1.1.4　总体电路

总体电路作为航天器电源系统的重要组成部分，担负着合理分配和安全可靠地馈送电能、配电控制等任务。

总体电路的主要功能包括：①对航天器各分系统设备的电源分配；②航天器各分系统和设备间的信号传递与变换；③对航天器火工品实施管理；④提供星箭分离信号，并将分离信号传递给控制与火工品管理器，为控制和火工品管理器的程控启动提供电源；⑤提供有线通道实现航天器与地面设备之间的连接；⑥采取有效措施解决整器低频电磁兼容性问题；⑦采用有限措施，减少整器电缆网质量；⑧对航天器加热器实施通断控制；⑨对一次电源母线和集中的二次电源线的保护方法进行管理。

航天器总体电路主要由配电器、电缆网和火工品管理三部分功能组成。此外，由于在研和在轨航天器的DC/DC电源电压变换器具有分散供电和集中供电两种形式，因此部分航天器的总体电路硬件还包含集中的二次电源，除完成一次电源的配电任务，还应完成二次电源的配电和输送任务。

总体电路的设计主要包含：①配电设备设计；②电源变换装置设计，根据需要选择集中供电电源变换器或分散供电电源变换器；③火工品控制装置设计，火工品管理器所承担的火工品引爆功能，涉及航天器任务成败，其安全性、可靠性要求非常高，火工品管理器的设计重点是火工装置起爆回路及控制电路的可靠性和安全性设计；④电缆网设计。

航天器在轨故障的统计研究表明，影响航天器功能甚至整个航天器安全的故障多为航天器上设备或功率传输通路上的局部短路故障。这种局部短路会引起功率通路温度迅速升高，若过流发生点为电缆的汇聚位置，那么短路电缆在过流高温后有可能损坏相邻电缆，引起局部短路故障的迅速蔓延，最终造成整个航天器损失的灾难性后果。由于故障蔓延的速度很快，传统的过流保护方法使用电磁继电器来通断功率通路，无法及时隔离故障源；或者由于短路电流很大，继电器断开时，会产生拉弧甚至无法断开。为避免局部短路带来的危害，需要对配电设备采取过流保护措施。

过流保护就其装置所处位置来说，分为配电端输出保护和负载输入端过流保护。配电端输出保护的保护装置一般位于配电器内，对配电功率通路发生的短路故障可起到防护作用；由于在配电器的源端配置，因此一般采用可恢复式的过流保护方式，例如配电器内二次电源模块的输出过流保护。负载输入端保护主要针对负载设备内部短路，一般采取熔断器、限流电阻或恒流过流保护等手段。

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入熔断器或限流电阻，属于一种被动的过流保护手段。使用限流电阻降低了负载输入电压，因此负载的功耗会有所增加；当短路发生后，限流电阻不能关断通路，在电阻上持续消耗电能，引起热量聚集，设备温度升高。对于负载电流较大的场合，通常无法选择合适阻值及功率的限流电阻。使用熔断器虽能隔离故障，不会引起明显压降，但是熔断器熔断后不能恢复对被保护设备的供电，等同于被保护设备失效。此外，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，尤其是对于存在电感、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。熔断器的熔断时间为毫秒级，熔断过程中会拉低输入电压，影响对其余设备的供电。反观国外航天器，其负载设备已经普遍采用基于固态继电器的过流保护技术。当负载功率通路上发生短路故障时，固态继电器可在数微秒内做出响应，通过限流或截流的方式避免通路故障的蔓延；当故障消失后，固态继电器能自动恢复设备的供电，从而大大提高了配电系统的可靠性。过流保护措施应与整个航天器的配电管理有机结合，以适应未来航天器供配电的智能化发展趋势。