[发明专利]一种应用于S4R型电路的防过充电路

说明书

本发明公开了一种应用于S4R型电路的防过充电路，是空间飞行器电源系统中控制蓄电池充电的核心装置。采用S4R型电路拓扑的太阳能输出对蓄电池充电的控制方式，直接将太阳电池阵的富余能量供蓄电池充电，通过分流开关管的导通，限制蓄电池电压在目标值，从而达到防止过充的目的，无需额外的充电变换电路，并且具有可调的防止过充电参数的外部接口，电路简单可靠，并可适应不同使用环境对蓄电池防过充设计的要求。

技术领域

本发明应用于卫星、空间站等航天器用电源控制器领域，具体涉及一种应用于S4R型电路的防过充电路。

背景技术

目前，航天器如卫星、空间站等大型设施，其电源系统均采用太阳电池阵-蓄电池组-电源控制单元的形式，通过蓄电池的充放电循环，完成太空中各电子设备的能源需求。其中，蓄电池防过充设计的合理性，直接影响到蓄电池在轨工作的年限，对航天在轨的安全性及可靠性至关重要。

不同蓄电池的充电过程控制大相径庭，传统的镉镍电池采用V-T曲线控制方式防止电池过充，根据当前电池的电压与温度，判断蓄电池的荷电态并决定充电终止条件；氢镍电池则将压力引入到充电控制参数中；新一代锂离子蓄电池需要解决大电流充电时带来的电池虚饱，对于不同使用条件，需要改变过充控制参数，来适应蓄电池根据环境产生的化学特性变化。

鉴于以上原因，针对锂离子蓄电池，需要一种新的防过充控制电路，使其既满足工作期间蓄电池的荷电态平衡，同时有利于不同工作条件下蓄电池寿命的延长。为适应蓄电池的上述工作要求，发明了本防止过充控制方式。

发明内容

为解决现有加工技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题是开发一种应用于S4R型电路的防过压电路，作为空间电源系统中控制锂离子蓄电池在轨正常工作期间的控制核心，极大提高太阳阵对电池充电时的效率以及对蓄电池充电控制的可靠性及灵活性。

为了实现上述技术方案，本发明的技术方案：一种应用于S4R型电路的防过充电路，通过电路拓扑中的母线电压反馈电路、充电信号反馈电路、充电参数误差放大电路、三角波发生器电路、功率电子开关电路，对太阳电池输出及蓄电池的充电进行自动控制，防止电池过充，并提供了调节过充参数的对外接口；

所述充电信号反馈电路，包括单体电池电压采样电路、充电电流采样电路、整组电池电压采样电路，可通过对外接口设定需要的电压、电流值，调节过充参数范围，实现覆盖锂电池不同寿命期间的工作需要；

所述充电参数误差放大电路，与母线误差放大电路通过逻辑控制芯片，确保电路在提供稳定的一次母线的前提下，直接将太阳电池阵富余的能量提供锂电池充电；

所述三角波发生器电路、功率电子开关电路，同时工作于充电信号反馈电路与母线电压反馈电路，确保整个电路拓扑工作在同一频率，工作电源电位一致，电子开关驱动信号无相位差，与母线供电互不干扰。

本发明提供的防过充电路拓扑，实现了利用太阳能的富裕功率直接为蓄电池充电，充电过程采取先恒流、再限压的模式，当蓄电池电压较低时，电路控制太阳电流为蓄电池进行大电流恒流充电；当充电至蓄电池的设计终压时，限压充电功能起作用，控制电路逐步减小充电电流，将蓄电池电压恒定在设计终压值，直至充电电流小于0.9A后停止充电。电路拓扑包括母线电压反馈电路、充电信号反馈电路、母线误差放大电路、三角波发生器电路、功率电子开关电路，上述各功能电路体积小，可以集成在两块大小尺寸为200mm*200mm的印刷电路板上。

本发明对蓄电池的防止过充控制，是由充电信号反馈电路，通过采集蓄电池电压并变换为控制信号，经由充电控制误差放大电路进行误差放大，以精确控制电池的充电参数。误差放大电路输出与三角波发生器电路共同作用，输出方波信号，同时受母线误差放大信号控制，由与门逻辑芯片CC4073进行优先级控制。当母线误差信号处于输出高电平时，充电功能处于允许状态，充电功率电子开关常导通，方波信号驱动分流功率电子开关，达到防止蓄电池过充的目的；若母线误差信号处于低电平，则电路优先提供一次母线能源需求，充电功能禁止。