基于双回路GANHEMT-磁保持继电器控制的低压大电流配电方法与流程

本发明属于ipc分类h02m用于交流和交流之间、交流和直流之间、或直流和直流之间的转换以及用于与电源或类似的供电系统一起使用的设备以及控制或调节，尤其涉及一种适用于低损耗的航天电源配电控制器的低电压大电流配电控制方法的创新技术。

背景技术：

1、航天供配电系统的任务是安全可靠地将电源系统产生的电能分配传输到卫星上各用电设备，并对各用电设备的配电进行控制。

2、航天供配电系统的配电电压并不是统一的，而是根据具体需求进行设计和选择的。目前，航天器中使用的配电电压涵盖了从低压到高压的广泛范围。例如，我国航天器一次母线配电电压有100v母线、42v母线和28v母线三种，二次配电常用电压为5v、±12v等。而某些战略主动防御武器平台，甚至要求几兆瓦的恒定功率、几百兆瓦的引爆功率和至少100kv的电压。例如，在太阳光电源系统中，太阳电池阵是电能源，蓄电池是贮能装置。太阳电池阵与蓄电池组发出的电能，在功率调节与控制系统作用下，其电压值调制为额定的母线总线电压。对于功率要求超过25kw的卫星来说，为了达到系统质量的最优化，需要采用高压太阳电池阵。在leo低地球轨道，考虑到高密度空间等离子体环境中的漏电流和弧光放电等因素，系统电压限制在200v以内。而对于geo地球同步轨道，由于等离子密度低，到达轨道后以高电压运行是可行的。星上用电负载采用的芯片集成度越来越高，要求的供电电压越来越低而电流却越来越大。

3、对于配电电压涉及+28v，+12v，+5v不等的航天供配电系统，配电电路中配电开关通常包括磁保持继电器、pmos管两种。随着额定电流增大，其设备中配置的继电器价格也相应大幅增加，导致设备造价异常昂贵，并且，高电流继电器在工作时会产生更多的热量，这就需要设置更大的体积加以克服消解。因此，对应的做解决方案是，对于大电流配电情况，通常采用小电流继电器接收配电控制器指令，而由pmos管承担大电流。但是低压配电技术采用单继电器，不接pmos管，因为要使得pmos管导通并承担大电流，其栅源电压需要在10v以上，对10v以下情况若不采取其他相应措施，无法满足电炉大电流的需求。

4、而研究发现，现有航天供配电系统对于低电压大电流配电技术，如对于10v以下的电压配电，如果仍采用小继电器接收配电控制器指令，电路如附图1所示，由于栅源电压差过低，无法驱动pmos管承担大电流；不得不采用价格高昂的大规格继电器承担大电流，这使得制造设备性能受到影响，而且导致产品制造成本居高不下。

5、为此，相关改进技术少有公开。例如：

6、专利申请201910228365.2公开了一种gan大电流自供电直流固态断路器及直流电源系统，属于直流电源供电和配电领域。具体由主开关s和反激变换器c构成，主开关s是由若干个性能参数一致的宽禁带半导体材料氮化镓制作的固体开关s1、s2、……、sn并联构成，并且都是常通型结构，反激变换器c是具有宽输入电压范围的自激式结构，依靠故障电路的大电流在主开关两端产生的电压来激励工作，并输出稳定的电压驱动并联的半导体固体开关同步动作，断开负载和直流电源，达到保护负载和电源的目的，而且断路器在传递正常电流和断开负载的过程无需外电源供电。

7、在这类改进技术中，涉及到的氮化镓(gan)半导体材料，具有禁带宽度宽、电子漂移速度高、击穿场强高、化学性质稳定等优点，是制备高频、大功率器件的理想材料。以gan氮化镓半导体材料为衬底的高电子迁移率晶体管hemt具有输出功率密度大、工作电压高和输出阻抗高的优点，在无线通信中发挥着越来越重要的作用，是无线通信放大器的核心器件。应用技术较多，又如：

8、专利申请201811230522.5涉及一种gan hemt控制电路，包括栅压切换电路，以及连接gan hemt的栅极管脚的栅压端；栅压切换电路包括第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；第一开关电路的第一端接入tdd切换信号，第一开关电路的第二端分别连接第二开关电路的第一端和第三开关电路的第一端；第二开关电路的第二端连接栅极电压源，第二开关电路的第三端连接栅压端；第三开关电路的第二端连接负电压电源端，第三开关电路的第三端连接栅压端。tdd切换信号可控制第一开关电路的通断，第一开关电路的通断可控制第二开关电路和第三开关电路的通断，能够切换栅压端的电压；基于上述结构，可利用tdd上下行切换信号，控制gan hemt的栅极电压，实现gan hemt的快速关断与开启。

9、可见，取得较好gan hemt应用效果的改进技术尚未涉及前述航天供配电系统对于低电压大电流配电。这一技术问题仍需要加以研究解决。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于双回路ganhemt-磁保持继电器控制的低压大电流配电方法，适用于航天电源总体电路子系统集中和分散结合配电，利用gan hemt栅源阈值电压较低的特性，通过设置双ganhemt并联磁保持继电器控制，以有效控制协调包括配电指令接收电路和配电接通电路两个部分，实现低电压大电流配电，解决前述现有技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、以gan hemt功率晶体管作为主开关管，采用双gan hemt并联连接并跨接在磁保持继电器和低压电源输出正线之间，gan hemt的d极连接低压电源输出正线，gan hemt的s极连接低压电源输入端，gan hemt的g极通过分压电阻连接磁保持继电器的触点端，磁保持继电器内有置位线圈和复位线圈。配电电路包括配电指令接收电路和配电接通电路两个部分，这两部分通过配电接通电路上的gan hemt器件的栅极g与配电指令接收电路上的磁保持继电器开关触点的一端相连。磁保持继电器的置位线圈与一组二极管并联后连接在继电器通电电压电路和配电控制开通指令电路之间，磁保持继电器的复位线圈与另一组二极管并联后连接在继电器通电电压电路和配电控制断开指令电路之间。工作流程包括：在配电指令输入到磁保持继电器(4)指令接收的同时，与配电电压输入同时到达gan hemt器件(2)，gan hemt器件(2)开关接通，然后配电电压输出。

4、其中，磁保持继电器内的置位线圈和复位线圈为绕向相反的线圈，配电控制接通指令输入电路接在置位线圈一端，配电控制断开指令输入电路接在复位线圈同方向一端。继电器通电电压电路输入的通电电压为正电压，来源于电源控制系统内部，此电压接在继电器两线圈另一端。

5、其中，配电指令接收电路部分由磁保持继电器、继电器通电电压电路、配电控制接通指令输入电路和配电控制断开指令输入电路构成。其中配电控制指令为同一极性的脉冲信号，通常为低电平，来源于综合电子或下位机。

6、其中，配电接通电路b部分由配电电压输入电路、两并联gan hemt器件、配电电压输出电路构成，其中，配电电压输入电路接gan hemt器件的源极s，配电电压输入电路来源于控制器系统dcdc转换输出，配电电压输出电路一端接gan hemt器件的漏极d，另一端通过电连接器与星上负载相连，给星上负载供电。

7、其中，当接收到指令脉冲信号，继电器通电电压电路通过置位线圈和复位线圈与配电控制接通指令输入电路或配电控制断开指令输入电路连通，即配电电压端、继电器线圈、指令输入端构成回路，置位线圈和复位线圈通电，产生磁场力，磁保持继电器触点动作，可完成置位或复位的状态切换。

8、其中，继电器通电电压电路输入的通电电压为正电压，来源于电源控制系统内部，此电压接在继电器两线圈另一端。

9、所述gan hemt器件的栅极g接磁保持继电器开关触点一端，磁保持继电器开关触点另一端接地，当接收到配电指令，磁保持继电器开关触点动作后，g极与地相连，gan hemt器件导通，配电电压输入电路通过gan hemt器件与配电电压输出电路接通。

10、所述gan hemt器件输入端分别并联一组串联的电容进行滤波。

11、所述配电电压输出电路配电输出端前增设开关状态检测电路，用于检测配电电路是否被接通。开关状态检测电路连接于配电电压输出电路和输出开关状态电路之间，输出开关状态信号；开关状态检测电路由第一电阻并联连接三个支路，其中，第一支路上串联连接有第二电阻，第二支路上有第三电阻串联连接二个电容，第三支路上有串联有第四电阻，而第四电阻与第三电阻并联，其中，第四电阻与第三电阻同时并联接地。

12、所述gan hemt器件输入配电电压5v后，再通过两电阻进行分压，使得当gan hemt器件的g极接地时，gan hemt栅源电压差为2.5v，大于等于gan hemt器件导通阈值电压，ganhemt器件导通。同时，在gan hemt器件栅极g和源极s间并联稳压二极管，稳压二极管稳压值为5v，防止因电压波动等超过gan hemt器件额定栅源电压而导致gan hemt器件损坏。双ganhemt器件输入端分别并联一组串联的电容进行滤波。配电电压输出电路配电输出端前增设开关状态检测电路，用于检测配电电路是否被接通，若配电接通，输出电压经开关状态检测电路中的电阻分压，输出3v左右电压，电阻与电容组成rc电路，进行延时和滤波。5v输出正线的配电电压输出电路外接负载，同时，5v输出正线的配电电压输出电路通过开关状态检测电路接出5v开关状态信号接到下位机。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、采用氮化镓高电子迁移率晶体管gan hemt做为功率器件，利用gan hemt栅源阈值电压较低的特性，通过设置双ganhemt并联磁保持继电器控制，以有效控制协调包括配电指令接收电路和配电接通电路两个部分配电电路，实现低电压大电流配电，同时gan hemt导通损耗小，大电流情况下配电效率也能大幅提升，以较低的体积、重量与成本完成高可靠的配电工作，适用于航天电源总体电路子系统集中和分散结合配电。