宇航用高可靠复合开关设计.pdf

第22卷 第5期载 人 航 天Vol.22 No.5
2016年 10月MannedSpaceflightOct.2016
宇航用高可靠复合开关设计
王 儒,孙清晓,张倩倩
北京卫星制造厂,北京100190
摘要:传统星载设备采用继电器对供电母线进行开关控制,继电器体积大,并且在大电流情况
下,容易产生触点粘连故障,可靠性低。针对该问题提出种高可靠复合开关电路,采用小型
继电器对供电母线上的功率MOS管的栅源电压进行控制,实现了对供电母线的加断电控制;
分析了该电路的工作过程,利用功率MOS管线性工作区的特性,可有效降低开机浪涌电流;在
此基础上给出了各元器件的降额设计方法。对款星载DCDC变换器前级增加该开关电路进
行试验,结果表明,该开关电路能够可靠控制供电母线的加断电,通过改变缓启电容的大小,能
够减小开关浪涌电流90以上,体积小,可靠性高。
关键词:开关;可靠性;浪涌电流
中图分类号:TM571 文献标识码:A 文章编号:1674?5825201605?0641?04
设备输入端均设计有电容滤波电路,当继电器
1 引言
闭合时,输入母线对滤波电容充电,需要输入端提
目前,我国卫星供配电系统中,供配电设备与供瞬时的大电流脉冲,即浪涌电流,该峰值
负载设备主要采用继电器实现加断电控制,即电流般比设备的静态电流大几倍,如不加抑制,
在输入母线的正线上串联继电器,继电器通过对有可能导致输入电压波形改变,使供电质量变差,
线包的通断电使其内部的触点接触或者断开来实影响相邻其它用电设备工作,同时浪涌电流过大
现母线加断电;同时,为了提高供电质量,在负载还有可能导致用于开关控制的继电器触点粘连而
收稿日期:2015?03?11;修回日期:2016?08?10
作者简介:王儒1982-,男,硕士,工程师,研究方向为星船电子产品设计。E?mail:wangrunuaa.edu.cn
第22卷 第5期载 人 航 天Vol.22 No.5
6422016年 10月M载ann人ed航Spa天ceflightOct.2016第22卷
无法断开,失去开关切换功能。针对输入浪涌时,I随U的增加成线性增大,因此在设备加电
电流带来的冲击,传统的解决方法有串联电阻法时,通过控制U电压,使其线性增大,从而控制
宇航用高可靠复合开关设计
和预充电法。串联电阻法是指在负载设备源输入电流I线性增大,解决开机瞬间的浪涌电流
输入端串联固定电阻,利用电阻的限流作用,在设问题。当对后级电容充满电后,使功率MOS管工
王 儒,孙清晓,张倩倩
备加电工作时将浪涌电流限制在定范围内。由作在恒流区,减小导通损耗。
北京卫星制造厂,北京100190
于流过电阻的电流为母线电流,若应用于功耗大
的设备会因流过电阻的电流大造成压降大、发热
摘要:传统星载设备采用继电器对供电母线进行开关控制,继电器体积大,并且在大电流情况
大,同时影响单机效率,该方法只适用于功耗较小
下,容易产生触点粘连故障,可靠性低。针对该问题提出种高可靠复合开关电路,采用小型
的设备。预充电法是在串联电阻法的基础上,
继电器对供电母线上的功率MOS管的栅源电压进行控制,实现了对供电母线的加断电控制;
增加开关。当给后级电容充电完成后,串联电阻
分析了该电路的工作过程,利用功率MOS管线性工作区的特性,可有效降低开机浪涌电流;在
此基础上给出了各元器件的降额设计方法。对款星载DCDC变换器前级增加该开关电路进
被开关旁路。这种方法虽然解决了串联电阻稳态
行试验,结果表明,该开关电路能够可靠控制供电母线的加断电,通过改变缓启电容的大小,能
工作时功率损耗的问题,但由于开关需要在电容
够减小开关浪涌电流90以上,体积小,可靠性高。
充满电后闭合,需要增加检测电路来检测后级电
关键词:开关;可靠性;浪涌电流
容两端电压,不宜在工程项目上使用。上述两
中图分类号:TM571 文献标识码:A 文章编号:1674?5825201605?0641?04
种方法中,用于开关的继电器均放置于供电母线
图1 N沟道功率MOS管的漏极特性曲线
上,所用继电器的尺寸和重量依赖于工作电流,限
制了其使用范围。针对此问题,本文利用功率
MOS管的开关特性,用功率MOS管代替继电器,
同时,功率MOS管为压控型器件,通过控制
通过控制MOS管的栅源电压,实现对供电母线的
栅极电压来控制漏极电流,驱动电流在mA量级,
加断电控制。
因此可以采用较小的开关控制功率MOS管栅源
2 高Ab可str靠ac复t:合In开tra关diti电on路alaerospaceequipment,relayisoftenusedtocontrolthepowersupplybus,
GS的开关来控制MOS管漏源DS的开关,从
而间接控制母线的开通和关断。
2??1 电路的提出
基于功率MOS管的以上特性,提出高可靠复
图circ1ui是twas个prNop沟ose道d.功T率heMpoOwSer管su的pp漏ly极bu特sw性ascontrolledtoswitchbycontrollingthepowerMOS?
合开关电路如图2所示,包括只功率MOS管、
曲线,该曲线可分为截止区、恒流区和线性导
只小功率磁保持继电器,以及电阻R、R,电容C。
电区三部分。当功率MOS管工作在线性导电区
设备输入端均设计有电容滤波电路,当继电器
1 引言
闭合时,输入母线对滤波电容充电,需要输入端提
目前,我国卫星供配电系统中,供配电设备与供瞬时的大电流脉冲,即浪涌电流,该峰值
负载设备主要采用继电器实现加断电控制,即电流般比设备的静态电流大几倍,如不加抑制,
在输入母线的正线上串联继电器,继电器通过对有可能导致输入电压波形改变,使供电质量变差,
图2 高可靠复合开关电路图
线包的通断电使其内部的触点接触或者断开来实影响相邻其它用电设备工作,同时浪涌电流过大
现母线加断电;同时,为了提高供电质量,在负载还有可能导致用于开关控制的继电器触点粘连而
根据该电路的工作原理,将启动过程划分为MOS管栅源电压U0,所以关断,其两端电压为
4个模态,如图3所示,具体分析如下:输入电压U,输入滤波电容C两端电压也为0;
收稿日期:2015?03?11;修回日期:2016?08?10
1模态0t之前,继电器K触点闭合,功率2模态1tt,开关电路在t时刻接受外
作者简介:王儒1982-,男,硕士,工程师,研究方向为星船电子产品设计。E?mail:wangrunuaa.edu.cn
第22卷 第5期载 人 航 天Vol.22 No.5
第6452期 2016年 10月王 儒,等.M宇载a航nn用人ed高航Sp可a天c靠efl复igh合t开关设计Oct.2016第62243卷
无部指法断令开,继,失电去器开K关触切点换断功开能,功率。M针O对S输管入U浪电涌状时态,I,以随保U证的功增率加M成OS线管性维增持大饱,因和此导在通设的备栅加源电电
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宇航用高可靠复合开关设计
和由于预充未到电法达功。率串M联OS电管阻的法开是启指电在压负,载所设以备功率源输持入继电电流器。I线性增大,