一种空间蓄电池管理用多路输出电源模块的制作方法

本发明属于空间电源技术领域，特别是涉及一种高智能化、高可靠性且适用于多种轨道空间产品蓄电池管理用多路输出电源模块。

背景技术：

卫星电源系统的重要储能电源是锂离子蓄电池组，由多节锂电池串并联组成。目前较常见的为7节、9节、24节串联等模式。新型的蓄电池组智能监控集成系统中，每个蓄电池管理单元模块对应一个并联蓄电池组合(以下简称为一节蓄电池)，如附图1所示，所以每个蓄电池管理单元需要单独的供电。

空间蓄电池管理用多路输出电源模块是空间蓄电池智能监控集成系统的重要组成部分，它时刻为蓄电池智能监控集成系统(如其中的各个蓄电池管理单元)提供可靠和充足的能源，保证蓄电池智能监控集成系统的正常工作，是长寿命空间产品用锂离子电池均衡管理的一项必不可少的关键技术。

目前，多路输出电源模块多为三路输出，最多五路输出。且均使用mosfet等大功率器件和电源控制芯片等复杂器件。因为一个蓄电池管理单元模块对应一节蓄电池，蓄电池智能监控集成系统所用多路输出电源模块需根据蓄电池串联节数而定，蓄电池串联节数越多，需要多路输出电源模块输出的路数越多，多路输出电源模块的安全性需求更大。针对空间蓄电池智能监控集成系统用的多路输出电源模块未有开发。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种空间蓄电池管理用多路输出电源模块，通过采用降压+推挽+后级整流级联拓扑，通过一个反馈控制量实现多路输出控制，达到输出电压一致而稳定的效果。

一种空间蓄电池管理用多路输出电源模块，包括主拓扑电路、脉冲判定电路和脉冲产生电路，其中所述主拓扑电路包括依次连接的降压电路、推挽电路和整流滤波电路，所述脉冲判定电路的输入端与所述推挽电路的输出端电连接，所述脉冲判定电路的输出端与所述脉冲产生电路的输入端电连接，所述脉冲产生电路的输出端与所述推挽电路的输入端电连接。

以上技术方案优选的，还包括保护电路和反馈控制电路，所述保护电路的输入端与所述主拓扑电路电连接，所述反馈控制电路的输入端分别与所述推挽电路的输出端和所述保护电路的输出端电连接，所述反馈控制电路的输出端与所述降压电路电连接。

以上技术方案优选的，所述降压电路包括三极管q3，所述母线经母线滤波电路滤波后与电阻rs的一端连接，所述电阻rs的另一端与所述推挽电路电连接，所述三极管q3的发射极接地，所述三极管q3的基极与所述反馈控制电路电连接，所述三极管q3的集电极与电感的一端连接，所述电感的另一端与所述推挽电路电连接，所述电阻rs的一端与所述电感的一端之间依次连接有两个二极管，一个所述二极管的正极与所述电感的一端连接，一个所述二极管的负极与另一个所述二极管的正极连接，另一个所述二极管的负极与所述电阻rs的一端连接，所述电阻rs的另一端与所述电感的另一端之间连接有电容c8。

以上技术方案优选的，所述推挽电路包括三极管q1和三极管q2，所述三极管q1和三极管q2的基极分别与所述脉冲产生电路电连接，所述电感的另一端分别与所述三极管q1和三极管q2的发射极和两个二极管的正极连接，所述推挽电路还包括二级变压器，所述二级变压器的原线圈设有中间连接点，所述电阻rs的另一端与所述原线圈的中间连接点连接，所述两个二极管的负极分别与所述原线圈的两端连接，所述二级变压器设有两组副线圈，一组副线圈设有中间连接点，所述副线圈的中间连接点接地，所述一组副线圈的两端分别与二极管的正极连接，所述二极管的负极输出的电压为第一反馈电压，所述二极管的负极串联电容c7后接地，所述一组副线圈的上端串联电容c6和电阻rb后输出的电压为第二反馈电压，所述电阻rb串联电容c4后接地；另一组所述副线圈与多个三级变压器连接，所述三级变压器的输出端与多个二极管和电容形成多个整流滤波电路，输出最终所需电压。

以上技术方案优选的，所述第一反馈电压连接两组不同的分压电阻分压后形成第一反馈分压和第二反馈分压，所述第一反馈分压和所述第二反馈分压均与所述脉冲判定电路电连接，所述脉冲判定电路包括第一比较器、第二比较器、两个二极管和滞环控制电路，所述第一反馈分压和参考电压经所述第一比较器比较后与一个所述二极管的负极连接，所述第二反馈分压与所述参考电压经所述第二比较器比较后与另一个所述二极管的负极连接，两个所述二极管的正极和所述参考电压的分压分别与所述滞环控制电路的输入端连接，所述滞环控制电路的输出端输出脉冲控制信号，所述脉冲控制信号与所述脉冲产生电路连接。

以上技术方案优选的，所述脉冲产生电路包括三极管q4和三级管q5，所述三极管q4的基极分别与电阻r5的一端、电阻r4的一端和电阻r2的一端连接，所述电阻r4的另一端与电容c2的一端连接，所述三极管q5的集电极分别与所述电容c2的另一端、所述电阻r2的另一端和电感l2的一端连接，所述三极管q5的基极分别与电阻r6的一端、电阻r3的一端和电阻r1的一端连接，所述电阻r3的另一端与电容c1的一端连接，所述三极管q4的集电极分别与所述电容c1的另一端、所述电阻r1的另一端和电感l1的一端连接，所述电感l1的另一端和所述电感l2的另一端分别与所述第一反馈电压连接，所述三极管q4的发射极、所述三极管q5的发射极、所述电阻r5的另一端、所述电阻r6的另一端和电容c3的一端分别与所述脉冲判定电路的输出端连接，所述电容c3的另一端接地，所述电容c2的另一端与所述三极管q2的基极连接，所述电容c1的另一端与所述三极管q1的基极连接。

以上技术方案优选的，所述保护电路包括三极管q6、三极管q7、三极管q8、三极管q9、三极管q10、三极管q11，所述母线经母线滤波电路滤波后串联电阻r7后与所述三极管q6的发射极连接，所述母线经母线滤波电路滤波后串联电阻r21、电阻r8后与所述三极管q7的发射极连接，所述母线经母线滤波电路滤波后与所述三极管q8的发射极连接，所述三极管q6的基极、集电极和所述三极管q7的基极均串联电阻r9后与所述三极管q11的集电极连接，所述三极管q7的集电极串联电阻r10后与所述三极管q11的集电极连接，所述三极管q11的发射极串联电阻r16后接地，所述三极管q7的集电极与所述三极管q8的基极连接，所述三极管q8的集电极串联电阻r12后与所述三极管q9的发射极连接，所述母线经母线滤波电路滤波后串联电阻r11分压后的电压为输入电压欠压保护控制点，所述输入电压欠压保护控制点串联电阻r13后与所述三极管q9的发射极连接，所述三极管q9的基极与所述输入电压欠压保护控制点连接，所述输入电压欠压保护控制点串联电阻r14后接地，所述三极管q9的集电极串联电阻r15与所述三极管q10的基极连接，所述三极管q10的基极串联电阻r18后接地，所述三极管q10的基极串联电容c5后与所述三级管q10的发射极连接，所述第一反馈电压与所述三极管q10的集电极连接，所述第一反馈电压串联电阻r17分压后形成保护电路输出电压，所述保护电路输出电压与所述三极管q10的发射极连接，所述保护电路输出电压串联电阻r20接地，所述三极管q10的发射极串联电阻r19接地，所述保护电路输出电压、所述第一反馈电压和所述第二反馈电压经过所述反馈控制电路后生成所述三极管q3的基极驱动信号。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明提供了一种专用于蓄电池管理用的多路输出电源模块，电源各个输出分别用于给每节蓄电池的管理单元进行供电，针对蓄电池管理单元耗电小的特点，采用三极管作为主功率开关，未使用mosfet等大功率器件，降低了成本；采用三极管等分立器件实现电源的反馈控制，未使用复杂的电源控制芯片，采用三极管等分立器件搭建pwm产生电路，提高了产品的可维修性，节省了成本；具备过流保护电路、输入欠压保护和输出过压保护电路，且将三者功能集合到一部分电路中实现，简化了设计，产品性能稳定可靠；可通过调节反馈控制电路中三极管的基极电流实现输出电压的可调节功能；主拓扑电路采用中间级的直流变交流，再交流变直流，形成了“直交直”的拓扑结构，实现了多路输出，输出端采用完全一致的磁环实现了输出电压一致而稳定，保证各蓄电池单元的正常工作。

附图说明

图1是蓄电池智能监控集成系统的框图；

图2是本发明一实施例的主拓扑电路的电路原理图；

图3是本发明一实施例的脉冲判定电路的电路原理框图；

图4是本发明一实施例的脉冲产生电路的电路原理图；

图5是本发明一实施例的保护电路的电路原理图；

图6是本发明一实施例的反馈控制电路框图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

一种空间蓄电池管理用多路输出电源模块，包括母线滤波电路、主拓扑电路、反馈控制电路、脉冲判定电路、脉冲产生电路和保护电路，其中母线滤波电路与母线连接对母线电压进行滤波，母线滤波后的电压为图2中v+，v+作为主拓扑电路的输入电压，母线滤波电路包括共模滤波电路和差模滤波电路，母线滤波电路为现有常见电路，属于现有技术，本申请对其没有改进因此不做赘述；主拓扑电路包括依次连接的降压电路、推挽电路和整流滤波电路，反馈控制电路的输入端分别与推挽电路的输出端和保护电路的输出端电连接，反馈控制电路的输出端与降压电路电连接。脉冲判定电路的输入端与推挽电路的输出端电连接，脉冲判定电路的输出端与脉冲产生电路的输入端电连接。脉冲产生电路的输出端与推挽电路的输入端电连接。保护电路的输入端与主拓扑电路电连接，保护电路的输出端与反馈控制电路电连接。

主拓扑电路如图2所示，包括三级变换：降压电路、推挽电路和后级的整流滤波电路。其中，降压电路将三极管q3作为开关管，开关管q3放于负端(接地端)，降低了开关管的启动电压，保障了开关管启动的安全性；推挽电路将降压电路输出的直流电压转换为交流电压，再由第三级的整流滤波电路转换为直流电压。整体设计为“直交直”的变换。整个电路拓扑中均使用t0-18封装三极管作为开关器件，未使用mosfet等大功率开关管，减小了产品重量，降低了产品成本。将三极管的管帽贴于电路板安装，且在电路板上设置覆铜，增加散热面积，采用倒装方式安装于电路板，有效解决了三极管的散热问题。所述三级变换中，为了实现最多24路的输出，将二级的输出交流电压分别引入多个三级变压器，减小了变压器设计的体积和设计难度。三级变压器全部使用完全一致的设计，可实现输出电压的完全一致。

降压电路包括npn型三极管q3，母线经母线滤波电路滤波后v+与电阻rs的一端连接，电阻rs的另一端与推挽电路电连接，三极管q3的发射极接地，三极管q3的基极与反馈控制电路电连接，三极管q3的集电极与电感的一端连接，电感的另一端与推挽电路电连接，电阻rs的一端与电感的一端之间依次连接有两个二极管，一个二极管的正极与电感的一端连接，一个二极管的负极与另一个二极管的正极连接，另一个二极管的负极与电阻rs的一端连接，电阻rs的另一端与电感的另一端之间连接有电容c8。

推挽电路包括npn型三极管q1和npn型三极管q2，工作中q1和q2只有一个导通，三极管q1和三极管q2的基极分别与脉冲产生电路电连接，电感的另一端分别与三极管q1和三极管q2的发射极和两个二极管的正极连接，推挽电路还包括二级变压器，二级变压器的原线圈设有中间连接点，为图2中的3、4，原线圈的两端连接点为图2中的9、2，电阻rs的另一端与原线圈的中间连接点3、4连接，两个二极管的负极分别与原线圈的两端9、2连接，二级变压器设有两组副线圈，一组副线圈设有中间连接点5、6，副线圈的中间连接点5、6接地，一组副线圈的一端1串联一个二极管后输出电压，一组副线圈的另一端10串联一个二极管后输出电压，上述两个二极管输出的电压为第一反馈电压b2，一个二极管的正极与上端副线圈的一端连接，二极管的负极输出电压为第一反馈电压b2，上述两个二极管的负极串联电容c7后接地，一组副线圈的一端1串联电容c6和电阻rb后输出的电压为第二反馈电压a1，电阻rb串联电容c4后接地；另一组副线圈与多个三级变压器连接，三级变压器的输出端与多个二极管和电容形成多个整流滤波电路，输出最终所需电压。

脉冲判定电路采用比较器和滞环控制电路实现。如附图3所示，第一反馈电压b2经过两组不同的分压电阻分压后形成第一反馈分压和第二反馈分压。第一反馈分压和第二反馈分压均与脉冲判定电路电连接，脉冲判定电路包括第一比较器、第二比较器、两个二极管和滞环控制电路，第一反馈分压和参考电压经第一比较器比较后与一个二极管的负极连接，第二反馈分压与参考电压经第二比较器比较后与另一个二极管的负极连接，两个二极管的正极和参考电压的分压分别与滞环控制电路的输入端连接，滞环控制电路的输出端输出脉冲控制信号，脉冲控制信号与脉冲产生电路连接，对推挽电路的驱动脉冲进行控制。滞环控制电路为现有常见电路，属于现有技术，因此在此不做赘述。整个控制电路未使用复杂的芯片，降低了成本，提高了系统的可维修性。

pwm脉冲产生电路如图4所示，由电容、电感和三极管等分立器件构成了谐振电路，产生的pwm脉冲输入图2所示二级变换的开关管基极。该电路未使用复杂的控制芯片，在保证电路可靠性的基础上节省了成本，提高了可维修性。具体的，脉冲产生电路包括npn型三极管q4和npn型三级管q5，三极管q4的基极分别与电阻r5的一端、电阻r4的一端和电阻r2的一端连接，电阻r4的另一端与电容c2的一端连接，三极管q5的集电极分别与电容c2的另一端、电阻r2的另一端和电感l2的一端连接，三极管q5的基极分别与电阻r6的一端、电阻r3的一端和电阻r1的一端连接，电阻r3的另一端与电容c1的一端连接，三极管q4的集电极分别与电容c1的另一端、电阻r1的另一端和电感l1的一端连接，电感l1的另一端和电感l2的另一端分别与第一反馈电压b2连接，三极管q4的发射极、三极管q5的发射极、电阻r5的另一端和电阻r6的另一端、电容c3的一端分别与脉冲判定电路的输出端连接，电容c3的另一端接地，电容c2的另一端与三极管q2的基极连接，电容c1的另一端与三极管q1的基极连接。

保护电路包括输入过流保护、输入欠压保护、输出过压保护和输出电压微调四个功能。如图5所示，图中标识意义如下：v+为输入电压滤波后的正电压；a点为输入电压欠压保护控制点；b2点为输出第一反馈电压，经分压后成为c点电压；c点电压为保护电路输出电压，作为反馈控制电路的输入端，控制图2所示一级变换中驱动三极管q3基极pwm输出，若c点电压过大，则一级变换关断，整个电路无输出。具体的保护电路包括pnp型三极管q6、pnp型三极管q7、pnp型三极管q8、pnp型三极管q9、npn型三极管q10、npn型三极管q11，母线经母线滤波电路滤波后v+串联电阻r7后与三极管q6的发射极连接，v+串联电阻r21、电阻r8后与三极管q7的发射极连接，v+与三极管q8的发射极连接，三极管q6的基极、集电极和三极管q7的基极均串联电阻r9后与三极管q11的集电极连接，三极管q7的集电极串联电阻r10后与三极管q11的集电极连接，三极管q11的发射极串联电阻r16后接地，三极管q7的集电极与三极管q8的基极连接，三极管q8的集电极串联电阻r12后与三极管q9的发射极连接，v+串联电阻r11分压后的电压为输入电压欠压保护控制点a，输入电压欠压保护控制点串联电阻r13后与三极管q9的发射极连接，三极管q9的基极与输入电压欠压保护控制点连接，输入电压欠压保护控制点串联电阻r14后接地，三极管q9的集电极串联电阻r15与三极管q10的基极连接，三极管q10的基极串联电阻r18后接地，三极管q10的基极串联电容c5后与三级管q10的发射极连接，第一反馈电压b2与三极管q10的集电极连接，第一反馈电压串联电阻r17分压后形成保护电路输出电压c，保护电路输出电压与三极管q10的发射极连接，保护电路输出电压串联电阻r20接地，三极管q10的发射极串联电阻r19接地，保护电路输出电压c、第一反馈电压b2和第二反馈电压a1经过反馈控制电路后生成降压电路中三极管q3的基极驱动信号。

输入过流保护原理：采用q6、q7组成的镜像电流源对流过电流采样电阻rs的输入电流进行采样，生成q9发射极电流，从而控制q10的基极电流，若基极电流过大，导致c点电压更接近b2点电压，则c点电压变大，三极管q3断开，切断pwm脉冲输出，从而导致电源模块停止工作。

输入欠压保护原理：a点为输入电压v+的分压点，若a点电压过低，则流过q9的电流增大，从而流过q10基极的电流增大，导致c点电压更接近b2点电压，三极管q3断开，切断pwm脉冲输出。

输出过压保护原理：b2点为输出反馈电压，c点为b2点分压，若b2点电压增大，直接导致c点电压增大，三极管q3断开，切断pwm脉冲输出。

输出电压微调原理：可通过调节q11的基极电流ib来微调输出电压的大小。

反馈控制电路框图如图6所示，b2作为第一反馈电压，分压后与作为三角波的第二反馈电压a1进行比较，生成q3的驱动脉冲。保护电路输出c为控制端，控制比较电路的工作与否，从而控制q3是否开通。

三种保护功能汇为控制电压c一点，减少了电路的复杂性。一个保护电路实现了四种功能，成功地实现了电路的有效利用。

本实例输入电压v+为42v，每路输出电压均为12v±2％，输出电流均为6ma～8ma。降压电路的脉冲频率为21.31khz，峰值为1.47v，为多个空间型号的蓄电池管理单元，电源模块输出稳定。

本发明提供了一种专用于蓄电池管理用的多路输出电源模块，电源各个输出分别用于给每节蓄电池的管理单元进行供电，针对蓄电池管理单元耗电小的特点，采用三极管作为主功率开关，未使用mosfet等大功率器件，降低了成本；采用三极管等分立器件实现电源的反馈控制，未使用复杂的电源控制芯片，采用三极管等分立器件搭建pwm产生电路，提高了产品的可维修性，节省了成本；具备过流保护电路、输入欠压保护和输出过压保护电路，且将三者功能集合到一部分电路中实现，简化了设计，产品性能稳定可靠；可通过调节保护电路中三极管的基极电流实现输出电压的可调节功能；主拓扑电路采用中间级的直流变交流，再交流变直流，形成了“直交直”的拓扑结构，实现了多路输出，输出端采用完全一致的磁环实现了输出电压一致而稳定，保证各蓄电池单元的正常工作。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。