[发明专利]一种带短路保护功能的配电电路

说明书

本发明提供了一种带短路保护功能的配电电路，其包括功率开关电路、信号放大电路、逻辑判断电路、软启驱动电路和启动封口电路；所述功率开关电路的信号输出端与信号放大电路的输入端连接，信号放大电路的输出端通过逻辑判断电路与软启驱动电路的一个输入端连接，启动封口电路的输出端与软启驱动电路的另一个输入端连接，所述软启驱动电路的输出端与功率开关电路的信号输入端连接。本发明的技术方案电路构成简单，具备短路保护和通断控制功能，在接通瞬间具备浪涌电流抑制功能，发生保护后电路可重启，故障消除后可正常供电；负载短路瞬间功率开关压降低、功耗小，电路响应时间短，短路电流峰值可控，短路期间对其他用电负载工作无影响。

技术领域

本发明属于卫星供配电领域，尤其涉及一种带短路保护功能的配电电路。

背景技术

卫星供配电一般采用集中供电、分散配电的方式，由一台供电设备即电源控制器产生卫星所需的稳定供电母线，经配电器和线缆分送至各个用电负载。配电器在各配电支路上均设置了独立的熔断器和继电器开关。为了防止继电器接通瞬间浪涌大电流造成继电器触点烧毁或熔断器损坏，还需设计专门的浪涌抑制电路。当某路用电负载或线缆发生短路后，短路电流以快速上升，流过熔断器的大电流能量将熔断器熔断，断开故障支路与供电母线的连接，起到保护整星供电母线的作用。

目前星载合成孔径雷达、激光、电推进等技术发展迅速，它们用电负载需求的功率可达5KW～20KW，用电电压为一般为100V母线，需求电流可达数十安至几百安。一方面高压大电流继电器在宇航应用中无合适产品可选用，另一方面目前可供选择的宇航级熔断器最大电流值仅为15A，典型熔断时间达ms级，熔断需求能量批次差异大，且用在大电流场合往往需要采用多只并联形式，但卫星一般要求最大并联数量为4只，因此最大输出功率仅达3KW左右，难以应用在更高功率场合。而且并联会进一步增加了熔断能量，实测熔断瞬间熔断电流上升斜率大于10⁶A/S，熔断期间还会造成以下问题：

(1)熔断电流受线路内阻影响幅值不可控，最大峰值可达到数百安乃至上千安，导致供电链路中半导体器件击穿失效，引起二次故障，严重影响整星供配电安全；

(2)供电母线下降幅值达数十伏，轻则引起其他用电设备欠压复位，重则触发供电设备内部过流保护，导致整星掉电，造成不可挽回的损失。

熔断器为非自恢复器件，熔断后用电负载的供电链路处于断开状态，即使用电负载短路故障消除，也无法为其正常供电。由于卫星在轨期间无法更换熔断器，将导致该用电载荷永久损失，影响整星工作。

欧洲航天局ESA提出了采用固态限流保护器替代熔断器和继电器开关，并在低压28V、42V母线上得以广泛应用。其工作原理是在短路之后的一段时间内强制固态开关工作在线性电阻区限制短路电流大小，此时母线电压全部降落在固态开关两端。在限流时间段内固态开关实际功耗等于母线电压乘以限流保护值，在低压、小功率场合该值(一般为几百瓦)小于固态开关额定功耗，因此可以起到较好的保护作用。但在高压、大功率场合，限流器件固态功率将达数前瓦乃至上万瓦，超过固态器件可承受的最大功耗，导致固态器件烧毁，因此该技术难以应用在高压、大功率场合。

在工业应用中，产品均具备可维修性，因此一般通过在用电入口串联熔断器实现短路保护故障隔离。目前可查询到有些DCDC开关电源变换器产品也设计了短路保护功能，如图1所示，其功率开关管、采样电阻一般串联在变压器和电源回线之间，当未发生短路故障时功率开关在脉宽调制PWM控制下处于频繁开关状态以产生交流方波供变压器或电感等磁性器件传递能量。当电源输出端出现短路故障后，PWM变为常低状态，功率开关被断开。由于其采样电阻设置在电源回线处，当前端电路，如EMC滤波电路、变压器电路等出现短路故障时其无法起到保护作用。另外同配电电路中功率开关正常工作为导通状态不同，其功率开关始终处于通断交替状态，综上两个原因这种保护电路无法应用在配电电路中。

发明内容