CN102290857A - 组合互补式瞬态高过载不间断供电模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及供电模块技术领域，具体为一种组合互补式瞬态高过载不间断供电模块。本发明解决了现有高过载电子记录装置的供电模块在瞬态高过载时无法实现不间断供电的问题。组合互补式瞬态高过载不间断供电模块，包括第一供电电池组G1、第一充电输入接口K1、以及电压调整芯片；第二二极管D2和第三二极管D3的连接节点经第五二极管D5与第二供电电池组G2的正极相连；第二供电电池组G2的正极经第四二极管D4与第二充电输入接口K2相连；第一备份电池组G3和第二备份电池组G4分别经第六二极管D6和第七二极管D7与电压调整芯片的输入端相连。本发明设计巧妙，可广泛适用于所有的高过载电子记录装置。
Description
技术领域
本发明涉及供电模块技术领域，具体为一种组合互补式瞬态高过载不间断供电模块。
背景技术
高过载测量技术主要应用于引信（即利用目标信息和环境信息，在预定条件下引爆或引燃弹药战斗部装药的控制装置）研究领域中。高过载加速度是利用高过载电子记录装置采集加速度传感器的信号获取的；高过载测量的特殊环境决定了电子记录装置设计的难度，而高过载过程中能否对电子记录装置进行可靠的供电，保证整个高过载测量过程的进行成为了试验成功的非常重要的因素。现有电子记录装置的供电模块包括位于壳体内的一组供电电池组，供电电池组与壳体保持一定距离且四周用灌封材料灌封；供电电池组的正极经二极管与充电输入接口相连，供电电池组的正极还经两个分压二极管与电压调整芯片的输入端相连，使得电压能满足电压调整芯片设定的输入端电压范围，电压调整芯片的输出端与测试电路模块相连。供电电池组在受到高过载时很容易出现瞬时掉电的现象，严重时会出现电池破损。现有的方法是采用在两个分压二极管的连接节点与地之间串联储能电容，但是即使加上储能元件，在受到高过载时也很容易使储能电容损坏导致不能供电，所以很难实现在高过载期间的不间断供电。
发明内容
本发明为了解决现有高过载电子记录装置的供电模块在瞬态高过载时无法实现不间断供电的问题，提供了一种组合互补式瞬态高过载不间断供电模块。
本发明是采用如下技术方案实现的：组合互补式瞬态高过载不间断供电模块，包括第一供电电池组G1、第一充电输入接口K1、以及电压调整芯片；第一供电电池组G1的正极经第一二极管D1与第一充电输入接口K1相连；第一供电电池组G1的正极还经第二二极管D2和第三二极管D3与电压调整芯片的输入端相连；第三二极管D3与电压调整芯片输入端的连接节点与地之间串联有储能电容C；还包括垂直第一供电电池组G1置于壳体内的第二供电电池组G2、平行第一供电电池组G1置于壳体内的第一备份电池组G3、平行第二供电电池组G2置于壳体内的第二备份电池组G4、以及第二充电输入接口K2；第二二极管D2和第三二极管D3的连接节点经第五二极管D5与第二供电电池组G2的正极相连；第二供电电池组G2的正极经第四二极管D4与第一充电输入接口K2相连；第一备份电池组G3和第一备份电池组G4分别经第六二极管D6和第七二极管D7与电压调整芯片的输入端相连；储能电容C与地之间串联有限流保护电阻R1；第一二极管D1和第四二极管D4的两端分别并联有第二测量电阻R2和第三测量电阻R3。
使用时将电压调整芯片的输出端与测试电路模块相连。本发明中两个供电电池组的正极均通过二极管与充电输入接口相连，故为可充电电池组，而两个备份电池组为没有充电输入接口的一次性电池组，即供电电池组与备份电池组选用不同类型的电池；同时供电电池组与备份电池组在壳体内按不同轴向放置，在受到瞬态高过载时，由于电池组的安装方式与选择的电池种类不同，故其在壳体内断电或损坏的特性与时间也是不同的，从而形成了互补式的供电拓扑，保证了电子记录装置在高过载时的不间断供电。同时在储能电容C与地之间串联有限流保护电阻R1，其作用是即使储能电容C短路，也不至于引起第一供电电池组G1或第二供电电池组G2的正负极短路，使第一供电电池组G1或第二供电电池组G2能够对电压调整芯片持续供电。由于二极管与二极管的单向导通特性，使得每个电池组具有相对的独立性，当有电池组内部短路或断裂时，不影响其他电池组的正常工作；而且当有一组电池组的输出电压高于其他电池组的输出电压时，其他电池组的电量不损耗，只由输出电压最高的电池组通过电压调整芯片供给测试电路模块，实现了电池顺序消耗，延长了供电模块的使用时间。在第一二极管、第四二极管的两端分别并联第二测量电阻、第三测量电阻的目的是可直接在充电输入节点测量供电电池组的电压，以便于随时监测；而且当充电端在意外情况下与地端短路时，由于二极管单向导通，电流只能从测量电阻R1流出，由于所接测量电阻阻值很大，使得电池电量损耗很小。
进一步地，所述第二二极管D2与第三二极管D3的连接节点与第五二极管D5之间串联有至少一个第二电压调整二极管D9；第二二极管D2与第三二极管D3的连接节点与第二二极管D2之间串联有至少一个第一电压调整二极管D8。这样可根据电压调整芯片内设定的输入电压范围要求，来增加电压调整二极管的数量，使供电电池组输入到电压调整芯片的电压在一个合适的范围内。
本发明通过下面的测试来验证电池组供电的连续性：正常供电后用示波器测试电压调整芯片的输出端，将电路中的V1处突然断开或与地短路，观察到电压调整芯片的输出端没有瞬间掉电现象，说明供电电池组故障后并不影响电路的功能；正常供电后用示波器测试电压调整芯片的测试输出端，将电路中的V2处突然断开或与地短路，观察到电压调整芯片的输出端也没有瞬间掉电现象，说明备份电池组故障后并不影响电路功能。
本发明设计巧妙，可在瞬态高过载环境下给电路系统提供持续不间断供电，解决了现有高过载电子记录装置的供电模块在瞬态高过载时无法实现不间断供电的问题，广泛适用于所有的高过载电子记录装置。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
图2是本发明中电池组在壳体内的位置示意图。
图3是电池组掉电时储能电容上电压跌落波形CH1及电压调整芯片输出电压波形CH2的曲线图。
图中：1-电压调整芯片；2-测试电路模块。
具体实施方式
组合互补式瞬态高过载不间断供电模块，包括第一供电电池组G1、第一充电输入接口K1、以及电压调整芯片1；第一供电电池组G1的正极经第一二极管D1与第一充电输入接口K1相连；第一供电电池组G1的正极还经第二二极管D2和第三二极管D3与电压调整芯片1的输入端相连；第三二极管D3与电压调整芯片1输入端的连接节点与地之间串联有储能电容C；还包括垂直第一供电电池组G1置于壳体内的第二供电电池组G2、平行第一供电电池组G1置于壳体内的第一备份电池组G3、平行第二供电电池组G2置于壳体内的第二备份电池组G4、以及第二充电输入接口K2；第二二极管D2和第三二极管D3的连接节点经第五二极管D5与第二供电电池组G2的正极相连；第二供电电池组G2的正极经第四二极管D4与第二充电输入接口K2相连；第一备份电池组G3和第二备份电池组G4分别经第六二极管D6和第七二极管D7与电压调整芯片1的输入端相连；储能电容C与地之间串联有限流保护电阻R1；第一二极管D1和第二二极管D4的两端分别并联有第二测量电阻R2和第三测量电阻R3。所述第二二极管D2与第三二极管D3的连接节点与第五二极管D5之间串联有至少一个第二电压调整二极管D9；第二二极管D2与第三二极管D3的连接节点与第二二极管D2之间串联有至少一个第一电压调整二极管D8。
具体实施时，第一电压调整二极管D8和第二电压调整二极管D9的数量可根据实际情况进行调整。电压调整芯片选用MAX8882EUTAQ芯片，其输入电压要求为2.5V-6.5V；而芯片内中心控制器需要两种电压供电才能进行正常工作，故其输出电压为3.3V和2.5V（其实只有输入电压大于3.3V，才能保证3.3V输出正常）。第一供电电池组G1与第二供电电池组G2均由两节型号为0420306的锂电池构成，单节锂电池的电压为3.7V，容量为170mAh，则双节锂电池的电压为7.4V（两节电池充满时通常为7.8V）；第一备用电池组G3与第二备用电池组G4均由抗过载能力强的三节型号为SR44W的扣式氧化银电池组成，单节氧化银电池电压为1.55V，容量为200mAh，则三节电池串联后电压为4.65V。二极管、二极管以及电压调整二极管均选用IN4007，其压降通常为0.7V。测量电阻R2、R3选用10k的电阻；储能电容C选择F级军品直插式107（100μF）瓷介质电容；限流保护电阻R1选择11Ω的直插式电阻。
由于电压调整芯片的输入电压范围要求在2.5V到6.5V之内，因此第一电压调整二极管D8与第二电压调整二极管D9均只需要串联一个，这样，供电电池组的电压就是经三个二极管分压后输入到电压调整芯片，输入电压为U1=7.4-3*0.7=5.3（V）；备份电池组经一个二极管后输出的电压为U2=4.65-0.7=3.95（V）。得知U1>U2，所以输入到电压调整芯片的电压为5.3V，备份电池组电量不损耗。
按以下公式对所需储能电容的容量进行近似计算：
保持期间所需能量=储能电容减少的能量
保持期间所需能量= ；
储能电容减少能量=；
其中
(V)为正常工作电压，
(V)为截止工作电压，t为在电路掉电后要求持续供电时间，R为限流保护电阻R1的阻值，I(A)为测试电路模块的工作电流；则储能电容的容量(忽略由IR引起的压降)的计算公式为：
当受到瞬态高过载时，设定电容在电路掉电后需持续供电2ms，经测定测试电路模块工作时电流为40mA，而电压调整芯片的最低工作电压为3.3V，则：
（其中
为二极管压降）
那么所需的储能电容容量为：
根据上述计算，选用100μF的电容即可满足实际需求，如果侵彻时间更长则可以选用更大的电容。
通过下述测试验证储能电容的功能：某一瞬间将电路中的V1和V2处均断开后，即供电电池组和备份电池组的供电都断开。如图3所示为储能电容C的电压跌落波形CH1和电压调整芯片的输出电压波形CH2的曲线图，由图中可知，当供电电池组和备份电池组的供电都突然断开时，储能电容C上提供的能量能够维持3.120ms的供电,满足了侵彻时间的要求。
Claims (2)
1.组合互补式瞬态高过载不间断供电模块，包括第一供电电池组（G1）、第一充电输入接口（K1）、以及电压调整芯片（1）；第一供电电池组（G1）的正极经第一二极管（D1）与第一充电输入接口（K1）相连；第一供电电池组（G1）的正极还经第二二极管（D2）和第三二极管（D3）与电压调整芯片（1）的输入端相连；第三二极管（D3）与电压调整芯片（1）输入端的连接节点与地之间串联有储能电容（C）；其特征在于：还包括垂直第一供电电池组（G1）置于壳体内的第二供电电池组（G2）、平行第一供电电池组（G1）置于壳体内的第一备份电池组（G3）、平行第二供电电池组（G2）置于壳体内的第二备份电池组（G4）、以及第二充电输入接口（K2）；第二二极管（D2）和第三二极管（D3）的连接节点经第五二极管（D5）与第二供电电池组（G2）的正极相连；第二供电电池组（G2）的正极经第四二极管（D4）与第二充电输入接口（K2）相连；第一备份电池组（G3）和第二备份电池组（G4）分别经第六二极管（D6）和第七二极管（D7）与电压调整芯片（1）的输入端相连；储能电容（C）与地之间串联有限流保护电阻（R1）；第一二极管（D1）和第四二极管（D4）的两端分别并联有第二测量电阻（R2）和第三测量电阻（R3）。
2.根据权利要求1所述的组合互补式瞬态高过载不间断供电模块，其特征在于：所述第二二极管（D2）与第三二极管（D3）的连接节点与第五二极管（D5）之间串联有至少一个第二电压调整二极管（D9）；第二二极管（D2）与第三二极管（D3）的连接节点与第二二极管（D2）之间串联有至少一个第一电压调整二极管（D8）。
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