配和分時傳輸，通過信號配置電路對負載端多個直流-直流變換器的啟動順序進行設置，可避免多個負載端直流-直流變換器同時啟動，降低負載端直流-直流變換器啟動時對所在母線的沖擊影響。

如圖2所示，信號采集功能電路的數(shù)量為被采集的衛(wèi)星平臺蓄電池組數(shù)量的三倍，每個信號采集功能電路包括運算放大器U4、電阻R3；運算放大器U4正輸入端通過電阻R3與被采集衛(wèi)星平臺蓄電池組正端相連，U4負輸入端與其自身輸出端相連，U4輸出端發(fā)送的信號Signal_1即為信號采集功能電路的輸出信號；電阻R3起限流作用。

如圖3所示，信號比較功能電路與信號采集功能電路數(shù)量一致，每個信號比較功能電路包括運算放大器U5、電阻R6、R8；運算放大器U5負輸入端通過電阻R8接收信號采集功能電路的輸出信號，同時，運算放大器U5負輸入端還通過電阻R6與其自身的輸出端相連，U5輸出端發(fā)送信號Signal_2即為信號比較功能電路的輸出信號；三路并行信號采集功能電路的輸出信號，在輸出信號后加字母后綴進行區(qū)別，分別為Signal_2a、Signal_2b、Signal_2c；電阻R8起限流作用，電阻R6起負反饋作用。

如圖4所示，信號篩選功能電路與被采集衛(wèi)星平臺蓄電池組數(shù)量一致，每個信號篩選功能電路包括隔離二極管D9～D17；通過隔離二極管D9、D10、D12、D13、D15和D16將三路信號比較功能電路的輸出信號兩兩相連成三個連接點，然后三個連接點分別通過獨立隔離二極管D11、D14和D17輸出后連接在一起并輸出信號Signal_3作為信號篩選功能電路的輸出信號；隔離二極管D9～D17起到電壓信號隔離作用。

如圖5所示，使能控制功能電路包括磁保持繼電器J19、電阻R18、電源VCC3；磁保持繼電器J19公共端與信號Signal_3相連，動作端輸出信號Signal_4作為使能控制功能電路的輸出信號，J19第一組線包正端和第二組線包正端相連后通過電阻R18與電源VCC3相連，第一組線包負端和第二組線包負端分別接收指令信號；電阻R18起限流作用。

如圖6所示，信號配置功能電路包括三極管Q26、Q27、電阻R28～R30、電容C24、C25、電源VCC4；三極管Q26基極和三極管Q27基極相連后通過電阻R28與使能控制功能電路的輸出信號相連，Q26集電極和Q27集電極相連后與電源VCC4相連，Q26發(fā)射極通過電阻R29接地，調(diào)節(jié)電容C24與電阻R29并聯(lián)，Q27發(fā)射極通過保護電阻R30接地，電阻R30和調(diào)節(jié)電容C25并聯(lián)；Q26發(fā)射極發(fā)送信號Signal_6a，Q27發(fā)射極發(fā)送信號Signal_6b，Signal_6a和Signal_6a即為信號配置功能電路的輸出信號；電阻R28～R30起限流作用，電容C24、C25起電壓鉗位作用。

實施例：

如圖2所示，信號采集功能電路中，電壓采集所用芯片以LM158為例，封裝形式為DIP-8，單片集成2路運算放大電路(以下簡稱“運放”)。3腳為正輸入端，2腳為負輸入端，1腳為輸出端。理想的集成運放正常工作時，2腳和3腳電壓相等，稱之為“虛短”；灌入芯片內(nèi)部的電流為零，稱之為“虛斷”。以U4為例，根據(jù)“虛短”則2腳電壓等于3腳電壓，因為1腳與2腳相連后電壓相等，所以1腳電壓等于3腳電壓，實現(xiàn)了信號采集和放大功能。單個平臺蓄電池組配置三路信號采集功能電路以提高采集的可靠性。U4為電壓采集芯片，電阻R2、R3起限流作用，其中R2阻值取1kΩ，R3阻值取100Ω，BAT1為單個平臺蓄電池組，VCC1為+12V電源。

如圖3所示，信號比較功能電路中，電壓比較所用芯片以LM108為例，封裝形式為DIP-8，單片集成2路比較電路，正輸入端3腳，負輸入端2腳，輸出端1腳。如果3腳電壓高于2腳電壓(即設定的通路切換閾值Vref高于輸入的采集信號Signal_1時)，則比較器輸出高電平，反之則輸出低電平。U5為電壓比較器，電阻R6～R8起限流作用，其中R6阻值取5.1kΩ，R7阻值取1kΩ，R8阻值取100Ω，VCC2為+12V電源。

對于單組平臺蓄電池，若采用三路獨立的信號采集和信號比較功能電路，需要通過信號篩選功能電路將上述電路產(chǎn)生的三個控制信號進行“三取二”有效性判別并輸出結(jié)果，以保證控制信號的可靠性。

如圖4所示，信號篩選功能電路中，D9～D17為隔離二極管，起電壓信號隔離作用；信號篩選功能電路對三路獨立的信號采集和信號比較功能電路產(chǎn)生的三個控制信號進行“三取二”有效性判別并輸出結(jié)果，以提高控制信號的可靠性。信號篩選功能電路利用二極管的鉗位作用，將輸入的三路信號進行兩兩交叉分組，輸出每組中的低電平信號，然后對三組輸出信號進行比較，輸出其中的高電平信號。不妨假設Signal_2a為低電平信號，Signal_2b為高電平信號，Signal_2c為高電平信號，則A點為Signal_2a和Signal_2c信號匯集處，Signal_2c受到Signal_2a電壓鉗位，因此A點為低電平，同理，B點為高電平，C點為低電平。將A點、B點、C點信號分別通過二極管匯總，由于低電平信號受到鉗制，所以D點輸出信號Signal_3為高電平信號，該平臺蓄電池組三路控制信號的篩選工作完成。

如圖5所示，信號組合功能電路中，J19開關(guān)采用磁保持繼電器，初始狀態(tài)，繼電器J19接通。對于J19所示磁保持繼電器，1腳和2腳是一組線包(線包a)，9腳和10腳則是另外一組線包(線包b)。3、4、5腳和6、7、8腳分別組成兩組觸點開關(guān)，觸點開關(guān)接通和斷開動作分別由兩組線包控制。為防止觸點誤動作，采用兩組觸點開關(guān)串聯(lián)。其中3腳和6腳是公共觸點，磁保持繼電器正常工作時，3腳觸點只能和同組開關(guān)的4腳和5腳觸點中的一個相連，6腳觸點同理，只能與7腳和8腳觸點中的一個相連。線包a加電時，3腳觸點和4腳觸點相連，6腳觸點和7腳觸點相連；線包b加電時，3腳觸點和5腳觸點相連，6腳觸點和8腳觸點相連；若線包a和線包b同時加電，則線包a起作用。不妨假設磁保持繼電器J19接收到自主功能斷開遙控指令(J19_off)，則有電源作用于線包b的9腳和10腳，當脈沖電流由9腳進入從10腳流出時，觸點開關(guān)動作，3腳觸點和5腳觸點相連，6腳觸點和8腳觸點相連，此時控制信號傳輸通路切斷，自主切換電路進入功能禁止狀態(tài)。若假設磁保持繼電器J19接收到自主切換使能的遙控指令(J19_on)，則有電源作用于線包a的1腳和2腳，當脈沖電流由1腳進入從2腳流出時，觸點開關(guān)動作，3腳觸點和4腳觸點相連，6腳觸點和7腳觸點相連，控制信號傳輸通路接通，自主切換電路進入使能狀態(tài)。D20～D23為繼電器線包消反電動勢二極管，電阻R18起限流作用，阻值取100Ω，VCC3為+28V電源。

如圖6所示，信號配置功能電路中，Q26、Q27為三極管，當高電平的控制信號輸入，Q26和Q27均接通，處于放大飽和區(qū)，Q26和Q27基極電壓升高，Q26和Q27發(fā)射極輸出高電平；以Q26為例，Q26發(fā)射極通過限流電阻R29與地相連，電容C24并聯(lián)在R29兩端，R29端電壓被電容C24鉗位，即Q26發(fā)射極輸出電壓被C24鉗位；Q26接通后開始為C24充電，待C24充電完成后發(fā)射極電壓建立；Q27同理，由于C24、C25設計參數(shù)差異帶來充電時間不一致，因此Q27輸出電壓建立與Q26輸出電壓建立不同步，可以起到信號分時傳輸效果。R28～R30起限流電阻，阻值取1kΩ，電容C24、C25起電壓鉗位作用，容值分別取0.01uF、0.047uF，VCC4為+28V電源。

對于雙通路平臺供電自主切換電路，若平臺蓄電池組電壓正常，說明平臺供電主通路工作正常，平臺蓄電池對應的三路并行信號采集功能電路和三路并行信號比較功能電路均輸出低電平，則信號篩選功能電路輸出低電平，使能控制功能電路輸出低電平，信號配置功能電路輸出低電平，負載端直流-直流變換器不啟動，只有通過地面發(fā)送遙控指令，方可啟動負載端直流-直流變換器，表明平臺供電處于手動切換模式。

若某個平臺蓄電池組電壓低于切換閾值，說明平臺供電主通路故障，則該平臺蓄電池組對應的三路信號比較功能電路和信號篩選功能電路均輸出高電平，則信號組合功能電路輸出高電平，若使能控制功能電路處于禁止狀態(tài)，使能控制功能電路輸出低電平，信號配置功能電路輸出低電平，負載端直流-直流變換器不啟動；若使能控制功能電路處于使能狀態(tài)，使能控制功能電路輸出高電平，信號配置功能電路分時輸出高電平，負載端直流-直流變換器分時啟動，實現(xiàn)平臺備份供電通路自主切換的功能，表明平臺供電處于自主切換模式。

工作原理：

本發(fā)明電路包括信號采集功能電路、信號比較功能電路、信號篩選功能電路、使能控制功能電路、信號配置功能電路。信號采集功能電路數(shù)量為被采集平臺蓄電池組數(shù)量的三倍，用于采集平臺蓄電池組電壓信號；信號比較功能電路與信號采集功能電路數(shù)量一致，用于判斷平臺蓄電池組電壓信號是否低于設定值并輸出比較結(jié)果；信號篩選功能電路對三路信號比較功能電路輸出的控制進行三取二有效性判定并輸出結(jié)果，以提高控制信號的可靠性；使能控制功能電路對信號配置功能電路進行約束，使能控制功能電路處于使能狀態(tài)時，平臺供電處于自主切換模式，使能控制功能電路可將信號篩選功能電路產(chǎn)生的高電平傳輸至信號配置功能電路；使能控制功能電路處于禁止狀態(tài)時，平臺供電處于手動切換模式，信號配置功能電路的輸入信號始終為低電平；信號配置功能電路對輸入信號進行分配和分時傳輸，用于保證負載端直流-直流變換器的分時啟動。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。