一种改进的磁保持继电器星载相机供电系统

摘要

一种改进的磁保持继电器星载相机供电系统，涉及一种星载相机供电系统，解决现有星载相机设备中DC/DC模块一次电源和二次电源回线未能隔离，导致DC/DC模块的输入和输出级相互干扰等问题，单独采用一小功率DC/DC对磁保持继电器线圈进行供电，保证供电系统状态切换的正确；采用DC/DC模块直接接入供电电路，避免在系统上电后DC/DC的接入引起供电电路的浪涌；采用磁保持继电器结合三极管及RC充放电电路对DC-DC的工作使能端进行隔离控制；根据回流面积最小原则对供电系统的共地进行了限定。提出采用两单输出正电压DC/DC模块组合形成输出稳定的正负双输出DC/DC模块。

说明书

技术领域

本发明涉及一种星载相机供电系统，具体涉及一种改进的磁保持继电器的 星载相机供电系统。

背景技术

为保证继电器开关的可靠工作，磁保持继电器线圈的工作电压偏差要求不 超过10％，而多星上设备同时启动可能引起供电电源波动大，超过磁保持继电 器的正常工作范围，影响继电器寿命或导致继电器无法可靠进行开关操作。通 常需要对DC/DC模块的输出状态进行控制，其控制信号的参考地为一次电源 地，而其控制信号的参考地通常为二次电源地；可实现隔离控制的光耦器件电 流传输比受温度、辐照等因素影响大，在航天设备上禁止使用，故现今的星载 设备中DC/DC模块一次电源和二次电源地未能隔离，导致DC/DC模块的输入 和输出级相互干扰，特别是针对供电波动大的电源，后对后级负载产生很大的 干扰甚至造成损伤。现今主流的双输出DC/DC模块正负压负载不一致(通常 是正压负载电流大负压负载电流小)时输出负压出现漂移(负电源的输出电压 绝对值高于额定值)可能造成设备损坏问题；最近新推出的双输出DC/DC模 块的输出电压不随负载出现漂移，但输出的正负最大功率一致，不能满足多数 双电源负载正压功率大负压功率小的应用要求。另外，对于星上不同的负载， 为保证相互通信的等电位需要把二次电源回线进行等电位连接，但随负载特性 的不同其共地方式也不同，必须进行区分。

发明内容

本发明为解决现有星载相机设备中DC/DC模块一次电源和二次电源回线 未能隔离，导致DC/DC模块的输入和输出级相互干扰，易对后级造成损伤； 且现有双输出DC/CDC模块最大输出的正负功率一致，不能满足多数双电源正 电源功率大负电源功率小的应用要求；对于星上不同负载需要二次电源回线进 行等电位连接等问题，提供一种改进的磁保持继电器的星载相机供电系统。

一种改进的磁保持继电器的星载相机供电系统，包括熔断器、浪涌抑制器、 EMI滤波器和DC/DC模块组，一次输入电源经熔断器、浪涌抑制器、EMI滤 波器和DC/DC模块组为相机负载供电，通过相机负载主控制器内部的控制电 路提供控制信号控制DC/DC模块组中的DC/DC模块工作，所述控制电路包括 电容C1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1和磁保持继电器，所述磁 保持继电器内部开关S1的一端通过电阻R2与DC/DC模块的一次输入电源 VCCIN的输入端连接；开关S1的另一端同时与电阻R3、电阻R4和电容C1 的一端连接，电阻R4和电容C1的另一端与一次输入电源回线连接；电阻R3 的另一端与三极管Q1的基极连接；三极管Q1的发射极与一次电源回线连接； 三极管Q1的集电极与DC/DC模块使能控制脚INH连接；

所述电容$C1>\frac{2t_0}{\frac{R2R4}{R2+R4}\ln \frac{\frac{R4V_S}{R2+R4}}{\frac{R4V_S}{R2+R4}-\frac{R3(V_S-V_{D1})}{R1\beta }-V_{D2}}},$所述电阻R3和电阻R4 满足上式中，V_S为一次输入电源VCCIN的电 压，β为三极管Q1的放大倍数，V_D1为二极管D1的导通压降，V_D2为三极管 Q1的发射极的导通压降，t₀为磁保持继电器的开关S1在从断开到保持稳定闭 合的整个抖动过程的持续时间，t_w为磁保持继电器的开关S1从闭合到保持稳 定断开整个抖动过程持续的时间；

所述控制电路控制DC/DC模块工作的具体过程为：

当开关S1闭合，一次输入电源VCCIN通过电阻R2向电容C1充电，当 电容C1上的电压上升到高于时，三极管Q1饱和，则DC/DC 模块停止工作；所述三极管Q1集电极电压低于DC/DC模块使能或禁止控制 端INH的门限电压V_th；当电容C1上的电压为时停止充电，充电时间常 数为

当开关S1断开，电容C1上的电压通过电阻R4和三极管Q1的发射级放 电，当电容C1上的电压下降到低于时，三极管Q1截止，三极 管Q1集电极电压高于DC/DC模块使能或禁止控制端INH的门限电压V_th， DC/DC模块开始工作，输出电压；当电容C1上的电压为0V时停止放电，放 电时间常数为

本发明的有益效果：

1、针对多星上设备同时启动导致供电电源波动大的特点，单独采用一小 功率DC/DC模块对磁保持继电器线圈进行供电，保证供电系统状态切换的稳 定可靠。

2、采用DC/DC模块在其所在的电路接入时直接接入供电电路，通过控制 其使能端禁止输出，避免在系统上电后DC/DC的接入引起供电电路的浪涌； 采用磁保持继电器、三极管结合RC去抖电路对DC/DC的工作使能端进行隔 离控制。

3、根据回流面积最小原则对供电系统内部的共地进行限定，减小系统内 部的相互干扰。

4、本发明针对现有双输出DC/DC模块输出的负电压随正负电源负载比例 关系的变化而变化，提出采用两单输出正电压DC/DC模块组合形成输出稳定 的正负双输出DC/DC模块。

附图说明

图1为本发明所述的一种改进的磁保持继电器星载相机供电系统的框图；

图2为本发明所述的一种改进的磁保持继电器星载相机供电系统中控制 DC/DC模块的控制电路原理图；

图3为本发明所述的一种改进的磁保持继电器星载相机供电系统中 DC/DC模块为双输出电源配置框图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，一种改进的磁保持继 电器星载相机供电系统，包括熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模 块组，一次输入电源经熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组为 相机负载供电，通过相机负载主控制器内部的控制电路提供控制信号控制 DC/DC模块组中的DC/DC模块工作，所述控制电路包括电容C1、电阻R2、 电阻R3、电阻R4、三极管Q1和磁保持继电器，所述磁保持继电器内部开关 S1的一端通过电阻R2与DC/DC模块的一次输入电源VCCIN的输入端连接； 开关S1的另一端同时与电阻R3、电阻R4和电容C1的一端连接，电阻R4和 电容C1的另一端与一次输入电源回线连接；电阻R3的另一端与三极管Q1的 基极连接；三极管Q1的发射极与一次电源回线连接；三极管Q1的集电极与 DC/DC模块使能控制脚INH连接；

控制电路控制DC/DC模块工作原理为：

当开关S1闭合，一次输入电源VCCIN通过电阻R2向电容C1充电，直 到电容C1上的电压为时停止充电，充电时间常数约为在电 容C1充电的过程中，当电容C1上的电压上升到高于时，三极 管Q1饱和，则DC/DC模块停止工作，所述三极管Q1集电极电压低于DC/DC 模块使能或禁止控制端的门限电压V_th；

当开关S1断开，电容C1上的电压通过电阻R4和三极管Q1的发射级放 电，直到电容C1上的电压为0V时停止放电，其放电时间常数约为在电容C1放电的过程中，当电容C1上的电压下降到低于时， 三极管Q1截止，三极管Q1集电极电压高于DC/DC模块使能或禁止控制端INH 的门限电压V_th，DC/DC模块开始工作，输出电压。

本实施方式中，为避免在继电器触点抖动期间损伤DC/DC模块，要求 $C1>\frac{2t_0}{\frac{R2R}{R2+R4}\ln \frac{\frac{R4V_S}{R2+R4}}{\frac{R4V_S}{R2+R4}-\frac{R3(V_S-V_{D1})}{R1\beta }-V_{D2}}},$电阻R3和电阻R4满足 上式中，V_S为一次输入电源VCCIN的电压，β 为三极管Q1的放大倍数，V_D1为二极管D1的导通压降，V_D2为三极管Q1的发 射极的导通压降；t₀为磁保持继电器的开关S1在从断开到保持稳定闭合的整 个抖动过程的持续时间；t_w为磁保持继电器的开关S1从闭合到保持稳定断开 整个抖动过程持续的时间。

结合图1说明本实施方式，从星上提供的一次输入电源，经熔断器、浪涌 抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块给各负载提供供电；其中长时间工作的负 载如主控制器在一次输入电源接通即可开始获得工作电压；对于短时间工作的 大功率负载，可把工作时间接近的负载共用浪涌抑制器和EMI滤波器，并通 过主控制器在浪涌抑制器前通过磁保持继电器的开关对其供电进行控制；对于 短时间工作的小功率负载，可共用DC/DC模块组，并通过主控制器在DC/DC 模块组后级使用磁保持继电器的开关对其供电进行控制。另外，除长时间工作 的负载如主控制器的DC/DC模块的使能端和前级的浪涌抑制器的控制输出端 相连，其余DC/DC模块的输出使能或禁止通过主控制输出的信号来控制。对 于工作时间不同的负载，可共用DC/DC模块(如图1中DC/DC模块组4)通 过使用磁保持继电器的开关对其进行复用。

本实施方式采用专用小功率DC/DC模块(如图1中的DC/DC模块组3中 的DC/DC模块)对磁保持继电器线圈进行供电，保证输入电压波动大的情况下 继电器也能稳定可靠工作：DC/DC模块的输入电压范围(V_{th_min}～V_{th_max})大于 星上电源的电压变化范围(V_min～V_max)，V_{th_min}+2≤V_min，V_{th_max}-2≥V_max；DC/DC 模块的输出电压为磁保持继电器线圈的额定电压，最大输出电流大于各磁保持 继电器线圈最大电流的二倍。

本实施方式所述的星载相机供电系统，严格要求DC/DC模块前级的一次 电源地和DC/DC后级的二次电源地进行隔离。由于DC/DC模块的输出使能或 禁止控制信号由参考二次电源地的主控制器产生的信号产生，而DC/DC模块 自身的输出使能或禁止控制端参考一次电源地，因此需要对其进行隔离控制。 本发明提出采用磁保持继电器的开关进行DC/DC模块控制端状态的隔离切 换，同时采用三极管结合电阻和电容组成的RC电路对磁保持继电器的开关的 抖动进行去抖，消除抖动可能损坏DC/DC模块的风险。

结合图3说明本实施方式，本实施方式针对现有双输出DC/DC模块输出 的负电压随正负电源负载比例关系的变化而变化，提出采用两单输出正电压源 模块组合形成输出稳定的正负双输出DC/DC模块。如图3所示，单输出DC/DC 模块A的输出回线和单输出DC/DC模块B的输出电源线作为正负双输出 DC/DC模块的回线；单输出DC/DC模块A的电源线作为正负双输出DC/DC 模块的正输出电源线，单输出DC/DC模块B的输出回线作为正负双输出 DC/DC模块的负输出电源线。此两DC/DC模块的额定输出电压相同，而额定 输出电流不同，各大于或等于负载电流的2倍。

本实施方式中，在各线路板上，为实现某功能，通常把不同的负载组合在 一起，为保证各负载工作正常，负载间需要有相同的参考电位，故需要把为相 连负载供电的DC/DC模块的二次电源回线进行等电位连接。为使各DC/DC模 块间的干扰最小，等电位连接点不能在DC/DC模块输出端，应该在DC/DC模 块的负载远端，而且仅连接需要等电位的回线；而且根据负载特性的不同，等 电位连接方式也不同。对于大功率强干扰负载的二次供电回线，与别的负载的 二次供电回线应该单点共地连接；对于高频小功率的负载之间二次供电回线则 应该进行多点共地，保证回流阻抗最小；对于低频小功率负载若无电机、线圈 等干扰大负载，其二次供电回线，与别的小功率负载的二次供电回线进行多点 共地；对于低频小功率负载若有电机、线圈等干扰大负载，其二次供电回线， 与别的小功率负载的二次供电回线进行单点共地。

本实施方式所述的熔断器采用BUSSMAN公司的产品，所述的浪涌抑制器、 EMI滤波器和DC/DC模块采用VPT公司的产品。