6.3.4 接地的要求
星载计算机在整个研制流程中主要涉及以下三个方面接地:星载计算机电气接地、星载计算机结构搭接、联试过程中与地面测试系统的接地。
其中,电气接地是指星载计算机内外部各类地信号的接地方式,主要包括一次地、二次地、模拟地、功率地、指令地和机壳地等在整机装星后的接地方式。包括如下:
(1)一次地用于一次电源供电的电流回线。
(2)二次地用于二次电源供电的电流回线。
(3)模拟地用于数模转换与模数转换电路中的电流回线。
(4)功率地用于驱动加热器的功率供电的电流回线。
(5)指令地用于OC门指令驱动电路的电流回线。
(6)机壳地用于与整星地互通。
星载计算机在整个研制流程中大部分时间处于地面测试阶段,大部分接地故障也呈现为地面测试阶段的地连接不当问题。
1)一次地接地设计
星载计算机内部一次地主要在二次电源模块,用于供给DC/DC模块和切机指令继电器一次电源,其中DC/DC模块和切机指令继电器的一次母线输入端分开供电,避免切机指令继电器和DC/DC模块用同一个通路,而在故障模式下无法完成切机指令,从而提高单机的可靠性;但一次地由于两者回流路径相同,所以两者采用同一个回线。一次地接地设计如图6- 11所示。
图6-11 一次地接地设计
2)二次地接地设计
星载计算机内部二次供电主要由二次电源模块输出二次电源(+5 V、±15 V),二次电源回线与一次回线内部隔离,所有需要使用二次电源的模块均流经该二次回线,称为二次地,二次地仅在二次电源模块对外输出。
二次地除与模拟地单点连接,与一次地通过电容隔离外,与其他地之间均处于完全隔离状态。二次地接地设计如图6-12所示。
3)模拟地接地设计
星载计算机模拟地主要用于遥测信号的采集,遥测信号主要分为内部和外部两种遥测量。
二次地主要为数字电路供电回线,其工作频率较高,扰动较大。为提高遥测采集的精度,星载计算机通常将模拟地和二次地在二次电源模块进行单点连接,从而最大限度降低二次地对模拟地的扰动。
模拟地主要在遥测采集模块内部,同时最大限度消除了因二次地的扰动给遥测采集带来的干扰。模拟地接地设计如图6- 13所示。
图6-12 二次地接地设计
图6-13 模拟地接地设计
4)指令地接地设计
星载计算机的指令地本质上也是一次回线,但是单独分割,主要用于驱动外部不同继电器等开关指令,指令地回流点为外部继电器的驱动回线(通常为一次回线),但指令驱动端主要为二次电源,回流路径为二次回线,所以指令地和二次地在单机内部必须隔离,但在整星应用或联试时必须保证接通才能使用(图6-14)。
5)功率地接地设计
星载计算机内部无功率地,星载计算机功率驱动指令必须通过扩展单元的功率驱动电路来实现。整星应用或联试过程中功率驱动由二次电源来驱动,所以必须将二次地和功率地在公共地进行单点接地才能保证其应用,否则发送驱动指令将无响应。
6)机壳地接地设计
机壳地是星载计算机的结构参考零电位,星载计算机与机壳直接相连的主要为二次电源模块中的DC/DC壳体和功能模块中的MOS管壳体,用于大功率元器件散热。机壳地在单机内部与其他地均处于隔离状态,但在整星中与整星壳体连接,并最终连接在公共地。
图6-14 指令地接地设计示意图
但为了保证单机的可靠性和安全性,机壳地与一次地、二次地之间分别需要通过小电容进行隔离,用于改善在高频扰动情况下的电磁兼容性。