一種應(yīng)用于s4r型電路的防過充電路的制作方法
【專利說明】一種應(yīng)用于S4R型電路的防過充電路
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明應(yīng)用于衛(wèi)星、空間站等航天器用電源控制器領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于S4R型電路的防過充電路。
【背景技術(shù)】
[0003]目前，航天器如衛(wèi)星、空間站等大型設(shè)施，其電源系統(tǒng)均采用太陽電池陣-蓄電池組-電源控制單元的形式，通過蓄電池的充放電循環(huán)，完成太空中各電子設(shè)備的能源需求。其中，蓄電池防過充設(shè)計的合理性，直接影響到蓄電池在軌工作的年限，對航天在軌的安全性及可靠性至關(guān)重要。
[0004]不同蓄電池的充電過程控制大相徑庭，傳統(tǒng)的鎘鎳電池采用V-T曲線控制方式防止電池過充，根據(jù)當前電池的電壓與溫度，判斷蓄電池的荷電態(tài)并決定充電終止條件;氫鎳電池則將壓力引入到充電控制參數(shù)中；新一代鋰離子蓄電池需要解決大電流充電時帶來的電池虛飽，對于不同使用條件，需要改變過充控制參數(shù)，來適應(yīng)蓄電池根據(jù)環(huán)境產(chǎn)生的化學(xué)特性變化。
[0005]鑒于以上原因，針對鋰離子蓄電池，需要一種新的防過充控制電路，使其既滿足工作期間蓄電池的荷電態(tài)平衡，同時有利于不同工作條件下蓄電池壽命的延長。為適應(yīng)蓄電池的上述工作要求，發(fā)明了本防止過充控制方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)有加工技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是開發(fā)一種應(yīng)用于S4R型電路的防過壓電路，作為空間電源系統(tǒng)中控制鋰離子蓄電池在軌正常工作期間的控制核心，極大提高太陽陣對電池充電時的效率以及對蓄電池充電控制的可靠性及靈活性。
[0007]為了實現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的技術(shù)方案:一種應(yīng)用于S4R型電路的防過充電路，通過電路拓撲中的母線電壓反饋電路、充電信號反饋電路、充電參數(shù)誤差放大電路、三角波發(fā)生器電路、功率電子開關(guān)電路，對太陽電池輸出及蓄電池的充電進行自動控制，防止電池過充，并提供了調(diào)節(jié)過充參數(shù)的對外接口 ；
所述充電信號反饋電路，包括單體電池電壓采樣電路、充電電流采樣電路、整組電池電壓采樣電路，可通過對外接口設(shè)定需要的電壓、電流值，調(diào)節(jié)過充參數(shù)范圍，實現(xiàn)覆蓋鋰電池不同壽命期間的工作需要；
所述充電參數(shù)誤差放大電路，與母線誤差放大電路通過邏輯控制芯片，確保電路在提供穩(wěn)定的一次母線的前提下，直接將太陽電池陣富余的能量提供鋰電池充電；
所述三角波發(fā)生器電路、功率電子開關(guān)電路，同時工作于充電信號反饋電路與母線電壓反饋電路，確保整個電路拓撲工作在同一頻率，工作電源電位一致，電子開關(guān)驅(qū)動信號無相位差，與母線供電互不干擾。
[0008]本發(fā)明提供的防過充電路拓撲，實現(xiàn)了利用太陽能的富裕功率直接為蓄電池充電，充電過程采取先恒流、再限壓的模式，當蓄電池電壓較低時，電路控制太陽電流為蓄電池進行大電流恒流充電；當充電至蓄電池的設(shè)計終壓時，限壓充電功能起作用，控制電路逐步減小充電電流，將蓄電池電壓恒定在設(shè)計終壓值，直至充電電流小于0.9A后停止充電。電路拓撲包括母線電壓反饋電路、充電信號反饋電路、母線誤差放大電路、三角波發(fā)生器電路、功率電子開關(guān)電路，上述各功能電路體積小，可以集成在兩塊大小尺寸為200mm*200mm的印刷電路板上。
[0009]本發(fā)明對蓄電池的防止過充控制，是由充電信號反饋電路，通過采集蓄電池電壓并變換為控制信號，經(jīng)由充電控制誤差放大電路進行誤差放大，以精確控制電池的充電參數(shù)。誤差放大電路輸出與三角波發(fā)生器電路共同作用，輸出方波信號，同時受母線誤差放大信號控制，由與門邏輯芯片CC4073進行優(yōu)先級控制。當母線誤差信號處于輸出高電平時，充電功能處于允許狀態(tài)，充電功率電子開關(guān)常導(dǎo)通，方波信號驅(qū)動分流功率電子開關(guān)，達到防止蓄電池過充的目的;若母線誤差信號處于低電平，則電路優(yōu)先提供一次母線能源需求，充電功能禁止。
[0010]所述的誤差放大電路，是將前級電壓反饋電路的輸出，作為本級電路的輸入，與高精度基準電壓比較，進行比例-積分的調(diào)節(jié)控制。
[0011 ]所述的三角波發(fā)生器電路，分別與母線誤差分放大電路與充電誤差放大電路的輸出信號進行比較，生成各自獨立的頻率為8K、幅值12V的方波信號，兩路方波信號經(jīng)邏輯電路控制，最終生成功率電子開關(guān)的驅(qū)動信號，控制太陽電池陣的輸出，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的一次直流母線并為蓄電池充電。
[0012]所述的充電信號反饋電路，同時采集蓄電池當前電壓、蓄電池當前最大單體電壓以及蓄電池當前充電電流，所采集的三個信號通過集成電路LM158進行隔離變換，生成幅值不大于3V的充電控制信號。蓄電池電壓的變換方式可以通過四個磁保持繼電器TL26P進行切換，繼電器線包由外部指令控制，每個繼電器對應(yīng)一個充電終壓;充電電流采樣設(shè)計有外部D/A輸入接口，當外部電壓輸入信號由O?2.55V變換時，充電電流可以在9?15A的恒流值變換。蓄電池電壓、充電電流的對外接口使得調(diào)整蓄電池充電狀態(tài)成為可能，進一步增加了電路在防過充控制上的靈活性。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的電路拓撲可以用于重量、體積要求嚴苛，蓄電池工作環(huán)境變化較大的航天器。電路結(jié)構(gòu)簡單，由于S4R型電路為合陣式充電控制策略，單一太陽電池陣輸出既可以作為航天器負載使用，又可以為蓄電池充電，可以減小航天器的太陽能發(fā)電裝置的面積，進一步減小航天器研發(fā)成本。設(shè)計的用于過充參數(shù)調(diào)節(jié)的對外接口，對于工作在不同壽命期間的蓄電池，有著良好的適應(yīng)能力，尤其對于新一代鋰離子蓄電池，調(diào)整其充電終壓和充電電流，可以很好的對鋰電池進行使用中的維護，從有效的延長航天器的在軌壽命。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的應(yīng)用于S4R型電路的防過充電路拓撲圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的應(yīng)用于S4R型電路的防過充電源品質(zhì)圖。
【具體實施方式】
[0016]為詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合實施例并配合附圖對本發(fā)明作詳細下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的S4R型電路的防過充電路，通過電路拓撲中的母線電壓反饋電路、充電信號反饋電路、充電參數(shù)誤差放大電路、三角波發(fā)生器電路、功率電子開關(guān)電路，對太陽電池輸出及蓄電池的充電進行自動控制，防止電池過充，并提供了調(diào)節(jié)過充參數(shù)的對外接口；
所述充電信號反饋電路，包括單體電池電壓采樣電路、充電電流采樣電路、整組電池電壓采樣電路，可通過對外接口設(shè)定需要的電壓、電流值，調(diào)節(jié)過充參數(shù)范圍，實現(xiàn)覆蓋鋰電池不同壽命期間的工作需要；
所述充電參數(shù)誤差放大電路，與母線誤差放大電路通過邏輯控制芯片，確保電路在提供穩(wěn)定的一次母線的前提下，直接將太陽電池陣富余的能量提供鋰電池充電；
所述三角波發(fā)生器電路、功率電子開關(guān)電路，同時工作于充電信號反饋電路與母線電壓反饋電路，確保整個電路拓撲工作在同一頻率，工作電源電位一致，電子開關(guān)驅(qū)動信號無相位差，與母線供電互不干擾。
[0018]I母線電壓反饋電路的輸入與輸出濾波器相連，母線電壓反饋電路的輸出與母線誤差放大電路電路相連。
[0019]2母線誤差放大電路的輸入與母線電壓