一种航天宽输入高可靠启动电源电路的制作方法

本发明涉及空间电源，尤其涉及一种航天宽输入高可靠启动电源电路。

背景技术：

1、在航天领域，随着空间探索的逐渐深入，器日距离的不断增加，使用太阳能作为能量来源面临着许多挑战。其中，首当其冲的是太阳能电池的最大功率点电压随着器日距离的增加也在增加，太阳阵的输出电压范围也在变宽。为了电源芯片的供电，需要设计一款适用于航天的宽范围输入的启动电源。该电源需要具备从宽范围、高电压的输入侧取电的能力，需要进行相关的emc(电磁兼容)设计。目前常见的做法是直接购买高压二次电源作为启动电源使用。这种方式存在的问题是合适的输入电压范围的二次电源选择困难，其次是购买的二次电源体积、重量较大，需要安装在结构上，对于需要轻量化的设计需求的航天器，这并不是一个好的选择。

技术实现思路

1、本发明提出了一种航天宽输入高可靠启动电源电路，通过合理的变压器变比设计，能够实现如输入电压50v～130v转21v的宽输入电压变换，再通过稳压芯片的线性变化将21v直流电转化为12v直流电给驱动芯片供电，使驱动芯片的供电电压和开关管的驱动电压满足航天的降额要求，最后在21v低压母线电压建立后断开启动电源，能够降低电路的损耗，减小启动电源电路的emc干扰。

2、为了达到上述目的，本发明提出了一种航天宽输入高可靠启动电源电路，包括：自举电路、反激电压器、输出滤波电路、调制驱动电路、驱动芯片供电电路以及自关断电路；

3、所述自举电路的输入端与高压母线连接，其输出端与所述调制驱动电路连接，用于从高压母线取电并储存，当所储存的电压超过设定值时，向所述调制驱动电路供电；

4、所述反激电压器的原边的第一端脚与高压母线连接，其原边的第二端脚与所述调制驱动电路中的开关管的漏极连接，用于根据所述开关管的调制将其原边的宽输入高压转化为其副边的21v低压；

5、所述输出滤波电路的输入端与所述反激电压器的副边的第三端脚、第四端脚连接，用于对反激电压器输出的低压进行整流和滤波，输出稳定的21v低压，建立21v低压母线；

6、所述驱动芯片供电电路的输入端与所述输出滤波电路的输出端连接，其输出端与所述调制驱动电路连接，用于将所述21v低压母线电压转化为12v的直流电，并为所述调制驱动电路供电；

7、所述调制驱动电路还与所述输出滤波电路的输出端连接，所述调制驱动电路包含驱动芯片，所述驱动芯片对所述21v低压进行调制从而生成调制信号以调制所述开关管的开关；

8、所述自关断电路与所述驱动芯片连接，用于在21v低压母线建立时调制所述开关管关闭，以关闭启动电源。

9、进一步地，还包括rcd吸收电路，所述rcd吸收电路并联在所述反激电压器的原边的第一端脚及第二触角之间，用于耗散所述反激电压器的漏感能量，防止所述反激电压器原边的第二触角在所述开关管关闭时电压上冲过高。

10、进一步地，所述自举电路包括：自举电阻、启动电阻、自举电容及稳压二极管；其中，

11、所述自举电阻的第一端连接高压母线，所述自举电阻的第二端连接自举电容的第一端，所述自举电容的第二端接地；所述启动电阻的第一端连接自举电阻的第二端，所述启动电阻的第二端接地；所述稳压二极管的负极与所述自举电阻的第二端连接，所述稳压二极管的正极接地。

12、进一步地，所述启动电压的计算公式为：具体的启动电压为8.4×(r1/r12)+1，其中r1为自举电阻的电阻值，r12为启动电阻的电阻值。

13、进一步地，所述的反激电压器为绕组3：1的变压器，其作用在于将高压侧的能量传递到低压侧。

14、进一步地，所述的输出滤波电容包含整流二极管、第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容、第一滤波电阻；其中，

15、所述整流二极管的正极与所述反激变压器的副边的第四端脚连接，所述整流二极管的负极与第一滤波电容的第一端连接，所述第一滤波电容的第二端与反激变压器的副边的第三端脚连接，并接地；所述第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容及第一滤波电阻均并联在所述第一滤波电容的两端。

16、进一步地，所述驱动芯片供电电路包含第一隔离二极管、第一限流电阻、稳压电容、第一线性调制电阻、第二线性调制电阻、第一缓启动电容、第二隔离二极管、稳压芯片；其中，

17、所述稳压芯片的第一端脚经所述限流电阻与所述第一隔离二极管的负极连接，所述第一隔离二极管的正极与21v低压母线连接；所述稳压芯片的第一端脚还经所述稳压电容接地；

18、所述稳压芯片的第三端脚与所述第一线性调制电阻的第一端连接，所述第一线性调制电阻的第二端经所述第一缓启动电容接地，所述第一线性调制电阻的第二端还与所述第二线性调制电阻的第一端连接，所述第二线性调制电阻的第二端接地；所述第二线性调制电阻的第一端还与稳压芯片的第二端脚连接；

19、所述稳压芯片的第三端脚还与第二隔离二极管的正极连接。

20、进一步地，所述稳压芯片采用lm117芯片。

21、进一步地，所述第一线性调制电阻及第二线性调制电阻通过式1.25×(r14/r13)+1决定了稳压芯片u2的输出电压，其中r14为第二线性调制电阻的电阻值，r13为第一线性调制电阻的电阻值。

22、进一步地，所述调制驱动电路包含第一分压电阻、第二分压电阻、pi电阻、第一pi电容、第二pi电容、驱动芯片、第一供电电阻、驱动电阻、第二滤波电阻、第五滤波电容、电流采样电阻、开关管、吸收回路电容、吸收回路电阻；其中，

23、所述驱动芯片u1的fb端连接所述第一分压电阻的第一端，所述第一分压电阻的第二端与21v低压母线连接；所述第一分压电阻的第一端还经第二分压电阻接地；所述pi电阻与第一pi电容串联后连接在所述驱动芯片的comp端口及fb端口之间，第二pi电容并联在所述pi电阻及第一pi电容的两端；

24、所述驱动芯片的供电端经第一供电电阻与所述第二隔离二极管的负极连接；所述驱动芯片的驱动端经驱动电阻与开关管的栅极连接；所述驱动芯片的cs端经第二滤波电阻连接至开关管的源极，所述驱动芯片的cs端还经滤波电容接地；所述驱动芯片的接地端接地；

25、所述开关管的漏极与所述反激变压器的原边的第二触脚连接，所述开关管的漏极还通过吸收回路电阻、吸收回路电容接地；所述开关管的源极还经电流采样电阻接地。

26、进一步地，所述驱动芯片采用uc1845芯片。

27、进一步地，所述的自关断电路包含第三分压电阻、第四分压电阻、第一比较电阻、第二比较电阻、滞环电阻、第二供电电阻、上拉电阻、下拉电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第二缓启动电容、比较器、第一三极管、第二三极管；其中，

28、所述比较器的正输入端经第一比较电阻及第三分压电阻与21v低压母线连接，所述第三分压电阻的另一端经第四分压电阻接地；所述比较器的负输入端经第二比较电阻与基准电压vref连接；所述比较器的正供电端经供电电阻与12v电压连接，所述比较器的负供电端接地；

29、所述比较器的正输入端与其输出端之间还连接有滞环电阻，所述比较器的正供电端与其输出端之间连接有上拉电阻，所述比较器的输出端还经下拉电阻接地；

30、所述比较器的输出端经第二限流电阻与第一三极管的基极连接；所述第一三极管的集电极与驱动芯片的comp端连接，所述第一三极管的发射极接地；

31、所述比较器的输出端还经第三限流电阻与第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极与开关管的栅极连接，所述第二三极管的发射极接地；所述第二三极管的集电极还经缓启动电容接地。

32、进一步地，所述的rcd吸收回路包含了吸收电阻、吸收电容和第三隔离二极管；其中，

33、所述吸收电容的第一端与所述反激变压器的原边第一触脚连接，所述吸收电容的第二端与第三隔离二极管的负极连接，所述第三隔离二极管的正极与反激变压器的原边第二触脚连接，所述吸收电阻并联在所述吸收电容的两端。

34、其中，

35、所述自举电路的输入端与高压母线连接，其输出端与所述调制驱动电路连接，用于从高压母线取电并储存，当所储存的电压超过设定值时，向调制驱动电路供电，通过自举的方式为所述调制驱动电路提供前几个开关周期的电能；

36、所述的反激电压器的原边的第一端脚与高压母线连接，其原边的第二端脚与所述调制驱动电路中的开关管的漏极连接，用于根据所述开关管的调制将其原边的宽输入高压转化为其副边的21v低压；

37、所述的输出滤波电路的输入端与所述反激电压器的副边的第三端脚、第四端脚连接，用于对反激电压器输出的低压进行整流和滤波，输出稳定的21v低压，建立21v低压母线；

38、所述驱动芯片供电电路的输入端与所述输出滤波电路的输出端连接，其输出端与所述调制驱动电路连接，用于将所述21v低压母线电压转化为12v的直流电，并为所述调制驱动电路供电；

39、所述调制驱动电路还与所述输出滤波电路的输出端连接，所述调制驱动电路包含驱动芯片，所述驱动芯片对所述21v低压进行调制从而生成调制信号以调制所述开关管的开关；

40、所述自关断电路与所述驱动芯片连接，用于在21v低压母线建立时调制所述开关管关闭，以关闭启动电源。

41、本发明具有以下优势：

42、(1)本发明针对航天宽范围、高电压输入二次电源的需求，通过采用合适的变压器变比和电路参数选择，实现了50v～130v转21v的二次电源变换，相较于模块化得设计体积更小和重量更轻。

43、(2)本发明在可靠性的设计上通过lm117线性电源的使用将21v转化为12v给芯片供电。在uc1845芯片供电和开关管驱动电压降额设计上符合航天要求。

44、(3)本发明在emc设计上和功耗上，通过自关断电路，在低压母线上电后断开启动电源电路，降低了启动电源电路的emc干扰和电路损耗。