一种适用于空间辐射环境的升压供电电路及其工作方法与流程

本发明涉及dc/dc电源，具体涉及一种适用于空间辐射环境的升压供电电路及其工作方法。

背景技术：

1、目前，常见的升压供电电路一般采用的是升压芯片来实现给后续负载进行供电。但对于空间辐射环境中的电离辐射单粒子效应，常见的升压供电电路无防护效果，无法在空间辐射环境下工作。在使用过程中，通常需要增加较厚的屏蔽层，这会增加整个系统的重量和体积，不利于小型化、集成化设计。而研制抗辐射升压芯片周期长，费用高，因此，系统亟需在暴露空间辐射环境中依然能够正常稳定工作的升压供电电路。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于适用于空间辐射环境的升压供电电路及其工作方法，该电路能够解决现有技术中的不足，具有设计简单、易实现、成本低、工作稳定性高等特点，根据实际使用时输出母线范围，可以不保留电路中的稳压保护单元，进一步简化电路。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种适用于空间辐射环境的升压供电电路，该电路包括驱动方波信号发生单元、驱动信号放大单元、升压单元和稳压保护单元。

4、所述方波信号发生单元包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1、运放器件n1；所述驱动信号放大单元包括npn三极管q1和pnp三极管q2；所述升压单元包括电感l、晶体管q3、电阻r6、电阻r7、电容c2和二极管d1；所述稳压保护单元包括电阻r8、电阻r9、电容c3、稳压管d2、npn三极管q4和npn三极管q5。

5、所述运放器件n1的供电端分别与所述电阻r1的第一端、所述npn三极管q1的集电极相连；所述运放器件n1的输入正端分别与所述电阻r1的第二端、所述电阻r2的第一端、所述电阻r4的第一端相连；所述运放器件n1的输入负端分别与所述电容c1的第一端、所述电阻r3的第一端相连；所述运放器件n1的输出端分别与所述电阻r3的第二端、所述电阻r4的第二端、所述npn三极管q1的基极、所述pnp三极管q2的基极相连；所述电感l的第一端与输入电压vin的正端相连，电感l的第二端分别与所述晶体管q3的集电极或漏极、所述二极管d1的阳极相连；所述npn三极管q1的发射极与所述pnp三极管q2的集电极相连后与所述晶体管q3的基极或栅极相连。

6、所述运放器件n1的接地端、所述电阻r2的第二端、所述电容c1的第二端、所述npn三极管q2的发射极、所述电阻r6的第二端、所述电容c2的第二端、所述电阻r7的第二端、所述稳压管d2的阳极、所述电容c3的第二端、所述输入电压vin的地端均接地。

7、所述晶体管q3的发射极或源极与所述电阻r6的第一端相连；所述二极管d1的阴极分别与所述电容c2的第一端、所述电阻r7的第一端、所述电阻r8的第一端、所述电阻r9的第一端相连。

8、所述npn三极管q4的基极分别与所述稳压管d2的阴极、所述电容c3的第一端、所述电阻r8的第二端相连；所述npn三极管q4的集电极分别与所述电阻r9的第二端、所述npn三极管q5的集电极相连；所述npn三极管q4的发射极与所述npn三极管q5的基极相连。

9、根据本发明优选的，所述运放器件n1为放大器或者比较器。

10、根据本发明优选的，所述晶体管q3为增强型n沟道mosfet管或功率npn三极管。

11、根据本发明优选的，所述二极管d1为肖特基二极管。

12、根据本发明优选的，所述方波信号发生单元还包括电阻r5；所述电阻r5为上拉电阻；所述电阻r5的第一端与所述运放器件n1的供电端相连，电阻r5的第二端与运放器件n1的输出端相连。所述上拉电阻r5可以从电路中去除。

13、根据本发明优选的，所述电阻r6的阻值应根据实际使用情况取值，保证晶体管q3完全导通。所述稳压管d2的稳压值应该能够满足后续负载的正常工作。

14、本发明还包括一种上述适用于空间辐射环境的升压供电电路的工作方法，该方法包括以下步骤：

15、s1、运放器件n1输出驱动方波信号

16、输入电压vin通过电阻r1和电阻r2分压后，使得运放器件n1的输入正端存在正电位，由于初始状态时电容c1两端的电压为0，因此运放器件n1的输入正端的电位高于输入负端，从而使运放器件n1的输出翻转，翻转后运放器件n1输出高电平；通过反馈电阻r3给电容c1充电，运放器件n1的输入负端电平逐渐升高，直至运放器件n1输入负端的电平高于输入正端的电平，运放器件n1的输出再次翻转，翻转后运放器件n1输出低电平；电容c1放电，放电至运放器件n1的输入负端电压低于输入正端电压，运放器件n1再次翻转输出高电平，如此反复循环，运放器件n1输出固定频率、占空比为d的驱动方波信号。

17、s2、图腾柱输出驱动信号

18、运放器件n1输出的驱动方波信号，经由三极管q1和三极管q2组成的图腾柱电路后，输出控制晶体管q3导通和关断的驱动信号。运放器件n1输出的驱动方波信号驱动能力较弱，经三极管q1和三极管q2组成的图腾柱后驱动能力得到增强，形成控制晶体管q3开通和关断的驱动信号。

19、s3、升压转换及稳压放大输出

20、所述电感l、所述晶体管q3、所述二极管d1、所述电容c2和所述电阻r7组成boost升压转换器，通过boost升压转换器将输出电压提升至vin/(1-d)，输出电压提升至vin/(1-d)后经稳压管d2稳压至稳压管d2的稳压值，最后通过npn三极管q4和npn三极管q5放大后，为后级负载提供稳定的供电电压。通过boost升压转换器将输入电压vin升压到一个更高的电压水平，然后通过稳压管d2稳压，最后通过npn三极管q4和npn三极管q5进一步放大电流，以保证后级负载能够获得稳定且充足的供电电压。

21、和现有技术相比，本发明的优点为：

22、(1)本发明提供了一种适用于空间辐射环境中电路中输入母线电压低于电路中如芯片等元器件所需的最小电压时的供电解决方案。本发明采用基于mosfet、二极管、三极管、放大器、比较器、阻容的分立器件结构，结构简单，具有较强的抗辐射能力，可以在输入电压低于电路中芯片等元器件的最小工作电压以及存在较大范围波动时时提供稳定的供电电压。本发明所述的电路可根据使用需求进行输出功率和电路的简化。本发明基于现有的成熟的二极管、三极管、阻容和mosfet器件实现，逻辑控制电路结构简单，技术路径易实现。该电路设计灵活，可根据实际使用情况对电路进行调整，且本发明可打破国外禁运，技术方案自主可控，元器件成本低、可获得性强。

23、(2)本发明通过驱动方波信号发生单元、驱动信号放大单元和升压单元、稳压保护单元组成的能在空间辐射环境中升压实现稳定供电电压时主要创新点，解决了目前升压芯片在空间辐射环境下因为总剂量和单粒子效应导致电路失效的问题。空间辐射环境具有特殊性，常规的升压芯片会由于电离辐射和重离子辐射导致芯片失效，无法在空间辐射环境中正常工作，本发明基于现有的成熟器件搭建的升压电路解决了空间辐射环境辐射环境下对母线输入电压低于电路中芯片等元器件的最小工作电压时的供电问题。

24、(3)本发明提出的升压供电电路采用开环boost作为主电路，通过调节电感和开关管的参数，可具备很强的带载能力，能同时给多个芯片或其他元器件供电。此外，在输入电压波动小的场合，该电路也能作为一个独立的电源使用。本发明提出的升压供电单元相较于传统供电单元具有带载能力强，用途具有多样性的特点。本发明中提出的使用放大器作为boost升压电路开关管的驱动信号发生源，不需使用pwm控制芯片，相较于传统的boost升压电路具有结构简单，输入电压范围宽，输入电压低也能正常工作的特点。本发明中提出的升压供电电路的技能在常规条件下使用，也适合与空间辐射环境下使用。