[發明專利]一種空間用激光載荷配電器限流控制電路

有效

• 申請號: 201910683977.0
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110545031B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 李小春;呂鋒;徐剛;程新;薛鴻翔;李進;李后春
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36;H02M1/32;H01S5/042
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

1.一種空間用激光載荷配電器限流控制電路，其特征在于，包括：電流環PI、電壓環PI、基極電阻R85、保護電阻R88、三極管V5、集電極電阻R81、軟啟動電容C39和PWM控制芯片；其中，軟啟動電容C39采用微法級電容，基極電阻R85和集電極電阻R81均采用千歐級電阻，保護電阻R88采用百千歐級電阻；

電流環PI的兩個輸入端分別接限流基準和電流采樣，電流環PI的輸出端通過基極電阻R85與接三極管V5的基極a連接，以控制三極管的開通與關斷；集電極電阻R81的一端接三極管V5的集電極c，另一端接PWM控制芯片的軟啟動腳SOFT；三極管V5的發射極b接地；保護電阻R88并聯接入三極管V5，以提高三極管V5的可靠性；其中，保護電阻R88的一端接三極管V5的基極a，另一端接三極管V5的發射極b；軟啟動電容C39一端接PWM控制芯片的軟啟動腳SOFT，另一端接地；電壓環PI的輸出端接PWM控制芯片的正相輸入端IN+，電壓環PI的兩個輸入端分別接電壓基準和電壓采樣；PWM控制芯片的反相輸入端IN-與誤差輸出端E/A out短接；PWM控制芯片為帶軟啟動功能的PWM控制芯片，作為開關電源電路的主控芯片；PWM控制芯片的軟啟動腳SOFT上的電壓V_soft與PWM控制芯片的最大輸出占空比P成正比；其中，電壓V_soft越低，最大輸出占空比P越小；電壓V_soft越高，最大輸出占空比P越大；PWM控制芯片的內部設置有一9uA恒流源，用于在電路上電時，對軟啟動腳SOFT進行充電；

其中，電流環PI，包括：限流電阻R83、限流電阻R87、運算放大器N2、比例電阻R20、積分電容C8、補償電容C9、供電限流電阻R82和供電穩壓電容C44；限流電阻R83和限流電阻R87分別接運算放大器N2的反相輸入端d和正相輸入端e，以對輸入的限流基準和電流采樣進行限流；比例電阻R20與積分電容C8串聯，串聯后的比例電阻R20與積分電容C8并聯接入運算放大器N2的反相輸入端d和誤差輸出端h；補償電容C9并聯接入運算放大器N2的反相輸入端d和誤差輸出端h；供電限流電阻R82接入運算放大器N2的供電正端g，用于運算放大器N2的供電限流；供電穩壓電容C44接入運算放大器N2的供電正端g，用于運算放大器N2的供電穩壓；運算放大器N2的供電負端f接地；

當PWM控制芯片為UC1825時，有：

UC1825的正相輸入端IN+接電壓環PI控制器輸出，反相輸入端IN-與誤差輸出端E/Aout短接；UC1825的軟啟動腳SOFT對地接3uF～5uF的軟啟動電容C39，后經千歐級的集電極電阻R81接三極管V5的集電極；

UC1825內部有一9uA恒流源，在電路上電時對UC1825的軟啟動腳SOFT進行充電；UC1825可輸出的最大輸出占空比隨軟啟動腳電壓V_soft的增大而逐漸增大；其中，當V_soft最大為5V時，UC1825可輸出的最大輸出占空比為最大；

電流環PI輸入為限流基準與電流采樣，電流環PI輸出經千歐級的基極電阻R85接三極管V5的基極；百千歐級的保護電阻R88做三極管V5保護用，限流電阻R83和限流電阻R87作輸入限流用，并與比例電阻R20、積分電容C8和補償電容C9組成電流環PI控制器；供電限流電阻R82作運算放大器N2供電限流用，供電穩壓電容C44作運算放大器N2供電穩壓用；

配電器母線建立后，當載荷功放驅動器從電容C2取電時，激光載荷配電器的母線被拉低，導致電壓環PI運放正電壓運放負電壓→誤差經比例積分后使電壓環PI最大輸出→UC1825輸出PWM占空比增大，達到最大輸出占空比→母線電流增大；在母線電流未達到限流點之前，即電流采樣小于限流基準電壓之前，電流環PI運放N2輸出為0，三極管V5不動作，UC1825的軟啟動腳電壓V_soft為5V；當電流采樣達到限流基準后，運放N2輸出高電平→驅動三極管V5開通→泄放軟啟動電容C39電壓→V_soft降低→UC1825最大輸出占空比下降→母線電流減小；當母線電流減小至限流點且小于限流點后，運放N2輸出為0→三極管V5關斷→UC1825內部9uA限流源向C39充電→V_soft慢慢增大→母線電流增大；之后，限流電路進入以上重復過程，將母線輸出電流調制在限流點，以達到激光載荷配電器限流輸出的目的；

在泄放軟啟動電容C39時，三極管V5應處于深度飽和狀態，電流環PI通過控制三極管V5的導通時間來控制V_soft，以使三極管V5發熱最小、電路損耗最小，方便對軟啟動電容C39電壓進行V_soft控制；

在UC1825全占空比輸出的情況下，即母線電壓到達電壓控制點之前，軟啟動電壓V_soft與母線電流I成一定的比例關系如式(1)所示：

I＝m*V_soft+n···式(1)

運放N2作為電流環PI的誤差放大器，其目的是將電流采樣(k*I)控制在限流基準V_限流，進而可以得到式(2)：

k*(m*V_soft+n)＝V_限流···式(2)

可見，通過控制軟啟動腳電壓V_soft來達到限流的控制方式屬于線性控制；

其中，k、m和n可通過實際電路進行整定，均為常數值。