本發(fā)明屬于航天總體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于航天電子產(chǎn)品所需要的高可靠輸出隔離控制電路，其方法也可以廣泛應(yīng)用于地面電子設(shè)備中。

背景技術(shù)：

航天器是一個由多種不同功能單元組成的龐大系統(tǒng)，所有功能單元都需要電源才能工作，對電源而言，這些功能單元都是有著不同功率和用電需求的負(fù)載，必須設(shè)計高可靠、高性能、適配性強的電源，才能保證航天器在設(shè)計壽命內(nèi)可靠安全運行甚至可以延長航天器的使用壽命。

為了解決模塊電源的可靠性問題，現(xiàn)有多種方法，保證器件電壓、電流應(yīng)力等的Ⅰ級降額，對部分關(guān)鍵元器件進(jìn)行并聯(lián)使用，保證功率器件的散熱措施等。這些方法在工程實際中均有一定的應(yīng)用范圍，按照可靠性的相關(guān)理論，保證元器件Ⅰ級降額或者再進(jìn)一步的降額并不能確保產(chǎn)品不發(fā)生系統(tǒng)級的失效，因此第一種方法有一定的局限性。并聯(lián)使用元器件后，并聯(lián)中的單個元器件的失效會帶來模塊電源的輸出或者保護性能下降或者失效。

另一種是采用模塊電源并聯(lián)冗余的方式，正常工作時，模塊電源主份和模塊電源備份同時工作(熱備份方式)；或者是模塊電源主份帶載工作，模塊電源備份處于空載或輕載工作(溫備份方式)；再或者是模塊電源主份帶載工作，模塊電源備份不工作(冷備份方式)，當(dāng)模塊電源主份發(fā)生故障后，自動轉(zhuǎn)為備份輸出。為了避免元器件和系統(tǒng)級的失效，模塊電源的冗余設(shè)計變得非常重要，在長壽命、高可靠設(shè)計的應(yīng)用場合，多個模塊電源并聯(lián)冗余是首選的方案。

為了保證模塊電源并聯(lián)冗余的可靠性，模塊電源輸出需要加隔離電路，進(jìn)行故障隔離。傳統(tǒng)的隔離電路一般采用二級管來實現(xiàn)，但是這種方式在大電流的應(yīng)用場合，會導(dǎo)致?lián)p耗增大，使系統(tǒng)效率變低，并且在主備切換過程輸出電壓值的跌落較大，降低了負(fù)載的用電安全。

經(jīng)檢索國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，未見有關(guān)本發(fā)明的模塊電源主份與備份輸出隔離電路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種新的模塊電源主份與備份輸出隔離電路，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，可以降低損耗，提高效率，減小主份與備份電源切換時輸出電壓的跌落值，保證了負(fù)載的用電安全，并且對主份電源與備份電源的故障進(jìn)行了有效隔離。

本發(fā)明解決的技術(shù)方案為：一種主備份電源高可靠輸出隔離控制電路，包括：輸入母線(1)，模塊電源主份(2)，模塊電源備份(3)，模塊電源主份輸出濾波電路(4)，模塊電源備份輸出濾波電路(5)，模塊電源主份與備份輸出隔離電路(6)；

模塊電源主份輸出濾波電路(4)包括：差模電感L1、二極管D1、電容C1、電容C2；

模塊電源備份輸出濾波電路(5)包括：差模電感L2、二極管D2、電容C7、電容C8；

模塊電源主份與備份輸出隔離電路(6)，包括模塊電源主份隔離電路和模塊電源備份隔離電路；

模塊電源主份隔離電路，包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R9、電阻R11、電容C3、電容C4、比較器IC1、二級管D3、場效應(yīng)管M1；

模塊電源備份隔離電路，包括電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R10、電阻R12、電容C5、電容C6、比較器IC2、二級管D4、場效應(yīng)管M2；

模塊電源主份(2)的輸入正端和模塊電源備份(3)的輸入正端連接輸入母線(1)的正端，模塊電源主份(2)的輸入負(fù)端和模塊電源備份(3)的輸入負(fù)端連接輸入母線(1)的負(fù)端；

模塊電源主份(2)的輸出正端連接差模電感L1的原邊輸入端；差模電感L1的原邊輸出端V1連接電容C1的一端、差模電感L1的副邊輸入端、電容C2的一端、電阻R11的一端、電阻R11的一端和場效應(yīng)管M1的源級，差模電感L1的副邊輸出端連接二極管D1的正極，二極管的負(fù)極和電容C1的另一端連接供電端VC1；場效應(yīng)管M1的柵極連接電阻R11的另一端、電阻R9的一端、二極管D3的負(fù)極和比較器IC1的輸出端；場效應(yīng)管M1的漏極作為主備份電源高可靠輸出隔離控制電路的輸出Vo；

比較器IC1的供電端連接供電端VC3；

模塊電源主份(2)的輸出負(fù)端、電容C2的另一端接地GND；

電阻R1的另一端連接電阻R2的一端、電容C3的一端和比較器IC1的輸入正端；電阻R2的另一端連接二極管D3的正極，電容C3的另一端和比較器IC1的接地端連接地GND；比較器IC1的輸入負(fù)端連接電阻R3的一端、電阻R4的一端和電容C4的一端；電阻R4的另一端和電容C4的另一端接地GND；電阻R3的另一端連接輸出端Vo；

模塊電源備份(3)的輸出負(fù)端連接電容C8的一端和地GND；模塊電源備份(3)的輸出正端連接差模電感L2的原邊輸入端，差模電感L2的原邊輸出端V2連接差模電感L2的副邊輸入端、電容C7的一端、電容C8的另一端、電阻R6的一端、電阻R12的一端和場效應(yīng)管M2的源極；

差模電感L2的副邊輸出端連接二極管D2的正極，二極管D2的負(fù)極第一路連接電容C7的另一端，二極管D2的負(fù)極第二路連接外部供電VC2；

電阻R6的另一端連接電阻R5的一端、電容C5的一端、比較器IC2的輸入正端；電容C5的另一端和比較器IC2的接地端接地GND；電阻R5的另一端連接二極管D4的正極，二極管D4的負(fù)極連接比較器IC2的輸出端、電阻R10的一端、場效應(yīng)管M2的柵極、電阻R12的另一端，電阻R10的另一端連接供電端VC2；場效應(yīng)管M2的漏極連接Vo；

比較器IC2的輸入負(fù)端連接電容C6的一端、電阻R8的一端和電阻R7的一端；電阻R8的另一端和電容C6的另一端接地GND；電阻R7的另一端連接Vo。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明采用場效應(yīng)管進(jìn)行隔離，比傳統(tǒng)的二極管隔離具有更低的導(dǎo)通壓降，更適用于大電流輸出的場合，可以有效降低隔離損耗，降低了熱設(shè)計難度；由于場效應(yīng)管在導(dǎo)通時呈低阻特性，而非二極管特性，仍然能夠使模塊電源快速響應(yīng)輔助變化，動態(tài)特性比較好。

(2)本發(fā)明實現(xiàn)了熱備份冗余方式，減小了主備切換時輸出電壓跌落值，保證了負(fù)載用電的安全性。

(3)本發(fā)明采用輸出差模電感的輔助繞組作用隔離場效應(yīng)管的驅(qū)動電壓，可以保證對場效應(yīng)管的可靠控制。

(4)本發(fā)明采用比較場效應(yīng)管隔離前后的電壓控制隔離管的開通與關(guān)斷，實現(xiàn)了模塊電源主份與模塊電源備份之間的故障隔離，提高了整星用電的可靠性。

附圖說明

圖1本發(fā)明的電路原理圖；

圖2主份或備份電源故障關(guān)機時輸出電壓波形；

圖3主份發(fā)生過壓故障試驗波形；

具體實施方式

本發(fā)明的基本思路為：一種主備份電源高可靠輸出隔離控制電路，包括模塊電源主份與模塊電源備份，模塊電源主份和模塊電源備份并聯(lián)，在模塊電源主份和模塊電源備份的輸出端均級聯(lián)一個電路結(jié)構(gòu)完全相同的隔離單元，隔離單元采用場效應(yīng)管進(jìn)行隔離，其驅(qū)動電壓由輸出差模電感器的輔助繞組產(chǎn)生，其導(dǎo)通關(guān)斷由隔離控制電路進(jìn)行控制。本發(fā)明隔離電路采用場效應(yīng)管進(jìn)行隔離，比傳統(tǒng)的二極管隔離具有更低的導(dǎo)通壓降，適用于大電流輸出的場合，可以有效降低隔離損耗，降低了熱設(shè)計難度，同時由于場效應(yīng)管在導(dǎo)通時呈低阻特性，動態(tài)特性比較好；實現(xiàn)了熱備份冗余方式，減小了主備切換時輸出電壓跌落值，保證了負(fù)載用電的安全性；實現(xiàn)了模塊電源主份與模塊電源備份之間的故障隔離，提高了整星用電的可靠性。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明提出的一種主備份電源高可靠輸出隔離控制電路結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)說明如下。

本發(fā)明提出的一種主備份電源高可靠輸出隔離控制電路包括：輸入母線(1)，模塊電源主份(2)，模塊電源備份(3)，模塊電源主份輸出濾波電路(4)，模塊電源備份輸出濾波電路(5)，模塊電源主份與備份輸出隔離電路(6)，原理圖如圖1所示；

由于本發(fā)明涉及一種主備份電源高可靠輸出隔離控制電路，因此在模塊電源主份(2)與模塊電源備份(3)的主功率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上可以選用任何拓?fù)洹?/p>

本發(fā)明當(dāng)模塊電源正常工作時，模塊電源主份輸出濾波電路(4)的差模電感器L1和電容C1把輸出脈動的電壓濾波成直流穩(wěn)定的輸出電壓，脈動電壓通過了差模電感器L1主繞組后，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，會在差模電感器L1副邊繞組上產(chǎn)生一個脈動電壓，經(jīng)二極管D1和電容C1濾波，形成一個穩(wěn)定的直流電壓VC1，其電壓值與輸出電壓成正比，與差模電感器L1原邊繞組和副邊繞組的匝數(shù)比成反比。利用差模電感器L1輔助繞組產(chǎn)生的電壓作為場效應(yīng)管M1的驅(qū)動電壓VC1，為保證場效應(yīng)管的供電安全推薦VC1的電壓范圍優(yōu)選在9～13V。模塊電源主份與備份輸出隔離電路(6)電阻R1采集場效應(yīng)管M1前端的電壓V1，作為比較器IC1的輸入正端電壓，電阻R3采集場效應(yīng)管M1后端的電壓Vo，作為比較器IC1的輸入負(fù)端電壓，正常工作時場效應(yīng)管M1前端的電壓V1場效應(yīng)管M1后端的電壓Vo，本發(fā)明設(shè)計時優(yōu)選使得電阻R2阻值遠(yuǎn)大于R1阻值，電阻R4阻值遠(yuǎn)大于R3阻值，并且R1＝R3,R2＝R4，推薦優(yōu)選電阻值R1＝R3＝1kΩ；R2＝R4＝200kΩ，比較器IC1的輸入正端電壓高于比較器IC1的輸入負(fù)端電壓，使得比較器輸出為高，驅(qū)動電壓VC1控制場效應(yīng)管M1處于導(dǎo)通狀態(tài)；

模塊電源備份與模塊電源主份工作模式相同，模塊電源備份輸出濾波電路(5)的差模電感器L2和電容C7把輸出脈動的電壓濾波成直流穩(wěn)定的輸出電壓，脈動電壓通過了差模電感器L2主繞組后，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，會在差模電感器L2副邊繞組上產(chǎn)生一個脈動電壓，經(jīng)二極管D2和電容C7濾波，形成一個穩(wěn)定的直流電壓VC2，其電壓值與輸出電壓成正比，與差模電感器L2原邊繞組和副邊繞組的匝數(shù)比成反比。利用差模電感器L2副邊繞組產(chǎn)生的電壓作為場效應(yīng)管M2的驅(qū)動電壓VC2，為保證場效應(yīng)管的供電安全推薦VC2的電壓范圍設(shè)計在9～13V。模塊電源主份與備份輸出隔離電路(6)電阻R6采集場效應(yīng)管M2前端的電壓V2，作為比較器IC2的輸入正端電壓，電阻R7采集場效應(yīng)管M2后端的電壓Vo，作為比較器IC2的輸入負(fù)端電壓，正常工作時場效應(yīng)管M2前端的電壓V2場效應(yīng)管M2后端的電壓Vo，本發(fā)明設(shè)計時使得電阻R5阻值遠(yuǎn)大于R6阻值，電阻R8阻值遠(yuǎn)大于R7阻值，并且R5＝R8,R6＝R7，推薦優(yōu)選電阻值R6＝R7＝1kΩ；R5＝R8＝200kΩ，比較器IC2的輸入正端電壓高于比較器IC2的輸入負(fù)端電壓，使得比較器輸出為高，驅(qū)動電壓VC2控制場效應(yīng)管M2處于導(dǎo)通狀態(tài)；

正常工作時場效應(yīng)管M1與場效應(yīng)管M2均同時導(dǎo)通，此時模塊電源主份與模塊電源備份同時帶載輸出，由于此時模塊電源的主備份都帶載工作，此時任意一路電源故障關(guān)機，都不會拉低輸出電壓，保證了負(fù)載的用電安全。本發(fā)明的電路在+5V電源上進(jìn)行了試驗驗證，試驗波形如圖2所示。正常工作時，主份備份同時帶載，輸出電壓Vo為5V。當(dāng)有一路故障關(guān)機時，輸出電壓會有很小的跌落，此時輸出電壓Vo最小值為4.82V，保證負(fù)載用電的安全性。

若模塊電源工作時發(fā)生主份或備份過壓故障時，由于本發(fā)明采用比較場效應(yīng)管隔離前后的電壓控制隔離管的開通與關(guān)斷，并且設(shè)計時電容C3與電容C4容值之間的關(guān)系為C3遠(yuǎn)大于C4，比較器IC1的輸入負(fù)端的時間常數(shù)τ1＝R3*C4，遠(yuǎn)小于IC1輸入正端的時間常數(shù)τ2＝R1*C3；電容C5與電容C6容值之間關(guān)系為C5遠(yuǎn)大于C6，比較器IC2的輸入負(fù)端的時間常數(shù)τ1＝R7*C6，遠(yuǎn)小于IC2輸入正端的時間常數(shù)τ2＝R6*C5,本電路推薦最優(yōu)參數(shù)：C4＝0.1uF,C3＝2.2nF；C5＝0.1uF,C6＝2.2nF保證了隔離控制電路對故障的迅速檢測隔離，有效地實現(xiàn)了模塊電源主份與模塊電源備份之間的故障隔離，保證了整星用電的可靠性。由于本發(fā)明電路主備份輸出隔離模式相同，以主份發(fā)生過壓故障進(jìn)行介紹。

當(dāng)模塊電源正常工作模塊電源主份(2)發(fā)生過壓故障時，電阻R7采集的場效應(yīng)管M1后端的電壓Vo將高于分壓電阻R6采集場效應(yīng)管M1前端的電壓V2，使得比較器IC2輸出為低，將驅(qū)動電壓VC2拉低，使得場效應(yīng)管M2處于關(guān)閉狀態(tài)，隔離了模塊電源主份的故障，當(dāng)模塊電源主份內(nèi)部設(shè)置的過壓保護電路將模塊電源主份關(guān)機后，輸出電壓Vo低于場效應(yīng)管M2前端的電壓V2，場效應(yīng)管M2恢復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)。

本發(fā)明的電路在+5V電源上進(jìn)行了試驗驗證，試驗波形如圖3所示為主份過壓故障時的測試波形，圖形中1通道為+5V輸出電壓波形，2通道為場效應(yīng)管M2的驅(qū)動電壓VC2波形，當(dāng)主份輸出發(fā)生過壓故障時，由圖中可以看出，此時輸出電壓迅速上升，當(dāng)T0時刻時，輸出電壓Vo高于場效應(yīng)管M2前端的電壓V2，此時驅(qū)動信號變?yōu)榈碗娖剑瑐浞葺敵鰯嚅_，當(dāng)輸出電壓達(dá)到過壓保護點時，主份電源關(guān)閉，輸出電壓迅速回落，當(dāng)?shù)竭_(dá)T1時刻時，輸出電壓Vo低于場效應(yīng)管M2前端的電壓V2，備份隔離管的驅(qū)動信號變?yōu)楦唠娖?，備份電路恢?fù)輸出。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。