一種適用于微納衛星的分離自上電及蓄電池保護方法與流程

本發明涉及微納衛星控制技術領域，尤其涉及一種適用于微納衛星的分離自上電及蓄電池保護方法。

背景技術：

微納衛星具有成本低、研制周期短等特點，在全世界范圍內得到了越來越多的研究和應用。由于所采用的蓄電池容量一般都很小，而衛星從發射到入軌時間一定，如果采用傳統衛星的設計方式——衛星發射過程中處于工作狀態，則衛星與運載分離后，蓄電池放電深度可能會達到70%以上，存在衛星斷電甚至丟失的風險。因此需要設計一種電路，使得衛星在發射階段處于斷電狀態，與運載分離后自動上電。

鑒于衛星在軌運行過程中存在姿態不穩或設備狀態異常的可能性，為防止蓄電池因為過放電或過放電而損壞，并且在故障消失后，蓄電池能夠恢復供電，亟需設計一種蓄電池保護電路。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種適用于微納衛星的分離自上電及蓄電池保護技術，能夠在衛星與運載分離后自動上電，以及在蓄電池發生過放電后防止蓄電池損壞的保護和恢復。

為達上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種適用于微納衛星的分離自上電及蓄電池保護方法，應用于分離自上電及蓄電池保護電路，所述電路包括分離開關、繼電器K1、放電開關Q2、過充放保護芯片U29、驅動芯片Q4；其中，太陽能電池陣通過供電母線與負載相連，蓄電池的正極通過放電開關Q2與供電母線相連；繼電器K1的一端通過分離開關與蓄電池的負極相連，K1的另一端與放電開關的柵極連接；所述分離開關、繼電器K1以及放電開關Q2，用于控制在衛星發射前，將蓄電池與供電母線斷開，從而使得衛星處于斷電狀態，當衛星發射入軌后，蓄電池與供電母線連接，給負載供電；過充放保護芯片U29與蓄電池相連，用于檢測蓄電池的電壓，以防止蓄電池因為過充電和過放電而損壞；所述驅動芯片Q4，用于在衛星上電工作后，由星上軟件發送BAT-ON電平指令，將Q4導通，從而將放電開關Q2導通以保證蓄電池在必要的情況下能夠連接至供電母線。

進一步地，在衛星發射前，所述分離開關處于斷開狀態，將繼電器K1設置為接通狀態，并關斷驅動芯片Q4，此時放電開關Q2是斷開的，衛星處于斷電狀態；當衛星發射入軌后，衛星與運載分離，分離開關處于接通狀態，則則放電開關柵極通過繼電器連接至蓄電池負極，將放電開關Q2接通，蓄電池與供電母線連接，給負載供電。

進一步地，為防止分離開關在軌期間發生老化或機械故障而斷開，導致放電開關Q2斷開，將蓄電池與供電母線切斷，造成衛星斷電，所述驅動芯片Q4，在衛星上電工作后，由星上軟件發送BAT-ON電平指令，將Q4接通，從而保證Q2在必要的情況下能夠導通。

進一步地，在衛星姿態不穩時，太陽電池陣無輸出電流或輸出電流無法滿足整星功率需求，蓄電池會持續處于放電狀態，當蓄電池組電壓低于6.7V時，星上軟件發送FL-OFF脈沖指令，以設置繼電器K1來斷開分離開關與放電開關Q2的連接。

進一步地，所述過充放保護芯片U29連接外圍的開關管Q5和Q6；當蓄電池單體電壓高于一定值V1時，過充放保護芯片U29控制Q6關斷，停止供電母線通過放電開關Q2給蓄電池充電；當蓄電池單體電壓低于一定值V2時，U29開啟Q6，允許供電母線給蓄電池充電，從而防止蓄電池因為過充電而損壞；蓄電池持續處于放電狀態時，U29將Q5關斷，停止蓄電池通過放電開關Q2給負載供電，從而可防止蓄電池因為過放電而損壞。

進一步地，當衛星發生過放保護后，在太陽電池陣有電流輸出時，供電母線通過Q2的體二極管給蓄電池組充電，當蓄電池組電壓高于V3時， U29則將Q5接通，而此時由于放電開關Q2處于關閉狀態，繼續對蓄電池組進行過保護，只可充電，而不允許放電。

進一步地，在蓄電池組電壓高于一定值V4時，則星上軟件發送BAT-ON脈沖指令，導通Q4，星上軟件發送FL-ON脈沖指令，接通繼電器，使放電開關Q2接通，恢復蓄電池組與供電母線連接。

進一步地，所述放電開關Q2為MOSFET管，通過控制Q2柵極的電平來控制Q2的導通和關斷。

本發明的有益效果是：本發明的適用于微納衛星的分離自上電及蓄電池保護方法，在衛星發射過程中可以保持衛星為斷電狀態，減少蓄電池能量損耗，衛星與運載分離后，分離開關接通，蓄電池組自動接入供電母線，給衛星負載供電；分離開關僅控制作為放電開關的MOS管柵極，通過的電流很小，不需要考慮降額設計；必要的冗余設計，可防止衛星在軌運行期間分離開關故障造成蓄電池組與供電母線斷開連接的風險；具有過充電和過放電保護功能，能夠在衛星發生過放電保護后，蓄電池組只能充電而不能放電，且當電壓上升到一定值后，可通過軟件控制實現蓄電池重新接入供電母線給負載供電。

附圖說明

圖1是本發明的適用于微納衛星的分離自上電及蓄電池保護電路圖。

具體實施方案

下面通過具體實施方式結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

本發明的適用于微納衛星的分離自上電及蓄電池保護電路，如附圖1所示，所述電路包括分離開關、繼電器K1、放電開關Q2、過充放保護芯片U29、驅動芯片Q4。其中，太陽能電池陣通過供電母線與負載相連，蓄電池的正極通過放電開關Q2與供電母線相連。繼電器K1的一端通過分離開關與蓄電池的負極相連，K1的另一端與放電開關的柵極連接；所述分離開關、繼電器K1以及放電開關Q2，用于控制在衛星發射前，將蓄電池與供電母線斷開從而使得衛星處于斷電狀態，當衛星發射入軌后，蓄電池與供電母線連接，給負載供電。過充放保護芯片U29與蓄電池相連，用于檢測蓄電池的電壓，以防止蓄電池因為過充電和過放電而損壞。所述驅動芯片Q4，用于在衛星上電工作后，由星上軟件發送BAT-ON電平指令，將Q4導通，從而將放電開關Q2導通以保證蓄電池在必要的情況下能夠連接至供電母線。

具體的控制方法，如附圖1所示，在衛星發射前，分離開關處于斷開狀態，將繼電器K1設置為接通狀態，并關斷驅動芯片Q4，此時繼電器1點和2點接通，而分離開關處于斷開狀態，即繼電器的2點和蓄電池BT2的地是斷開的，衛星處于斷電狀態。當衛星發射入軌后，衛星與運載分離，分離開關處于接通狀態，則繼電器1點與蓄電池BT2的地接通，通過R33將放電開關Q2的1點置為低電平，使得放電開關接通，蓄電池BT1的正極與供電母線連接，給負載供電。

為防止分離開關在軌期間發生老化或機械故障而斷開，放電開關Q2的1點由地電平變為高電平，Q2的2點和3點斷開，將蓄電池與供電母線切斷，造成衛星斷電，設置有另一路電子開關，驅動芯片為Q4，在衛星上電工作后，由星上軟件發送BAT-ON電平指令，將Q4的1點置為高電平，使Q4的2點和3點接通，從而將Q2的1點置為低電平。該設計可以保證蓄電池在必要的情況下都可以連接至供電母線。

當蓄電池單體電壓高于一定值V1時，過充放保護芯片U29將Q6的1點置為低電平，從而將Q6關斷，停止供電母線通過放電開關Q2給蓄電池充電。當蓄電池單體電壓低于一定值V2時，U29重新將Q6的1腳置為高電平，開啟Q6，允許供電母線給蓄電池充電，從而可防止蓄電池因為過充電而損壞。

在衛星姿態不穩時，太陽電池陣無輸出電流或輸出電流無法滿足整星功率需求，蓄電池會持續處于放電狀態。當蓄電池組電壓低于6.7V時，星上軟件發送FL-OFF脈沖指令，脈沖寬度為160ms，將繼電器K1的1點連接至3點，斷開分離開關與放電開關Q2的連接。如果蓄電池組電壓繼續降低至一定值V3時，過充放保護芯片U29將Q5的1腳置為低電平，將Q5關斷，停止蓄電池通過放電開關Q2給負載供電，從而可防止蓄電池因為過放電而損壞。衛星斷電后，BAT-ON電平指令消失，Q4的2腳和3腳關斷，從而放電開關Q2關閉。

當衛星發生過放保護后，在太陽電池陣有電流輸出時，供電母線通過Q2的體二極管給蓄電池組充電，當蓄電池組電壓高于V3時，過重放保護芯片U29則將Q5的1腳置為高電平，將Q5接通，而此時由于放電開關Q2處于關閉狀態，可繼續對蓄電池組進行過保護，只可充電，而不允許放電，在蓄電池組電壓高于一定值V4時，則星上軟件發送FL-ON脈沖指令和BAT-ON指令，分別接通Q4的2腳和3腳、繼電器的1腳和2腳，使放電開關Q2接通，恢復蓄電池組與供電母線連接，如果故障排除，則衛星恢復正常工作，否則，該設計可為排除故障贏得時間。

本發明簡單可靠，可實現衛星與運載分離后自主上電工作，減少發射段能源損耗，且可以防止蓄電池過充電和過放電，延長蓄電池使用壽命，保證了衛星任務的順利進行。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。