[发明专利]一种空间电源推挽电路及开关管故障诊断和容错方法

说明书

本发明涉及一种空间电源推挽电路及开关管故障诊断和容错方法，属于空间开关电源的故障诊断领域。该方法将推挽电路中两路开关管电压电流采样信号作为故障特征量，与电压电流故障阈值进行比较，并通过FPGA循环计数生成短路或开路故障信号。故障发生后，利用串并联冗余开关管在线改变MOSFET组合驱动方式，实现故障管快速在线隔离和硬件重构，保证电源拓扑继续正常工作，从而大幅提高空间电源在轨运行的可靠性。

技术领域

本发明属于空间开关电源的故障诊断领域，尤其涉及的是一种空间电源推挽电路及开关管故障诊断和容错方法。

背景技术

空间电源变换器作为航天电源系统的重要组成部分，对航天器的性能、可靠性和寿命起着决定性作用。随着空间飞行器服役寿命更长，现代航天电子设备日益复杂化，电源系统故障发生概率随之增加。根据文献对1993-2012年底国外公开的在轨航天器故障统计，航天器在轨服役期间，300多次在轨故障中有30.3％属于电源系统故障。针对空间电源变换器复杂运行环境下的不可维修性及高可靠、长寿命要求，开展面向空间应用的电源变换器故障诊断及重构控制研究具有非常现实的意义和价值。

空间电源DC-DC变换器MOSFET功率开关管在工作过程中需要承受恶劣的热应力和交变电应力，尤其在空间辐照环境下，单粒子效应等带来功率器件故障的几率更大。开关管短路故障(SC)和开路故障(OC)导致电路拓扑发生突变，无法实时满足计算密集型运行负载以及多任务动态调度变化，影响航天器在轨运行。

目前针对DC-DC变换器故障的诊断方法，有通过直接比较开关管驱动信号和电路电感电流斜率诊断方法，也有通过增加辅助绕组获得磁性元件电压与开关信号结合的故障诊断方法。但目前开路和短路故障诊断方法集中于单开关管非隔离式DC-DC变换器，并不适用于多路输出隔离型推挽电路的空间电源。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种空间电源推挽电路及开关管故障诊断和容错方法，用于隔离型级联式多路输出空间电源中开关管故障进行故障快速在线隔离和硬件重构。

技术方案

一种空间电源推挽电路，包括Buck预稳压电路、含硬件重构功能的推挽隔离电路，以及后级非隔离精密稳压电路；

所述的Buck预稳压电路包括开关管Q1，电感L1和二极管D1，同时去掉了后级输出电容；

所述的含硬件重构功能的推挽隔离电路包括功率开关管Q2和Q3，变压器T1和整流二极管D2和D3，并去掉了次级电感；其中功率开关管Q2和Q3采用固定占空比轻微重叠导通驱动，占空约为51％。

一种空间电源推挽电路开关管故障诊断方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：通过同步采样分别获得推挽电路两路功率开关管和冗余开关管的漏源电压V_DS和漏极电流I_D，共计8个电压信号和4个电流信号；

步骤2：信号采样频率优选设置为100倍的开关管开关频率，将步骤1中在一个开关周期内取得的100个信号采样数值传输到FPGA控制芯片中；

步骤3：分别判断步骤2中得到的电压电流采样值是否大于设定电压阈值V_{DS_REF}和电流阈值I_{D_REF}；