一种基于固态功率控制器的过流保护方法研究

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1、V01．22No．680航天器工程SPACECRAFTENGINEERING第22卷第6期2013年12月一种基于固态功率控制器的过流保护方法研究梁晓锋武逸然仪德英(中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094)摘要在当前过流保护设计调研的基础上，介绍了一种自恢复保护功能器件(固态功率控制器)与熔断器配合的过流保护系统设计，并给出了两者之间的过流保护时序，根据时序要求提出了固态功率控制器与熔断器两者的过流保护参数整定方法。建立了固态功率控制器及熔断器的模型，在模型的基础上进行了仿真分析，并完成了试验验证，通过仿真

2、分析、试验验证证明了此设计的正确性，可为后续各航天器型号过流保护设计提供参考。关键词自恢复保护功能；固态功率控制器；过流保护；保护参数整定中图分类号：V442文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．06．015StudyofOVer。currentPreVentionBasedonSSPCLIANGXiaofengWUYiranYIDeying(InstituteofMannedSpaceSystemEngineering，ChinaAcademyofSpaceTechn010

3、9y，Beijing100094，China)Abstract：Thispapercentersonthedesignofanover—currentpreventiondevicebasedonSSPCcombinedwithfuseprotector，andputsforwardthetimeseriesofSSPCandfuseprotector．Basedonthetimese—riesthispapersetsupthemethodofsettingpreventionparameter．Afterbuild

4、ingthemodel，thepro—posedconceptisverifiedbyanalyzingtheconceptandbysimulating．Keywords：self-recoverableprevention；SSPC；over—currentprevention；preventionparameter1引言供配电系统作为重要的平台子系统，其可靠性很大程度上决定了航天器的可靠性，为确保航天器用电设备发生过流故障时对整个供电系统造成影响，国内外一直在研究航天器供配电系统的过流保护技术，在发生故障时以最快

5、的速度将故障隔离，防止故障进一步蔓延影响到其它的系统，同时还需要确保故障隔离的准确性，以避免造成非正常的保护动作。功率电子器件制造水平的快速提高，使基于过流保护的固态供电控制技术得到广泛采用。从20世纪80年代开始，欧、美、日等国家的航天器逐渐采用以金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件为基础的固态供电控制技术，以提高航天器配电的安全性[1]。美国马歇尔航天飞行中心为“国际空间站”设计了一种远程供电控制器(RPC)[2]。美国明尼苏达大学研制了可编程断路器，应用于空间飞行器[3]。日本研制了用于“国际空问站”

6、的日本实验舱(JEM)的电流限流开关(CLS)[4]。美国南卡罗来纳大学设计一种固态供电控制器[5]，功能类似日本的CLS，具有恒流限流功能。不过，该产品没有利用MOSFET器件的恒流特性，而是通过调节MOSFET器件导通的占空比来实现限流。这种限流的原理类似具有限流功能的直流一直流变换器[6]。基于rf(其中工为负载电流，f为跳闸延迟时问)的固态供电控制技术研究比较成熟，其产品使用主要以美国、加拿大两国的航天器为代表，技术较为复收稿日期：201309—17；修回日期：2013—11—12作者简介：梁晓峰(1982一)

7、，男，硕士，从事航天器能源系统设计工作。Ema订：xflian91982@163．com。第6期梁晓锋等：一种基于固态功率控制器的过流保护方法研究杂，一般用在大功率配电线路的保护。目前，国内航天器在负载输入端采用的过流保护多为在设备的输入端串人熔断器，属于一种被动的过流保护手段[1]。由于熔断器过流保护方式对设备而言是不可恢复的，同时熔断器不可靠因素较多，存在因浪涌电流等瞬间应力导致失效的可能，尤其对于存在电感、电容的滤波电路，在过渡过程中可能产生幅值和频率较高的冲击电流，电流热积累会造成熔断器的异常熔断[7]。因此应

8、尽量避免采用熔断器作为过流保护器件，而应优先采用过流保护故障排除后可恢复的过流保护线路。而国内尚未有在轨飞行的航天器采用固态供电控制技术，未来的遥感系列卫星拟采用电流限流开关作为过流保护手段，部分载人航天器拟采用基于工2f的固态功率控制技术作为过流保护手段。2基于固态功率控制器的过流保护方法固态功率控制器(SSPC)一般由MOSF