本發(fā)明涉及一種電源裝置，更特別地說(shuō)，是指一種新型系留氣球用球載電源變換器。

背景技術(shù)：

系留氣球系統(tǒng)分為地面和空中兩部分，如圖1所示。系留氣球是一種自身不帶動(dòng)力，依靠浮力升空的浮空飛行器，它通過(guò)系留纜繩滯留在空中預(yù)定的位置，作為空中平臺(tái)，可適合搭載各種通信、探測(cè)等電子設(shè)備，具有留空時(shí)間長(zhǎng)、有效載重大、部署方便、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于預(yù)警探測(cè)、通信中繼、防災(zāi)減災(zāi)、公共安全等。

系留氣球空中平臺(tái)系統(tǒng)長(zhǎng)期供電(如圖1A所示)主要采取地面輸電方式實(shí)現(xiàn)的，即由地面電源升至兩千伏左右的高壓，高壓通過(guò)調(diào)壓系纜輸送電能到系留氣球空中平臺(tái)，然后降壓供空中平臺(tái)和有效載荷(即用電單元)使用。

系留氣球分為地面錨泊、放飛升空、回收下降以及高空停留等四個(gè)工作狀態(tài)，其中高空停留和地面錨泊狀態(tài)占用時(shí)間最多，即系留氣球有任務(wù)時(shí)就處在高空停留狀態(tài)，沒(méi)有任務(wù)或天氣不好時(shí)，比如大風(fēng)時(shí)就處在地面錨泊狀態(tài)。據(jù)現(xiàn)有資料查詢，目前系留氣球錨泊時(shí)采用地面高壓供電方式，供電經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的細(xì)纜傳輸，系留氣球釋放高度根據(jù)細(xì)纜高度決定，一般系留氣球從幾百米到幾千米不等，一般中型系留球均在幾千米，該地面高壓供電方式使得細(xì)纜上損耗特別大，同時(shí)由于細(xì)纜不僅傳輸電力，還包括光纜，在地面錨泊時(shí)盡量電力傳輸時(shí)盡量不走高壓系纜，影響細(xì)纜壽命；再有兩千伏左右高壓在陰雨天存在高壓放電等安全隱患，因此該方式容易造成電力變換損失及影響系纜壽命和增加安全隱患等。

同時(shí)系留氣球在出現(xiàn)供電故障時(shí)，切換到應(yīng)急鋰電池供電，目前現(xiàn)有切換方法有時(shí)間間隔，有掉電時(shí)間，而許多載荷掉電時(shí)容易丟掉數(shù)據(jù)和出現(xiàn)故障，急需不間斷供電?，F(xiàn)有不間斷供電一般采用以下兩種方式，一種為繼電器加末端大電容方式，該方式簡(jiǎn)單易行，但在實(shí)際工作中存在以下缺點(diǎn)：負(fù)載電壓波動(dòng)大時(shí)，備份電源電壓較低時(shí)，主備份電源之間的切換容易引起掉電故障；在接通供電時(shí)，電容容易快速充電，很容易損壞電容前的電路，存在安全隱患。第二為采用二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)主電源和應(yīng)急電池之前的切換，具有簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，但也有以下風(fēng)險(xiǎn)：當(dāng)用電單元功率較大時(shí)，二極管上流過(guò)較大的電流會(huì)使二極管上產(chǎn)生較大的壓降，再有在二極管上產(chǎn)生大量的功耗造成能源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述需求和現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種新型系留氣球用球載電源變換器，該球載電源變換器能夠給用電單元供電和應(yīng)急鋰電池充電，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓供電和低壓供電自動(dòng)切換，使得系留球可以在高空時(shí)采用高壓供電，錨泊時(shí)自動(dòng)切換到低壓供電模式，并且能夠?qū)崿F(xiàn)切換時(shí)不間斷供電。本發(fā)明所要解決的是如何在高低壓供電自動(dòng)切換的同時(shí)不斷電的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用在目前的系留氣球系統(tǒng)中增加球載電源變換器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)高壓降壓電路、整流濾波電路、Buck電路、不間斷切換與充電電路、以及與DSP處理器連接的三個(gè)驅(qū)動(dòng)電路、一個(gè)保護(hù)電路的技術(shù)手段，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系留氣球的所需電源的轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明的一種系留氣球用球載電源變換器，該球載電源變換器是放置在系留氣球系統(tǒng)的空中平臺(tái)上；其特征在于：球載電源變換器設(shè)置在低壓系纜、高壓系纜和用電單元之間；

所述球載電源變換器包括DSP處理器、第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、高壓降壓電路、整流濾波電路、Buck電路和不間斷切換與充電電路；DSP處理器為TMS320X2812芯片；

所述Buck電路由第一電壓傳感器、第一電流傳感器、第一功率開關(guān)管M₁、續(xù)流功率二極管D₅、濾波電感L、濾波電容C₂組成；

所述整流濾波電路由功率二極管D₁、功率二極管D₂、功率二極管D₃和功率二極管D₄，以及濾波電容C₁組成；

所述不間斷切換與充電電路由第二功率開關(guān)管M₂、第三功率開關(guān)管M₃、功率二極管D₆、濾波電容C₃、應(yīng)急鋰電池組B、第二電壓傳感器和第二電流傳感器組成；

高壓降壓電路由降壓器T和繼電器J組成；

高壓系纜經(jīng)光電連接器連接到降壓器T的原邊，降壓器T的副邊的同名端連接在整流橋功率二極管D₁的正極和二極管D₃的負(fù)極之間，降壓器T的副邊的非同名端連接在整流橋功率二極管D₂的正極和功率二極管D₄的負(fù)極之間；

低壓系纜經(jīng)繼電器J連接到降壓器T副邊的同名端和非同名端，同時(shí)控制信號(hào)與與DSP處理器連接；

功率二極管D₁的負(fù)極、功率二極管D₂的負(fù)極、濾波電容C₁的一端與第一功率開關(guān)管M₁的源極C端連接，二極管D₃的正極、功率二極管D₄的正極、濾波電容C₁的另一端、續(xù)流二極管D₅的正極、濾波電容C₂的另一端、應(yīng)急鋰電池組B的負(fù)極和濾波電容C₃的另一端連接到球載電源變換器的負(fù)端；

第一功率開關(guān)管M₁的基極G端經(jīng)第一驅(qū)動(dòng)電路連接到DSP處理器，第一功率開關(guān)管M₁的漏極E端連接到續(xù)流二極管D₅的負(fù)極和濾波電感L的一端；

濾波電感L的另一端與濾波電容C₂的一端連接，且濾波電感L的另一端與第二功率開關(guān)管M₂的源極C端和第三功率開關(guān)管M₃的源極C端連接；

續(xù)流二極管D₅的正極與濾波電容C₂的另一端之間連接有第一電流傳感器，第一電流傳感器將采集到的電流信號(hào)輸出至DSP處理器上；

濾波電容C₂的一端與第二功率開關(guān)管M₂的源極C端和第三功率開關(guān)管M₃的源極C端之間連接有第一電壓傳感器，第一電壓傳感器將采集到的電壓信號(hào)輸出至DSP處理器上；

第二功率開關(guān)管M₂的基極G端經(jīng)第二驅(qū)動(dòng)電路連接到DSP處理器，第二功率開關(guān)管M₂的漏極E端與功率二極管D₆的負(fù)極連接；第二功率開關(guān)管M₂的漏極E端與功率二極管D₆的負(fù)極之間連接有第二電流傳感器；第二電流傳感器將采集到的電流信號(hào)輸出至DSP處理器上；第二功率開關(guān)管M₂的漏極E端也與濾波電容C₃的一端連接；

第三功率開關(guān)管M₃的基極G端經(jīng)第二驅(qū)動(dòng)電路連接到DSP處理器，第三功率開關(guān)管M₃的漏極E端與功率二極管D₆的正極連接；第三功率開關(guān)管M₃的漏極E端與功率二極管D₆的正極之間連接有第二電壓傳感器；第二電壓傳感器將采集到的電壓信號(hào)輸出至DSP處理器上；

應(yīng)急鋰電池組B的正極連接在第三功率開關(guān)管M₃的漏極E端上，應(yīng)急鋰電池組B的負(fù)極連接在球載電源變換器的負(fù)端、且接地；

門驅(qū)動(dòng)光電耦合器U1的第1腳連接到DSP處理器U4的第92腳，U1的第2腳、第4腳接地，U1的第3腳與電阻R13、電阻R12的一端及穩(wěn)壓管D11、電容C11、電容C13的一端連接，電容C13的另一端接U1的第8腳，電阻R12的另一端接+15V，電阻R13的另一端與電阻R14的一端、三級(jí)管Q11的基極及U1的第6腳連接，電容C11、穩(wěn)壓管D11及電阻R14的另一端連接后接地，三級(jí)管Q11的集極與電阻R11的一端、U4的第106腳連接，電阻R11的另一端接+3.3V，U1的第5腳連接到U4的第93腳；U1的第16腳接電容C12、穩(wěn)壓管D12和電容C14的一端，電容C12的另一端與U1的第14腳、二極管D13的正極連接，穩(wěn)壓管D12的另一端與二極管D13的負(fù)極與電阻R15的一端連接，電阻R15的另一端與二極管D15的正極連接，二極管D15的負(fù)極與開關(guān)管M1的源極C端連接；電容C14的另一端與U1的第13腳和第12腳、MOS管M11的漏極、+15V連接；MOS管M11的柵極與電阻R16的一端、MOS管M12的柵極連接，電阻R16的另一端與U1的第11腳連接，MOS管M 11的源極與電阻R17的一端連接，電阻R17的另一端與電阻R18的一端、穩(wěn)壓管D14的一端、電阻R19的一端及開關(guān)管M1的基極G端連接；電阻R18的另一端與MOS管M12的漏極連接，MOS管M12的源極與U1的第9腳、第10腳、電容C15的一端、電容C16的一端、－10V連接，電容C16的另一端與電阻R19的另一端、穩(wěn)壓管D14的另一端、電容C14的一端及開關(guān)管M1的漏極E端連接；U1的第16腳輸出一個(gè)零電平，U1的第13腳輸出+15V電壓，U1的第9腳、第10腳輸出－10V電壓；

門驅(qū)動(dòng)光電耦合器U2的第1腳連接到DSP處理器U4的第95腳，U2的第2腳、第4腳接地，U2的第3腳與電阻R23、電阻R22的一端及穩(wěn)壓管D21、電容C21、電容C23的一端連接，電容C23的另一端接U2的第8腳，電阻R22的另一端接+15V，電阻R23的另一端與電阻R24的一端、三級(jí)管Q21的基極及U2的第6腳連接，電容C21、穩(wěn)壓管D21及電阻R24的另一端連接后接地，三級(jí)管Q21的集極與電阻R21的一端、U4的第107腳連接，電阻R21的另一端接+3.3V，U2的第5腳連接到U4的第98腳；U2的第16腳接電容C22、穩(wěn)壓管D22和電容C24的一端，電容C22的另一端與U2的第14腳、二極管D23的正極連接，穩(wěn)壓管D22的另一端與二極管D23的負(fù)極與電阻R25的一端連接，電阻R25的另一端與二極管D25的負(fù)極連接，二極管D25的負(fù)極與開關(guān)管M2的源極C端連接；電容C24的另一端與U2的第23腳和第22腳、MOS管M21的漏極、+15V連接；MOS管M21的柵極與電阻R26的一端、MOS管M22的柵極連接，電阻R26的另一端與U2的第21腳連接，MOS管M21的源極與電阻R27的一端連接，電阻R27的另一端與電阻R28的一端、穩(wěn)壓管D24的一端、電阻R29的一端及開關(guān)管M2的基極G端連接；電阻R28的另一端與MOS管M22的漏極連接，MOS管M22的源極與U1的第9腳、第10腳、電容C25的一端、電容C26的一端、－10V連接，電容C26的另一端與電阻R29的另一端、穩(wěn)壓管D24的另一端、電容C24的一端及開關(guān)管M2的漏極E端連接；U2的第16腳輸出一個(gè)零電平，U2的第13腳輸出+15V電壓，U2的第9腳、第10腳輸出－10V電壓；

門驅(qū)動(dòng)光電耦合器U3的第1腳連接到DSP處理器U4的第45腳，U3的第2腳、第4腳接地，U3的第3腳與電阻R13、電阻R32的一端及穩(wěn)壓管D31、電容C31、電容C33的一端連接，電容C33的另一端接U3的第8腳，電阻R32的另一端接+15V，電阻R33的另一端與電阻R34的一端、三級(jí)管Q31的基極及U3的第6腳連接，電容C31、穩(wěn)壓管D31及電阻R34的另一端連接后接地，三級(jí)管Q31的集極與電阻R31的一端、U4的第109腳連接，電阻R31的另一端接+3.3V，U3的第5腳連接到U4的第46腳；U3的第16腳接電容C32、穩(wěn)壓管D32和電容C34的一端，電容C32的另一端與U3的第34腳、二極管D33的正極連接，穩(wěn)壓管D32的另一端與二極管D33的負(fù)極與電阻R35的一端連接，電阻R35的另一端與二極管D35的正極連接，二極管D35的負(fù)極與開關(guān)管M3的源極C端連接；電容C34的另一端與U3的第13腳和第12腳、MOS管M31的漏極、+15V連接；MOS管M31的柵極與電阻R36的一端、MOS管M32的柵極連接，電阻R36的另一端與U3的第11腳連接，MOS管M31的源極與電阻R37的一端連接，電阻R37的另一端與電阻R38的一端、穩(wěn)壓管D34的一端、電阻R39的一端及開關(guān)管M3的基極G端連接；電阻R38的另一端與MOS管M32的漏極連接，MOS管M32的源極與U3的第9腳、第10腳、電容C35的一端、電容C36的一端、－10V連接，電容C36的另一端與電阻R39的另一端、穩(wěn)壓管D34的另一端、電容C34的一端及開關(guān)管M3的漏極E端連接；U3的第16腳輸出一個(gè)零電平，U3的第13腳輸出+15V電壓，U3的第9腳、第10腳輸出－10V電壓；

第一電壓傳感器經(jīng)電容C51接地，經(jīng)電阻R51連接到運(yùn)算放大器U5A的3腳，電阻R51經(jīng)電容C52接地，運(yùn)算放大器U5A的第1腳和第2腳連接后與電阻R52的一端連接，R52的另一端經(jīng)電容C53接地，同時(shí)與U4的第174腳連接；

第二電壓傳感器經(jīng)電容C54接地，經(jīng)電阻R53連接到運(yùn)算放大器U5B的5腳，電阻R53經(jīng)電容C55接地，運(yùn)算放大器U5B的第7腳和第6腳連接后與電阻R54的一端連接，R54的另一端經(jīng)電容C56接地，同時(shí)與U4的第173腳連接；

第一電流傳感器經(jīng)電容C57接地，經(jīng)電阻R55連接到運(yùn)算放大器U5C的10腳，電阻R55經(jīng)電容C58接地，運(yùn)算放大器U5C的第8腳和第9腳連接后與電阻R56的一端連接，R56的另一端經(jīng)電容C59接地，同時(shí)與U4的第172腳連接；

第二電流傳感器經(jīng)電容C60接地，經(jīng)電阻R57連接到運(yùn)算放大器U5D的13腳，電阻R57經(jīng)電容C61接地，運(yùn)算放大器U5D的第14腳和第12腳連接后與電阻R58的一端連接，R58的另一端經(jīng)電容C62接地，同時(shí)與U4的第171腳連接。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的球載電源變換器的優(yōu)點(diǎn)在于：

①該電源變換器能夠?qū)崿F(xiàn)高壓供電和低壓供電及應(yīng)急鋰電池不間斷切換供電，能夠

較好解決了純二極管不間斷供電耗能和壓降，同時(shí)該方式安全可靠。

②該電源變換器一種拓?fù)浼闪斯╇姾统潆姽δ埽哂休^高功率密度。

③該供電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自控控制，容易操作和自動(dòng)化程度較高。

附圖說(shuō)明

圖1是系留氣球系統(tǒng)分為地面和空中兩部分的示意圖。

圖1A是傳統(tǒng)系留氣球系統(tǒng)供電示意圖。

圖2是本發(fā)明系留氣球系統(tǒng)供電示意圖。

圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)的球載電源變換器的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明球載電源變換器中控制與驅(qū)動(dòng)、保護(hù)的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖2所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的球載電源變換器連接在低壓系纜、高壓系纜與用電單元之間，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓供電和低壓供電自動(dòng)切換，并且能夠?qū)崿F(xiàn)切換時(shí)不間斷供電。參見(jiàn)圖3所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種適用于系留氣球用的球載電源變換器，其包括DSP處理器、高壓降壓電路、整流濾波電路、Buck電路、不間斷切換與充電電路、以及連接到DSP處理器的第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)保護(hù)電路。本發(fā)明是對(duì)現(xiàn)有使用中的系留氣球系統(tǒng)電源進(jìn)行的改進(jìn)裝置。

在本發(fā)明中，DSP處理器選用TMS320X2812芯片。DSP處理器分別與第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路連接。

高壓降壓電路

在本發(fā)明中，參見(jiàn)圖3所示，球載高壓降壓電路選用球載降壓器T實(shí)現(xiàn)。球載降壓器T的原邊經(jīng)光電連接器與高壓系纜連接，球載降壓器T的副邊的同名端連接在整流橋功率二極管D₁的正極和二極管D₃的負(fù)極之間，球載降壓器T的副邊的非同名端連接在整流橋功率二極管D₂的正極和功率二極管D₄的負(fù)極之間。低壓系纜通過(guò)繼電器J連接到球載降壓器T的副邊的同名端和非同名端上，同時(shí)控制信號(hào)也連接到DSP處理器上。

整流濾波電路

在本發(fā)明中，參見(jiàn)圖3所示，整流濾波電路包括有功率二極管D₁、功率二極管D₂、功率二極管D₃和功率二極管D₄，以及濾波電容C₁。功率二極管D₁的負(fù)極、功率二極管D₂的負(fù)極、濾波電容C₁的一端與第一功率開關(guān)管M₁的源極C端連接，功率二極管D₁的正極與功率二極管D₃的負(fù)極連接，功率二極管D₂的正極與功率二極管D₄的負(fù)極連接，功率二極管D₃的正極、功率二極管D₄的正極、濾波電容C₁的另一端、功率二極管D₅的正極、濾波電容C₂的另一端、應(yīng)急鋰電池組B的負(fù)極和濾波電容C₃的另一端連接到球載電源變換器的負(fù)端。

Buck電路

在本發(fā)明中，參見(jiàn)圖3所示，Buck電路即為降壓式變換電路。Buck電路包括有第一電壓傳感器、第一電流傳感器、第一功率開關(guān)管M₁、續(xù)流功率二極管D₅、濾波電感L、濾波電容C₂。所述第一電壓傳感器的電壓輸出信號(hào)和第一電流傳感器的的電流輸出信號(hào)分別與DSP處理器連接。所述第一功率開關(guān)管M₁也與第一驅(qū)動(dòng)電路連接。

第一電壓傳感器用于測(cè)量球載電源變換器的輸出正負(fù)端子間的電壓。

第一電流傳感器用于測(cè)量球載電源變換器和應(yīng)急鋰電池輸出的總電流。

第一功率開關(guān)管M₁的源極C端與濾波電容C₁的一端連接，第一功率開關(guān)管M₁的漏極E端與續(xù)流二極管D₅的負(fù)極和濾波電感L的一端連接，第一功率開關(guān)管M₁的基極G端經(jīng)第一驅(qū)動(dòng)電路連接到DSP處理器。

續(xù)流功率二極管D₅的負(fù)極與濾波電容C₂的一端之間連接有濾波電感L。續(xù)流功率二極管D₅的正極與濾波電容C₂的另一端連接到球載電源變換器的負(fù)端，且續(xù)流二極管D₅的正極與濾波電容C₂的另一端之間連接有第一電流傳感器，第一電流傳感器將采集到的電流信號(hào)輸出至DSP處理器上。

濾波電容C₂的一端與第二功率開關(guān)管M₂的源極C端和第三功率開關(guān)管M₃的源極C端連接。

在本發(fā)明中，第一電壓傳感器和第二電壓傳感器選用北京森社電子有限公司生產(chǎn)的CHV-25P型號(hào)的霍爾電壓傳感器。

在本發(fā)明中，第一電流傳感器和第二電流傳感器選用北京森社電子有限公司生產(chǎn)的CHB-100A型號(hào)的霍爾電流傳感器。

不間斷切換與充電電路

在本發(fā)明中，參見(jiàn)圖3所示，不間斷切換與充電電路包括有第二功率開關(guān)管M₂、第三功率開關(guān)管M₃、功率二極管D₆、濾波電容C₃、應(yīng)急鋰電池組B、第二電壓傳感器和第二電流傳感器。所述第二電壓傳感器的電壓輸出信號(hào)和第二電流傳感器的電流輸出信號(hào)分別與DSP處理器連接。所述第二功率開關(guān)管M₂也與第一驅(qū)動(dòng)電路連接。所述第三功率開關(guān)管M₃也與第三驅(qū)動(dòng)電路連接。

第二電壓傳感器用于測(cè)量應(yīng)急鋰電池組B的輸出電壓。

第二電流傳感器用于測(cè)量球載電源變換器輸出電流。

第二功率開關(guān)管M₂的源極C端和第三功率開關(guān)管M₃的源極C端與濾波電容C₂的一端連接，第二功率開關(guān)管M₂的漏極E端與功率二極管D₆的正極之間連接有第二電流傳感器，功率二極管D₆的負(fù)極還與濾波電容C₃的一端連接，第二功率開關(guān)管M₂的基極G端經(jīng)第二驅(qū)動(dòng)電路與DSP處理器連接。第三功率開關(guān)管M₃的漏極E端分別與應(yīng)急鋰電池組B的正極、功率二極管D₆的正極連接；第三功率開關(guān)管M₃的漏極E端與功率二極管D₆的正極之間連接有第二電壓傳感器；第二電壓傳感器將采集到的電壓信號(hào)輸出至DSP處理器上。

應(yīng)急鋰電池組B的正極連接在第三功率開關(guān)管M₃的漏極E端上，應(yīng)急鋰電池組B的負(fù)極連接在球載電源變換器的負(fù)端、且接地。

保護(hù)電路、三個(gè)驅(qū)動(dòng)電路與DSP處理器的電路管腳連接：

在本發(fā)明中，參見(jiàn)圖4所示，DSP處理器U4選用TMS320X2812芯片。門驅(qū)動(dòng)光電耦合器U1、U2和U3選用HCPL-316J芯片。運(yùn)算放大器(即U5A、U5B、U5C、U5D)選用TL084芯片。

門驅(qū)動(dòng)光電耦合器U1的第1腳連接到DSP處理器U4的第92腳，U1的第2腳、第4腳接地，U1的第3腳與電阻R13、電阻R12的一端及穩(wěn)壓管D11、電容C11、電容C13的一端連接，電容C13的另一端接U1的第8腳，電阻R12的另一端接+15V，電阻R13的另一端與電阻R14的一端、三級(jí)管Q11的基極及U1的第6腳連接，電容C11、穩(wěn)壓管D11及電阻R14的另一端連接后接地，三級(jí)管Q11的集極與電阻R11的一端、U4的第106腳連接，電阻R11的另一端接+3.3V，U1的第5腳連接到U4的第93腳。U1的第16腳接電容C12、穩(wěn)壓管D12和電容C14的一端，電容C12的另一端與U1的第14腳、二極管D13的正極連接，穩(wěn)壓管D12的另一端與二極管D13的負(fù)極與電阻R15的一端連接，電阻R15的另一端與二極管D15的正極連接，二極管D15的負(fù)極與開關(guān)管M1的源極C端連接；電容C14的另一端與U1的第13腳和第12腳、MOS管M11的漏極、+15V連接。MOS管M11的柵極與電阻R16的一端、MOS管M12的柵極連接，電阻R16的另一端與U1的第11腳連接，MOS管M 11的源極與電阻R17的一端連接，電阻R17的另一端與電阻R18的一端、穩(wěn)壓管D14的一端、電阻R19的一端及開關(guān)管M1的基極G端連接。電阻R18的另一端與MOS管M12的漏極連接，MOS管M12的源極與U1的第9腳、第10腳、電容C15的一端、電容C16的一端、－10V連接，電容C16的另一端與電阻R19的另一端、穩(wěn)壓管D14的另一端、電容C14的一端及開關(guān)管M1的漏極E端連接。U1的第16腳輸出一個(gè)零電平，U1的第13腳輸出+15V電壓，U1的第9腳、第10腳輸出－10V電壓。

門驅(qū)動(dòng)光電耦合器U2的第1腳連接到DSP處理器U4的第95腳，U2的第2腳、第4腳接地，U2的第3腳與電阻R23、電阻R22的一端及穩(wěn)壓管D21、電容C21、電容C23的一端連接，電容C23的另一端接U2的第8腳，電阻R22的另一端接+15V，電阻R23的另一端與電阻R24的一端、三級(jí)管Q21的基極及U2的第6腳連接，電容C21、穩(wěn)壓管D21及電阻R24的另一端連接后接地，三級(jí)管Q21的集極與電阻R21的一端、U4的第107腳連接，電阻R21的另一端接+3.3V，U2的第5腳連接到U4的第98腳。U2的第16腳接電容C22、穩(wěn)壓管D22和電容C24的一端，電容C22的另一端與U2的第14腳、二極管D23的正極連接，穩(wěn)壓管D22的另一端與二極管D23的負(fù)極與電阻R25的一端連接，電阻R25的另一端與二極管D25的負(fù)極連接，二極管D25的負(fù)極與開關(guān)管M2的源極C端連接；電容C24的另一端與U2的第23腳和第22腳、MOS管M21的漏極、+15V連接。MOS管M21的柵極與電阻R26的一端、MOS管M22的柵極連接，電阻R26的另一端與U2的第21腳連接，MOS管M21的源極與電阻R27的一端連接，電阻R27的另一端與電阻R28的一端、穩(wěn)壓管D24的一端、電阻R29的一端及開關(guān)管M2的基極G端連接。電阻R28的另一端與MOS管M22的漏極連接，MOS管M22的源極與U1的第9腳、第10腳、電容C25的一端、電容C26的一端、-10V連接，電容C26的另一端與電阻R29的另一端、穩(wěn)壓管D24的另一端、電容C24的一端及開關(guān)管M2的漏極E端連接。U2的第16腳輸出一個(gè)零電平，U2的第13腳輸出+15V電壓，U2的第9腳、第10腳輸出－10V電壓。

門驅(qū)動(dòng)光電耦合器U3的第1腳連接到DSP處理器U4的第45腳，U3的第2腳、第4腳接地，U3的第3腳與電阻R13、電阻R32的一端及穩(wěn)壓管D31、電容C31、電容C33的一端連接，電容C33的另一端接U3的第8腳，電阻R32的另一端接+15V，電阻R33的另一端與電阻R34的一端、三級(jí)管Q31的基極及U3的第6腳連接，電容C31、穩(wěn)壓管D31及電阻R34的另一端連接后接地，三級(jí)管Q31的集極與電阻R31的一端、U4的第109腳連接，電阻R31的另一端接+3.3V，U3的第5腳連接到U4的第46腳。U3的第16腳接電容C32、穩(wěn)壓管D32和電容C34的一端，電容C32的另一端與U3的第34腳、二極管D33的正極連接，穩(wěn)壓管D32的另一端與二極管D33的負(fù)極與電阻R35的一端連接，電阻R35的另一端與二極管D35的正極連接，二極管D35的負(fù)極與開關(guān)管M3的源極C端連接；電容C34的另一端與U3的第13腳和第12腳、MOS管M31的漏極、+15V連接。MOS管M31的柵極與電阻R36的一端、MOS管M32的柵極連接，電阻R36的另一端與U3的第11腳連接，MOS管M31的源極與電阻R37的一端連接，電阻R37的另一端與電阻R38的一端、穩(wěn)壓管D34的一端、電阻R39的一端及開關(guān)管M3的基極G端連接。電阻R38的另一端與MOS管M32的漏極連接，MOS管M32的源極與U3的第9腳、第10腳、電容C35的一端、電容C36的一端、-10V連接，電容C36的另一端與電阻R39的另一端、穩(wěn)壓管D34的另一端、電容C34的一端及開關(guān)管M3的漏極E端連接。U3的第16腳輸出一個(gè)零電平，U3的第13腳輸出+15V電壓，U3的第9腳、第10腳輸出－10V電壓。

在本發(fā)明中，參見(jiàn)圖4所示，第一電壓傳感器經(jīng)電容C51接地，經(jīng)電阻R51連接到運(yùn)算放大器U5A的3腳，電阻R51經(jīng)電容C52接地，運(yùn)算放大器U5A的第1腳和第2腳連接后與電阻R52的一端連接，R52的另一端經(jīng)電容C53接地，同時(shí)與U4的第174腳連接。

在本發(fā)明中，參見(jiàn)圖4所示，第二電壓傳感器經(jīng)電容C54接地，經(jīng)電阻R53連接到運(yùn)算放大器U5B的5腳，電阻R53經(jīng)電容C55接地，運(yùn)算放大器U5B的第7腳和第6腳連接后與電阻R54的一端連接，R54的另一端經(jīng)電容C56接地，同時(shí)與U4的第173腳連接。

在本發(fā)明中，參見(jiàn)圖4所示，第一電流傳感器經(jīng)電容C57接地，經(jīng)電阻R55連接到運(yùn)算放大器U5C的10腳，電阻R55經(jīng)電容C58接地，運(yùn)算放大器U5C的第8腳和第9腳連接后與電阻R56的一端連接，R56的另一端經(jīng)電容C59接地，同時(shí)與U4的第172腳連接。

在本發(fā)明中，參見(jiàn)圖4所示，第二電流傳感器經(jīng)電容C60接地，經(jīng)電阻R57連接到運(yùn)算放大器U5D的13腳，電阻R57經(jīng)電容C61接地，運(yùn)算放大器U5D的第14腳和第12腳連接后與電阻R58的一端連接，R58的另一端經(jīng)電容C62接地，同時(shí)與U4的第171腳連接。

在本發(fā)明中，連接在U1、U2和U3芯片與U4芯片之間的是保護(hù)電路，所述U1、U2和U3芯片除與U4的連接外為驅(qū)動(dòng)電路。U4芯片與第一、第二電壓傳感器、以及第一、第二電流傳感器之間的電路為傳感器的采集電路。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的適用于系留氣球的球載電源變換器的工作過(guò)程為：

高壓供電過(guò)程：

在本發(fā)明中，如圖1A所示，地面高壓交流電源將地面220V/50Hz的交流市電經(jīng)過(guò)變頻和升壓變成2000V/400Hz高壓中頻交流電，該交流電連接到錨泊車的電滑環(huán)，然后通過(guò)電滑環(huán)直接連接到幾千米的高壓系纜上，高壓系纜末端通過(guò)光電連接器連接到本發(fā)明設(shè)計(jì)的球載電源變換器中的球載降壓器輸入端，地面高壓交流電源經(jīng)過(guò)變換，最終供用電單元使用。

低壓供電過(guò)程：

在本發(fā)明中，如圖1A所示，地面低壓交流電源將地面220V/50Hz的交流市電通過(guò)變頻和降壓變成115V/400Hz中頻交流電，該交流電連接到錨泊車的電滑環(huán)，然后通過(guò)電滑環(huán)直接連接低壓系纜上，低壓系纜通過(guò)繼電器連接到本發(fā)明設(shè)計(jì)的球載電源變換器中的球載降壓器的輸出端，地面低壓交流電源經(jīng)過(guò)變換，最終供用電單元使用。

應(yīng)急鋰電池組供電過(guò)程：

在本發(fā)明中，當(dāng)系留氣球在工作過(guò)程中(包括地面錨泊、放飛升空、回收下降以及高空停留等狀態(tài))，地面供電出現(xiàn)故障時(shí)，BUCK電路輸出降低或變?yōu)榱?，?yīng)急鋰電池組(圖3中的符號(hào)B)通過(guò)二極管直接給用電單元供電，相當(dāng)于二極管續(xù)流，時(shí)間極短，加上容量較小的電容就實(shí)現(xiàn)不間斷供電。該方式采用正常供電時(shí)采用開關(guān)管聯(lián)通，較好解決了純二極管不間斷供電耗能和壓降，因?yàn)楫吘钩霈F(xiàn)故障時(shí)占的次數(shù)和時(shí)間都少。

高壓和低壓切換過(guò)程：

在本發(fā)明中，當(dāng)系留氣球長(zhǎng)期處于地面錨泊狀態(tài)時(shí)，需要將高壓供電切換低壓供電，首先通過(guò)測(cè)控計(jì)算機(jī)(屬于系留氣球系統(tǒng)的一部分)點(diǎn)擊高壓和低壓切換，具體切換過(guò)程如下：首先測(cè)控計(jì)算機(jī)發(fā)送指令到地面高壓交流電源關(guān)閉指令，此時(shí)地面高壓交流電源斷電導(dǎo)致球載直流電源斷電，不間斷切換與充電電路自動(dòng)切換到應(yīng)急鋰電池供電，過(guò)兩秒鐘后，測(cè)控計(jì)算機(jī)發(fā)送球載繼電器切換指令和低壓交流電源開通指令，此時(shí)球載直流電源開通帶電，不間斷切換與充電電路檢測(cè)到球載直流電源帶電切換到地面低壓供電狀態(tài)。