星载高压母线通用配电装置及其测量方法

摘要

本发明公开了一种星载高压母线通用配电装置及其测量方法，属于航天领域卫星供配电技术领域。本发明的装置包括：供电电源、正线汇流排、负线汇流排、熔断器印制板、电连接器及配电电缆。其中供电电源的正极通过正线汇流排连接熔断器印制板，熔断器印制板通过电连接器的连接各负载；各负载通过电连接器连接负线汇流排，负线汇流排接入供电电源的负极。基于该装置的测量方法为：首先在该装置第一次使用时，测量配电通道的阻抗初始值A

说明书

技术领域

本发明属于航天领域卫星供配电技术领域，具体涉及一种星载母线的配电 装置及其测量方法。

背景技术

随着蓄电池技术以及发展，高压大功率的供电母线在卫星上的应用已经十 分普遍。卫星的母线电源高压达100V，供电功率千瓦级甚至万瓦级，近年来， 由于设计、工艺等各方面原因，母线负载短路或意外搭接的事故时有发生，甚 至多颗在轨型号出现母线因短路故障造成整星失效的严重故障。

因此在对卫星进行供电时，通常需要使用熔断器对一次母线进行保护，传 统的卫星母线将保护一次母线的熔断器放置于各个负载的内部。这种方式虽然 能够起到保护一次母线的作用，但是为各个负载供电的整星电缆却处于母线保 护熔断器之外。整星电缆网在星上的走线长，覆盖面积大，一旦某一个地方防 护不到位，就会导致母线过载，这就为整星的供电安全带来极大风险。

同时，由于熔断器放置于负载内部，使得熔断器的并联冗余成为不可测试 项目，只有熔断器全部熔断时，负载断电才能发现负载供电的失效，不利于地 面检测。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种星载高压母线通用配电装置及其测量方法， 该装置不仅能够对卫星的一次母线进行保护，同时提高了整星供电电缆网的安 全性；基于该装置的测量方法以比较的方式解决了并联熔断器的不可测试问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

其中一种星载高压母线通用配电装置，该装置包括：供电电源、正线汇流 排、负线汇流排、熔断器印制板、配电输出电连接器及配电电缆；

供电电源的正极通过一次正母线接入正线汇流排的输入端，正线汇流排的 输出端通过配电电缆连接熔断器印制板，熔断器印制板上包含多个熔断器，每 个熔断器一一对应连接至配电输出电连接器的正输出节点上，每一正输出节点 连接各负载的输入端；

各负载的输出端分别与配电输出电连接器上的负输出节点相连，每一负输 出节点通过配电电缆连接负线汇流排输入端，负线汇流排的输出端通过一次负 母线接入供电电源的负极；

其中，各熔断器的公共端并联焊制在印制板上，连接同一负载的熔断器的 并联端并联焊接在印制板上，连接不同负载的熔断器的并联端之间独立焊接。

进一步地，上述装置中所使用的熔断器的额定电流为3.5A；

当连接额定电流I≤2.2A的小功率负载时，则连接该负载的熔断器为2个；

当连接额定电流处于2.2A＜I＜4.5A范围内的中功率负载时，则连接该负载 的熔断器为3个；

当连接额定电流处于4.5A≤I≤6.8A范围内的大功率负载时，则连接该负载 的熔断器为4个。

进一步地，所述熔断器印制板进一步包括小功率校准通道、中功率校准通 道以及大功率校准通道；

其中小功率校准通道包括2只短接的3.5A的熔断器，每个熔断器的公共端 和并联端均并联焊制，该2只短接的熔断器一一对应连接至配电输出电连接器 的正输出节点；

其中中功率校准通道包括3只短接的3.5A的熔断器，每个熔断器的公共端 和并联端均并联焊制，该3只短接的熔断器一一对应连接至配电输出电连接器 的正输出节点；

其中大功率校准通道包括4只短接的3.5A的熔断器，每个熔断器的公共端 和并联端均并联焊制，该4只短接的熔断器一一对应连接至配电输出电连接器 的配电输出节点。

其中星载高压母线通用配电装置的检测方法，该检测方法针对上述方案所 提供的一种星载高压母线通用配电装置，该方法包括如下步骤：

如上述方案所提供的一种星载高压母线通用配电装置，其中将每个负载对 应的由供电电源的正极到负极的电流通道定义为配电通道；

步骤1、在该装置第一次使用时，选择一路配电通道进行测量，测量所选配 电通道正端的通路阻抗，作为第一次测试数据，即初始值A₀；

判定所选路配电通道所连接的负载情况确定所选校准通道：若所连接的负 载为额定电流I≤2.2A的小功率负载时，则测量小功率校准通道的通路阻抗记为 R₀；若所连接的负载为额定电流处于2.2A＜I＜4.5A范围内的中功率负载时，则 测量中功率校准通道的通路阻抗记为R₀；若所连接的负载为额定电流处于4.5A ≤I≤6.8A范围内的大功率负载时，则测量大功率校准通道的通路阻抗记为R₀；

步骤2、对所选配电通道和其对应的校准通道进行测试，并将测试获得的该 配电通道正端的通路阻抗记为A，所选校准通道的通路阻抗记为R；

步骤3、计算测量的系统误差|R-R₀|；

步骤4、设定阈值作为不合格判据，若测量值A减去系统误差后的结果与 初始值A₀的差值超过不合格判据，则判定配电通道中存在失效熔断器。

优选地，所述步骤4中的不合格判据的设定方法为：

若所选校准通道为大功率校准通道，则不合格判据为：0.95mΩ；

若所选校准通道为中功率校准通道，则不合格判据为：1.90mΩ；

若所选校准通道为小功率校准通道，则不合格判据为：5.70mΩ。

有益效果：

1、本装置将卫星母线电源保护熔断器前移，使得熔断器不再置于负载内部， 该设计不仅在系统层面增加了一次母线的安全性，还能够使得整星电缆网同样 处于熔断器的保护范围之内，提高了整星供电的安全性，降低了母线对机壳短 路的风险。本装置可以通过熔断器的设计来适应卫星电源上不同功率的负载的 保护需求，当负载变化时，只需在熔断器之间的进行跳线即可。

2、本装置设计了校准通道可以提供系统误差的测量，为熔断器的失效校验 提供了可能。

3、本发明同时提出了针对上述装置的熔断器失效校验方法，通过将早期检 测的初始值及测试过程得到的测试值进行比较，能够准确判断出配电通道的熔 断器失效情况，解决了并联熔断器的整机不可测问题，提高了整星供电的可靠 性和安全性。

附图说明

图1本发明实施例1所述高压母线通用配电装置结构图；

图2本发明实施例3所述高压母线通用配电装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1

本发明提供了一种星载高压母线通用配电装置包括：供电电源、正线汇流 排、负线汇流排、熔断器印制板、配电输出电连接器及配电电缆。具体结构连 接如图1所示。

将供电电源的正极通过一次正母线接入正线汇流排的输入端，正线汇流排 的输出端通过配电电缆连接熔断器印制板，熔断器印制板上包含多个熔断器， 每个熔断器一一对应连接至配电输出电连接器的正输出节点上，每一正输出节 点连接各负载的输入端。

各负载的输出端分别与配电输出电连接器上的负输出节点相连，每一负输 出节点通过配电电缆连接负线汇流排输入端，负线汇流排的输出端通过一次负 母线接入供电电源的负极。

根据以上连接关系，配电电流的流向是：配电电流由供电电源的正极通过 一次正母线输出，经过印制板上的熔断器流向配电输出电连接器，并由配电输 出电连接器的正输出节点流向负载；配电电流经过负载后通过配电输出电连接 器的负输出节点直接回到供电电源负端。由此可见，在本装置中，每个负载对 应一路由供电电源的正极到负极的电流通道，此通道即为该负载的配电通道。

本装置可以带多个负载，每个负载的配电通道使用不同的数量的熔断器进 行保护，各熔断器的公共端并联焊制在熔断器印制板上，其中连接同一负载的 熔断器的并联端并联焊接，连接不同负载的熔断器的并联端之间独立焊接，即 属于同一配电通道的熔断器并联端并联。

例如假设本装置所带负载一的配电通道中使用了三个熔断器，则这三个熔 断器并联端并联焊接；而负载二的配电通道使用了两个熔断器，这两个熔断器 每一个均与负载一的三个熔断器并联端相互独立，而这两个熔断器并联端并联 焊接。

实施例2

在本装置中，熔断器印制板上的熔断器的数量，需要根据本装置所带负载 的情况决定，具体情况对应如下：针对负载功率的不同，各负载对应的匹配熔 断器数量不同，当熔断器的额定电流为3.5A时，具有以下情况：

当连接额定电流I≤2.2A的小功率负载时，则连接该负载的熔断器为2个， 即该负载对应的配电通道中使用了2个熔断器；

当连接额定电流处于2.2A＜I＜4.5A范围内的中功率负载时，则连接该负载 的熔断器为3个，即该负载对应的配电通道中使用了2个熔断器；

当连接额定电流处于4.5A≤I≤6.8A范围内的大功率负载时，则连接该负载 的熔断器为4个，即该负载对应的配电通道中使用了4个熔断器。

此分类方法覆盖了目前卫星的所有负载情况。

对装置所带负载的情况进行分析，选择相应数量的熔断器。例如，假设本 装置所带负载情况为：带有5只小功率负载、4只中功率负载和2只大功率负载， 则该装置的熔断器印制板上所需熔断器的数量为30只。

同时根据本装置所带负载的情况对熔断器印制板上的熔断器的并联端进行 连接，将对应同一负载的熔断器并联端使用导线连接形成配电通道。每个负载 对应一路配电通道。即，在本实施例中，将30只熔断器连接形成11路配电通 道，分别对应11只负载，其中2只熔断器并联端相连组成一个对应小功率负载 的配电通道，3只熔断器并联端相连组成一个对应中功率负载的配电通道，4只 熔断器并联端相连组成一个对应大功率负载的配电通道。

对于不同的负载情况，使用不同数量的熔断器，这样可以通过熔断器之间 的跳线以适应不同功率负载的保护要求，当负载变化时，通过在熔断器之间的 进行跳线即可适应负载变化。

实施例3

在实施例1的基础上，本实施例进一步具有三路校准通道，包括小功率校 准通道、中功率校准通道以及大功率校准通道，这三路校准通道分别用来对小 功率负载通路、中功率负载通路以及大功率负载通路进行系统误差的校准。其 中小功率校准通道和大功率校准通道如图2所示。

其中小功率校准通道包括2只短接的3.5A的熔断器，每个熔断器的公共端 和并联端均并联焊制，该2只短接的熔断器一一对应连接至配电输出电连接器 的正输出节点；

其中中功率校准通道包括3只短接的3.5A的熔断器，每个熔断器的公共端 和并联端均并联焊制，该3只短接的熔断器一一对应连接至配电输出电连接器 的正输出节点；

其中大功率校准通道包括4只短接的3.5A的熔断器，每个熔断器的公共端 和并联端均并联焊制，该4只短接的熔断器一一对应连接至配电输出电连接器 的正输出节点。

其中熔断器的短接是指熔断器的公共端与并联端短接。

由于在校准通道中，熔断器皆为短接，那么测试的过程通路阻抗应该视为 不变，然而由于系统误差的影响，若在一次测试中校准通道的通路阻抗相比于 初始测试值具有变化量，则认为该变化量即为系统误差。

本实施例的设计能够准确地表达系统误差，为测试过程的误差判断提供了 依据。

实施例4

针对实施例2所提出的星载高压母线通用配电装置，本发明同时提供了一 种针对该装置的测量方法，首先将每个负载对应的由供电电源的正极到负极的 电流通道定义为配电通道；则该方法具体如下：

步骤1、按照实施例2所描述的结构获得星载高压母线通用配电装置，其中 配电装置中每个负载均对应一个由供电电源的正极到负极的电流通道，记为配 电通道；

在装置第一次使用时，选择一路配电通道进行测量，测量所选配电通道正 端的通路阻抗，作为第一次测试数据，即初始值A₀；

判定所选路配电通道所连接的负载情况确定所选校准通道：若所连接的负 载的额定电流I≤2.2A，则选择小功率校准通道，测量小功率校准通道的通路阻 抗记为R₀；若所连接的负载的额定电流处于2.2A＜I＜4.5A范围内，则选择中 功率校准通道，测量中功率校准通道的通路阻抗记为R₀；若所连接的负载的额 定电流处于4.5A≤I≤6.8A范围内，则选择大功率校准通道，测量大功率校准通 道的通路阻抗记为R₀；

本实施例中使用精度优于0.01mΩ的毫欧表测量所选配电通路的阻抗。

步骤2、对所选配电通道和其对应的校准通道进行测试，并将测试获得的该 配电通道正端的通路阻抗记为A，所选校准通道的通路阻抗记为R；；

步骤3、计算测量的系统误差|R-R₀|；

步骤4、设定阈值作为不合格判据，在实际设置不合格判据时应当根据各测 量结果适度设置，若测量值A减去该次测试的系统误差|R-R₀|后的结果与初始值 A₀的差值超过不合格判据，则判定第i次测试中，该路配电通道中存在失效熔 断器，否则判定配电通道的熔断器工作正常。。

在对所选配电通道的正端阻抗进行测试时，测量值减去该次测试的系统误 差可以表达该配电通道的正端阻抗的测试值，而初始值是该装置第一次使用时 所测的该配电通道的正端阻抗，可以表达该配电通道的正常值，测试值应当在 正常值的一定范围内波动，若超过这个范围则认为该配电通道中有熔断器失效。

本实施例中通过多次实验获得了不同校准通道下，不同不合格判据的设置：

若所选校准通道为大功率校准通道，则不合格判据为：0.95mΩ；

若所选校准通道为中功率校准通道，则不合格判据为：1.90mΩ；

若所选校准通道为小功率校准通道，则不合格判据为：5.70mΩ。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。