本發(fā)明涉及dc/dc電源，具體涉及一種適用于空間輻射環(huán)境的升壓供電電路及其工作方法。

背景技術(shù)：

1、目前，常見的升壓供電電路一般采用的是升壓芯片來實現(xiàn)給后續(xù)負載進行供電。但對于空間輻射環(huán)境中的電離輻射單粒子效應(yīng)，常見的升壓供電電路無防護效果，無法在空間輻射環(huán)境下工作。在使用過程中，通常需要增加較厚的屏蔽層，這會增加整個系統(tǒng)的重量和體積，不利于小型化、集成化設(shè)計。而研制抗輻射升壓芯片周期長，費用高，因此，系統(tǒng)亟需在暴露空間輻射環(huán)境中依然能夠正常穩(wěn)定工作的升壓供電電路。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種適用于適用于空間輻射環(huán)境的升壓供電電路及其工作方法，該電路能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，具有設(shè)計簡單、易實現(xiàn)、成本低、工作穩(wěn)定性高等特點，根據(jù)實際使用時輸出母線范圍，可以不保留電路中的穩(wěn)壓保護單元，進一步簡化電路。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

3、一種適用于空間輻射環(huán)境的升壓供電電路，該電路包括驅(qū)動方波信號發(fā)生單元、驅(qū)動信號放大單元、升壓單元和穩(wěn)壓保護單元。

4、所述方波信號發(fā)生單元包括電阻r1、電阻r2、電阻r3、電阻r4、電容c1、運放器件n1；所述驅(qū)動信號放大單元包括npn三極管q1和pnp三極管q2；所述升壓單元包括電感l(wèi)、晶體管q3、電阻r6、電阻r7、電容c2和二極管d1；所述穩(wěn)壓保護單元包括電阻r8、電阻r9、電容c3、穩(wěn)壓管d2、npn三極管q4和npn三極管q5。

5、所述運放器件n1的供電端分別與所述電阻r1的第一端、所述npn三極管q1的集電極相連；所述運放器件n1的輸入正端分別與所述電阻r1的第二端、所述電阻r2的第一端、所述電阻r4的第一端相連；所述運放器件n1的輸入負端分別與所述電容c1的第一端、所述電阻r3的第一端相連；所述運放器件n1的輸出端分別與所述電阻r3的第二端、所述電阻r4的第二端、所述npn三極管q1的基極、所述pnp三極管q2的基極相連；所述電感l(wèi)的第一端與輸入電壓vin的正端相連，電感l(wèi)的第二端分別與所述晶體管q3的集電極或漏極、所述二極管d1的陽極相連；所述npn三極管q1的發(fā)射極與所述pnp三極管q2的集電極相連后與所述晶體管q3的基極或柵極相連。

6、所述運放器件n1的接地端、所述電阻r2的第二端、所述電容c1的第二端、所述npn三極管q2的發(fā)射極、所述電阻r6的第二端、所述電容c2的第二端、所述電阻r7的第二端、所述穩(wěn)壓管d2的陽極、所述電容c3的第二端、所述輸入電壓vin的地端均接地。

7、所述晶體管q3的發(fā)射極或源極與所述電阻r6的第一端相連；所述二極管d1的陰極分別與所述電容c2的第一端、所述電阻r7的第一端、所述電阻r8的第一端、所述電阻r9的第一端相連。

8、所述npn三極管q4的基極分別與所述穩(wěn)壓管d2的陰極、所述電容c3的第一端、所述電阻r8的第二端相連；所述npn三極管q4的集電極分別與所述電阻r9的第二端、所述npn三極管q5的集電極相連；所述npn三極管q4的發(fā)射極與所述npn三極管q5的基極相連。

9、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述運放器件n1為放大器或者比較器。

10、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述晶體管q3為增強型n溝道m(xù)osfet管或功率npn三極管。

11、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述二極管d1為肖特基二極管。

12、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述方波信號發(fā)生單元還包括電阻r5；所述電阻r5為上拉電阻；所述電阻r5的第一端與所述運放器件n1的供電端相連，電阻r5的第二端與運放器件n1的輸出端相連。所述上拉電阻r5可以從電路中去除。

13、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電阻r6的阻值應(yīng)根據(jù)實際使用情況取值，保證晶體管q3完全導(dǎo)通。所述穩(wěn)壓管d2的穩(wěn)壓值應(yīng)該能夠滿足后續(xù)負載的正常工作。

14、本發(fā)明還包括一種上述適用于空間輻射環(huán)境的升壓供電電路的工作方法，該方法包括以下步驟：

15、s1、運放器件n1輸出驅(qū)動方波信號

16、輸入電壓vin通過電阻r1和電阻r2分壓后，使得運放器件n1的輸入正端存在正電位，由于初始狀態(tài)時電容c1兩端的電壓為0，因此運放器件n1的輸入正端的電位高于輸入負端，從而使運放器件n1的輸出翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后運放器件n1輸出高電平；通過反饋電阻r3給電容c1充電，運放器件n1的輸入負端電平逐漸升高，直至運放器件n1輸入負端的電平高于輸入正端的電平，運放器件n1的輸出再次翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后運放器件n1輸出低電平；電容c1放電，放電至運放器件n1的輸入負端電壓低于輸入正端電壓，運放器件n1再次翻轉(zhuǎn)輸出高電平，如此反復(fù)循環(huán)，運放器件n1輸出固定頻率、占空比為d的驅(qū)動方波信號。

17、s2、圖騰柱輸出驅(qū)動信號

18、運放器件n1輸出的驅(qū)動方波信號，經(jīng)由三極管q1和三極管q2組成的圖騰柱電路后，輸出控制晶體管q3導(dǎo)通和關(guān)斷的驅(qū)動信號。運放器件n1輸出的驅(qū)動方波信號驅(qū)動能力較弱，經(jīng)三極管q1和三極管q2組成的圖騰柱后驅(qū)動能力得到增強，形成控制晶體管q3開通和關(guān)斷的驅(qū)動信號。

19、s3、升壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)壓放大輸出

20、所述電感l(wèi)、所述晶體管q3、所述二極管d1、所述電容c2和所述電阻r7組成boost升壓轉(zhuǎn)換器，通過boost升壓轉(zhuǎn)換器將輸出電壓提升至vin/(1-d)，輸出電壓提升至vin/(1-d)后經(jīng)穩(wěn)壓管d2穩(wěn)壓至穩(wěn)壓管d2的穩(wěn)壓值，最后通過npn三極管q4和npn三極管q5放大后，為后級負載提供穩(wěn)定的供電電壓。通過boost升壓轉(zhuǎn)換器將輸入電壓vin升壓到一個更高的電壓水平，然后通過穩(wěn)壓管d2穩(wěn)壓，最后通過npn三極管q4和npn三極管q5進一步放大電流，以保證后級負載能夠獲得穩(wěn)定且充足的供電電壓。

21、和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點為：

22、(1)本發(fā)明提供了一種適用于空間輻射環(huán)境中電路中輸入母線電壓低于電路中如芯片等元器件所需的最小電壓時的供電解決方案。本發(fā)明采用基于mosfet、二極管、三極管、放大器、比較器、阻容的分立器件結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，具有較強的抗輻射能力，可以在輸入電壓低于電路中芯片等元器件的最小工作電壓以及存在較大范圍波動時時提供穩(wěn)定的供電電壓。本發(fā)明所述的電路可根據(jù)使用需求進行輸出功率和電路的簡化。本發(fā)明基于現(xiàn)有的成熟的二極管、三極管、阻容和mosfet器件實現(xiàn)，邏輯控制電路結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)路徑易實現(xiàn)。該電路設(shè)計靈活，可根據(jù)實際使用情況對電路進行調(diào)整，且本發(fā)明可打破國外禁運，技術(shù)方案自主可控，元器件成本低、可獲得性強。

23、(2)本發(fā)明通過驅(qū)動方波信號發(fā)生單元、驅(qū)動信號放大單元和升壓單元、穩(wěn)壓保護單元組成的能在空間輻射環(huán)境中升壓實現(xiàn)穩(wěn)定供電電壓時主要創(chuàng)新點，解決了目前升壓芯片在空間輻射環(huán)境下因為總劑量和單粒子效應(yīng)導(dǎo)致電路失效的問題?？臻g輻射環(huán)境具有特殊性，常規(guī)的升壓芯片會由于電離輻射和重離子輻射導(dǎo)致芯片失效，無法在空間輻射環(huán)境中正常工作，本發(fā)明基于現(xiàn)有的成熟器件搭建的升壓電路解決了空間輻射環(huán)境輻射環(huán)境下對母線輸入電壓低于電路中芯片等元器件的最小工作電壓時的供電問題。

24、(3)本發(fā)明提出的升壓供電電路采用開環(huán)boost作為主電路，通過調(diào)節(jié)電感和開關(guān)管的參數(shù)，可具備很強的帶載能力，能同時給多個芯片或其他元器件供電。此外，在輸入電壓波動小的場合，該電路也能作為一個獨立的電源使用。本發(fā)明提出的升壓供電單元相較于傳統(tǒng)供電單元具有帶載能力強，用途具有多樣性的特點。本發(fā)明中提出的使用放大器作為boost升壓電路開關(guān)管的驅(qū)動信號發(fā)生源，不需使用pwm控制芯片，相較于傳統(tǒng)的boost升壓電路具有結(jié)構(gòu)簡單，輸入電壓范圍寬，輸入電壓低也能正常工作的特點。本發(fā)明中提出的升壓供電電路的技能在常規(guī)條件下使用，也適合與空間輻射環(huán)境下使用。