一种面向低母线电压的低EMI星载二次电源系统

一种面向低母线电压的低emi星载二次电源系统
技术领域
1.本发明涉及航空、航天电子综合化技术领域，特别涉及一种面向低母线电压的低emi星载二次电源系统。


背景技术：

2.星载二次电源是卫星综合电子中的关键功能部件之一，将卫星母线电压，如常用的+28～40v，经过保护和滤波后转换成数字电路中常用的+12v、+5v、+3.3v、
‑
5v等二次电源，并进行加断电控制。如下图1所示是常规的星载二次电源设计，电源板主要由熔断器、浪涌抑制电路、滤波器、dc/dc模块和继电器切换电路组成。常规电源母线多是+28v标准，为了提高电源效率，往往采用dc/dc模块转换成+12v、+5v、+3.3v、
‑
5v等二次电源，每一种dc/dc模块电源都是尺寸较大，重量在百克以上，造成二次电源非常的拥挤笨重。另外传统的继电器开关的尺寸和重量也很大，当控制的电源种类或者路数很多的话，也会造成二次电源的笨重和拥挤。
3.二是，dc/dc内部有个振荡器和斩波模块，其工作原理就是按照内部振荡电路的频率对输入电压进行开关控制实现电压增压或者降压。由于传统二次电源中有很多的dc/dc模块，其内部振荡器开关频率各不相同，经过频率混频和叠加从而导致输出电源的干扰非常多，系统的emi差。
4.另外，为了提高电源效率，未来微小卫星母线将会以低电压+12～16v为主，传统星载二次电源方案不适用于低电压母线。
5.目前传统的星载二次电源的设计中，二次电源占了机箱的大部分的重量体积，且emi干扰大，严重影响了卫星综合电子的轻小型化，尤其严重影响了微小卫星综合电子的发展。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中的星载二次电源设计所存在的重量体积大、emi干扰多、不适用于微小卫星的问题，从而提供一种面向低母线电压的低emi星载二次电源系统。
7.为了实现上述目的，本发明提出了一种面向低母线电压的低emi星载二次电源系统，所述系统包括低emi星载二次电源模块和控制模块；其中，
8.所述低emi星载二次电源模块，用于接收+12～16v的母线电压，在控制模块的io使能控制和统一的时钟信号驱动下，将输入母线电压经保护和滤波，转换为适用于数字电路的多种电压值，为卫星平台多种设备提供二次电源；
9.所述控制模块，用于为emi星载二次电源模块提供统一的时钟信号，还用于发出io使能控制至emi星载二次电源模块。
10.作为上述系统的一种改进，所述低emi星载二次电源模块包括保护和滤波电路、长加电电路、同步和使能控制电路以及电压输出电路；其中，
11.所述保护和滤波电路，用于对输入的母线电压经过熔断器保护、浪涌抑制和滤波形处理后，输出+12v电压至长加电电路和电压输出电路；
12.所述长加电电路，用于将输入母线电压转换为不同电压，为控制模块、同步和使能控制电路以及电压输出电路提供工作电压；
13.所述同步和使能控制电路，用于根据控制模块的时钟信号和io使能控制分别输出使能信号、负压使能信号和同步信号至长加电电路和电压输出电路进行时钟同步和使能控制；
14.所述电压输出电路，用于在使能信号、负压使能信号和同步信号的控制下，分别输出不同的电压为卫星平台多种设备提供二次电源。
15.作为上述系统的一种改进，所述保护和滤波电路包括串联的熔断器保护电路、浪涌抑制电路和emi滤波器。
16.作为上述系统的一种改进，所述同步和使能控制电路包括一个正压线性稳压器、一个负压线性稳压器、总线驱动器和隔离芯片；其中，
17.所述正压线性稳压器，用于将输入母线电压+12v转换为+3.3v输入总线驱动器；
18.所述负压线性稳压器，用于将长加电电路输出的
±
6v电压转换为
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3.3v输入隔离芯片；
19.所述总线驱动器，用于在长加电电路和控制模块正常工作后打开门控，输出控制模块发送的io使能控制和同步时钟至隔离芯片；
20.所述隔离芯片，用于对输入电压和同步时钟进行隔离，并根据
‑
3.3v电压和io使能控制转换生成多个负压使能信号和负压同步信号，发送至电压输出电路。
21.作为上述系统的一种改进，所述电压输出电路包括多个电源转换芯片，所述电源转换芯片在不同的使能信号和不同的同步信号的控制下，分别输出
±
6v和+12v电压，为卫星平台多种设备提供二次电源。
22.作为上述系统的一种改进，所述控制模块包括控制器、时钟管理芯片、总线驱动器和晶振；其中，
23.所述控制器由cpu或fpga实现，用于控制时钟管理芯片的配置和输出，用于发出io使能控制至低emi星载二次电源模块；
24.所述时钟管理芯片，用于在控制器的控制下，将基准频率信号转换为统一的时钟信号并发送至低emi星载二次电源模块；
25.所述总线驱动器，用于在控制器的控制下打开门控；所述门控默认为关闭状态；
26.所述晶振，用于为控制器和时钟管理芯片提供基准频率信号。
27.与现有技术相比，本发明的优势在于：
28.1、本发明的星载二次电源具有质量体积小、集成度高、emi低、上电顺序可控的优点；
29.2、本发明的星载二次电源具有集中供电、效率高、成本低的优点；
30.3、本发明的星载二次电源适用于低电压母星的微小卫星。
附图说明
31.图1是现有技术的星载二次电源设计框图；
32.图2是本发明的面向低母线电压的低emi星载二次电源系统的外部接口示意图；
33.图3是本发明的面向低母线电压的低emi星载二次电源模块的设计框图；
34.图4是本发明的面向低母线电压的低emi星载二次电源的系统上电顺序示意图；
35.图5是本发明的面向低母线电压的低emi星载二次电源的隔离电路设计图；
36.图6是本发明的控制模块框图。
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
38.如图1所示，为一种面向低母线电压的低emi星载二次电源系统，该系统包括低emi星载二次电源模块和控制模块；其中，
39.emi星载二次电源模块，用于接收+12～16v的母线电压，在控制模块的io使能控制和统一的时钟信号驱动下，将输入母线电压经保护、滤波，转换为适用于数字电路的多种电压值为卫星平台多种设备提供二次电源；
40.控制模块，用于为emi星载二次电源模块提供统一的时钟信号，还用于发出io使能控制至emi星载二次电源模块。
41.图2给出了本发明的面向低母线电压的低emi星载二次电源的外部接口示意图，系统对卫星的接口是，输入母线区别于传统的+28v，为+12～16v的低电压，对卫星平台提供电压、电流和温度等直接遥测，用于卫星平台对本系统进行工作状态监测；系统的输出包括+12v、+6v、+5v、+3.3v、+2.5v、+1.8v和
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6v，用于给单机内部的长供电功能单元和其他单元供电，如载荷数字单元(
±
6v)、载荷模拟单元(+12v，
±
6v)、通信射频发射单元(
±
6v)、通信射频接收单元(+12v，
±
6v)。区别于传统的继电器控制加电方法，采用io使能控制的方法加断电，可以省掉传统的继电器、oc门等驱动电路，具有质量体积功耗成本低的优点。
42.图3是本发明的面向低母线电压的低emi星载二次电源的设计框图，包括四部分功能电路，分别是保护和滤波电路、长加电电路、同步和使能控制电路、电压输出电路；其中，
43.保护和滤波电路是对输入的母线电压首先通过不对称的熔断器保护电路，然后进入浪涌抑制电路再进入emi滤波器进行滤波形成可以用于后续转换电路的+12v；
44.长加电电路主要是需要直接上电的功能单元，用于将输入母线电压转换为不同电压，为控制模块、同步和使能控制电路以及电压输出电路提供工作电压。该部分包括时钟管理芯片、控制器，时钟管理模块上电后按照预先配置输出同步时钟给同步和使能控制电路，控制器上电后根据需求输出电压使能信号给同步和使能控制电路；
45.同步和使能控制电路实现对数字控制单元输出的同步时钟和电源使能信号经过16245(总线驱动器)和隔离芯片转换成适合驱动电源芯片的使能和同步时钟信号，输出给后面的长加电电路和电压输出电路，实现长加电电路和电压输出电路的时钟同步和使能控制；
46.电压输出电路，用于在使能信号、负压使能信号和同步信号的控制下，分别输出不同的电压为卫星平台多种设备提供二次电源。包括待输出电压的电源转换芯片，如线性稳压器ldo、负载点电源模块pol等，其同步时钟和同步使能来自同步和使能控制电路，输出电压到其他功能模块。
47.emi星载二次电源模块包括保护和滤波电路、长加电电路、同步和使能控制电路以
及电压输出电路。
48.图4是本发明的面向低母线电压的低emi星载二次电源的上电顺序示意图，系统的上电顺序是卫星平台给本系统上电，本系统的长加电电路输出+6vcom、
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6vcom、+5v、+3.3v、+2.5v、+1.8v给本机的长供电功能板，同时同步和使能控制电路中的+3.3v_245、
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3.3v_ctrl电源上电；长加电功能板中的计算机板的时钟管理芯片和控制器上电完成初始化，控制器依次打开本板上和二次电源板上的16245门控，控制器对同步和使能控制电路打开对应的同步时钟和使能控制，此时同步和使能控制电路输出同步时钟和使能信号，将二次电源板上的长加电电路和电压输出电路统一到同一同步时钟上。
49.同步和使能控制电路包括一个正压线性稳压器(ldo)、一个负压线性稳压器(ldo)、总线驱动器和隔离芯片；其中，
50.正压ldo直接将输入母线电压转换为总线驱动器需要的+3.3v；
51.负压ldo将数字控制pol输出的
±
6v转换为
‑
3.3v给隔离芯片供电；
52.总线驱动器16245用于在长加电电路和控制模块正常工作后打开门控，输出控制模块发送的io使能控制和同步时钟至隔离芯片。上电时默认不使能模式，等长加电电路的控制器和时钟管理芯片正常工作后再打开门控；
53.隔离芯片主要用于负压的门控和时钟同步信号的隔离和电压转换，实现负电压电路的开关控制和时钟同步。如图5所示，是本发明的面向低母线电压的低emi星载二次电源的隔离电路设计图。
54.图6是本发明的面向低母线电压的低emi星载二次电源的对同步和使能控制电路进行控制的控制模块设计框图。控制电源板同步和使能控制电路的控制模块由控制器、高稳时钟管理芯片、总线驱动器16245和晶振组成；其中，
55.控制器由cpu或fpga组成，控制高稳时钟管理芯片的配置和输出、总线驱动器门控的开关、电源芯片的使能开关；
56.晶振为控制器和高稳时钟管理芯片提供频率参考；
57.高稳时钟管理芯片将参考频率转换成300k
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2mhz的同步时钟，同步时钟典型值是500khz；
58.总线驱动器默认状态是门控关，需要进行电源同步时再由控制器控制开关输出。
59.最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。