CN105135031A - 卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路 - Google Patents

卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路 Download PDF

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CN105135031A CN201510466076.8A CN201510466076A CN105135031A CN 105135031 A CN105135031 A CN 105135031A CN 201510466076 A CN201510466076 A CN 201510466076A CN 105135031 A CN105135031 A CN 105135031A
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Abstract

本发明涉及一种卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,包括母线供电输入保护电路、电磁阀正端控制电路、电磁阀负端控制电路、电磁阀工作状态采集电路、阀体主开指令电路以及阀体备开指令电路;其中:所述母线供电输入保护电路用于保护供电输入;所述电磁阀正端控制电路用于阀体输出正的控制输出;所述电磁阀负端控制电路用于阀体输出负的控制输出;所述电磁阀工作状态采集电路用于指示电路的工作状态;所述阀体主备开指令电路分别用于输出阀体主备开指令高电平。本发明可通过对弱电的精确控制实现对强电的精确控制,并使用冗余电路形成热备份控制,提高了系统的可靠性与安全性。

Description

卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路
技术领域
本发明涉及卫星推力器技术领域,具体地,涉及一种卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路。
背景技术
推力器是卫星姿态控制、轨道控制和其它机动功能控制的关键部件。目前卫星上主要采用化学推力器和电推力器。化学推力器有以肼为燃料的单组元推力器、以四氧化二氮和一甲基肼或者四氧化氮和肼为推进剂的双组元推力器。电推力器有肼增强推力器、电弧推力器、氙离子推力器和稳态等离子体推力器等。
电磁阀是化学推力器的关键组成部分,电磁阀的控制精度及可靠性直接影响卫星的控制精度、寿命与可靠性,因此,电磁阀控制电路的响应速度与可靠性便成为了卫星推进系统成败的关键因素。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道,也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足,本发明的目的是提供一种响应速度快、可靠性高的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路。
为了实现上述目的,本发明是通过以下技术方案实现的:
一种卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,包括母线供电输入保护电路、电磁阀正端控制电路、电磁阀负端控制电路、电磁阀工作状态采集电路、阀体主开指令电路以及阀体备开指令电路;其中:
所述母线供电输入保护电路与电磁阀正端控制电路连接,用于保护供电输入;
所述电磁阀正端控制电路分别与阀体主开指令电路和阀体备开指令电路连接,用于阀体输出正的控制输出;
所述电磁阀负端控制电路分别与阀体主开指令电路和阀体备开指令电路连接,用于阀体输出负的控制输出;
所述电磁阀工作状态采集电路分别与阀体输出正和阀体输出负连接,用于指示电路的工作状态;
所述阀体主开指令电路用于输出阀体主开指令高电平;
所述阀体备开指令电路用于输出阀体备开指令高电平。
优选地,所述母线供电输入保护电路包括继电器K1、熔断器F1、熔断器F2以及限流电阻R6;其中,所述继电器K1、熔断器F1和限流电阻R6串联,所述熔断器F2并联于熔断器F1和电阻R6串联电路两端。
优选地,所述熔断器F1和熔断器F2采用相同的规格型号;所述限流电阻R6的阻值不低于熔断器F1内阻的10倍。
优选地,所述阀体主开指令电路包括开关二极管D1、电阻R3、电阻R5、场效应管Q1、三极管Q5、电阻R1以及电阻R2;其中,所述开关二极管D1、电阻R3和三极管Q5基极串联,所述电阻R5并联于三极管Q5的基极端和发射极端;所述电阻R2和电阻R1串联于三极管Q5的集电极端及场效应管Q1的源极;所述电阻R1与场效应管Q1的栅、源极并联。
优选地,所述阀体备开指令电路包括开关二极管D6、电阻R14、电阻R13、场效应管Q2、三极管Q6、电阻R16以及电阻R15;其中,所述开关二极管D6、电阻R14和三极管Q6基极串联,所述电阻R13并联于三极管Q6的基极端和发射极端;所述电阻R16和电阻R15串联于三极管Q6的集电极端及场效应管Q2的源极;所述电阻R15与场效应管Q2的栅、源极并联。
优选地,所述电磁阀正端控制电路采用P型MOSFET控制,包括并联的场效应管Q1、场效应管Q2、电压调整二极管D7和电压调整二极管D9,所述场效应管Q1和场效应管Q2的漏极分别串联二极管D2和二极管D3后进行合路输出:
-当阀体主开指令电路输出10V~12V的高电平时,三极管Q5工作于饱和区,电阻R1、电阻R2以及三极管Q5形成通路,电阻R1上的压降施加到场效应管Q1的栅极和源极,使得场效应管Q1饱和导通;
-当阀体备开指令电路输出10V~12V的高电平时,三极管Q6工作于饱和区,电阻R15、电阻R16以及三极管Q6形成通路,电阻R15上的压降施加到场效应管Q2的栅极和源极,使得场效应管Q2饱和导通;
实现阀体输出正的控制输出;
所述电压调整二极管D7和电压调整二极管D9分别用于保护场效应管Q1和场效应管Q2栅极。
优选地,所述电磁阀负端控制电路采用N型MOSFET控制,包括并联的场效应管Q3和场效应管Q4以及并联于场效应管Q3和场效应管Q4之间的电阻R8,还包括电阻R4、R7、R12和R11,所述电阻R4和电阻R12分别与阀体主开指令电路以及阀体备开指令电路串联:
-当阀体主开指令电路输出10V~12V的高电平时,高电平通过电阻R4和电阻R7分压后施加于场效应管Q3的栅极,使得场效应管Q3导通;
-当阀体备开指令输出10V~12V的高电平时,高电平通过电阻R12和电阻R11分压后施加于场效应管Q4的栅极,使得场效应管Q4导通;
实现阀体输出负的控制输出;
所述电阻R8用于场效应管Q3和场效应管Q4的静电泄放。
优选地,所述电阻R8的阻值不低于100K欧姆。
优选地,所述电磁阀工作状态采集电路包括电阻R9、电阻R10、电压调整二极管D8、整流二极管D4和整流二极管D5;其中,所述电阻R9和电阻R10分压后通过电压调整二极管D8输出接地;所述整流二极管D4和整流二极管D5串联后与电阻R9和电阻R10并联,用于消除感性负载的感应电动势。
本发明提供的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,采用P型MOSFET及N型MOSFET同时控制电磁阀的正、负端导通及断开,实现电磁阀的快速响应;采用三极管及电阻分压施加于MOSFET的栅源极形成偏压,从而实现通过对弱电的精确控制达到对强电控制的目的;采用继电器及熔断器对供电母线进行保护,采用主备份冗余电路实现电磁阀控制的可靠性。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1)使用MOSFET控制电磁阀的正、负端,响应速度快,控制精度高。
2)采用阀体主开指令电路和阀体备开指令电路实现主备份设计、继电器总控制、熔断器保护设计使得控制电路具有高可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例提供了一种卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,包括母线供电输入保护电路、电磁阀正端控制电路、电磁阀负端控制电路、电磁阀工作状态采集电路、阀体主开指令电路以及阀体备开指令电路;其中:
所述母线供电输入保护电路与电磁阀正端控制电路连接,用于保护供电输入;
所述电磁阀正端控制电路分别与阀体主开指令电路和阀体备开指令电路连接,用于阀体输出正的控制输出;
所述电磁阀负端控制电路分别与阀体主开指令电路和阀体备开指令电路连接,用于阀体输出负的控制输出;
所述电磁阀工作状态采集电路分别与阀体输出正和阀体输出负连接,用于指示电路的工作状态;
所述阀体主开指令电路用于输出阀体主开指令高电平;
所述阀体备开指令电路用于输出阀体备开指令高电平。
进一步地,所述母线供电输入保护电路包括继电器K1、熔断器F1、熔断器F2以及限流电阻R6;其中,所述继电器K1、熔断器F1和限流电阻R6串联,所述熔断器F2并联于熔断器F1和电阻R6串联电路两端。
进一步地,所述熔断器F1和熔断器F2采用相同的规格型号;所述限流电阻R6的阻值不低于熔断器F1内阻的10倍。
进一步地,所述阀体主开指令电路包括开关二极管D1、电阻R3、电阻R5、场效应管Q1、三极管Q5、电阻R1以及电阻R2;其中,所述开关二极管D1、电阻R3和三极管Q5基极串联,所述电阻R5并联于三极管Q5的基极端和发射极端;所述电阻R2和电阻R1串联于三极管Q5的集电极端及场效应管Q1的源极;所述电阻R1与场效应管Q1的栅、源极并联。
进一步地,所述阀体备开指令电路包括开关二极管D6、电阻R14、电阻R13、场效应管Q2、三极管Q6、电阻R16以及电阻R15;其中,所述开关二极管D6、电阻R14和三极管Q6基极串联,所述电阻R13并联于三极管Q6的基极端和发射极端;所述电阻R16和电阻R15串联于三极管Q6的集电极端及场效应管Q2的源极;所述电阻R15与场效应管Q2的栅、源极并联。
进一步地,所述电磁阀正端控制电路采用P型MOSFET控制,包括并联的场效应管Q1、场效应管Q2、电压调整二极管D7和电压调整二极管D9,所述场效应管Q1和场效应管Q2的漏极分别串联二极管D2和二极管D3后进行合路输出:
-当阀体主开指令电路输出10V~12V的高电平时,三极管Q5工作于饱和区,电阻R1、电阻R2以及三极管Q5形成通路,电阻R1上的压降施加到场效应管Q1的栅极和源极,使得场效应管Q1饱和导通;
-当阀体备开指令电路输出10V~12V的高电平时,三极管Q6工作于饱和区,电阻R15、电阻R16以及三极管Q6形成通路,电阻R15上的压降施加到场效应管Q2的栅极和源极,使得场效应管Q2饱和导通;
实现阀体输出正的控制输出;
所述电压调整二极管D7和电压调整二极管D9分别用于保护场效应管Q1和场效应管Q2栅极。
进一步地,所述电磁阀负端控制电路采用N型MOSFET控制,包括并联的场效应管Q3和场效应管Q4以及并联于场效应管Q3和场效应管Q4之间的电阻R8,还包括电阻R4、R7、R12和R11,所述电阻R4和电阻R12分别与阀体主开指令电路以及阀体备开指令电路串联:
-当阀体主开指令电路输出10V~12V的高电平时,高电平通过电阻R4和电阻R7分压后施加于场效应管Q3的栅极,使得场效应管Q3导通;
-当阀体备开指令输出10V~12V的高电平时,高电平通过电阻R12和电阻R11分压后施加于场效应管Q4的栅极,使得场效应管Q4导通;
实现阀体输出负的控制输出;
所述电阻R8用于场效应管Q3和场效应管Q4的静电泄放。
进一步地,所述电阻R8的阻值不低于100K欧姆。
进一步地,所述电磁阀工作状态采集电路包括电阻R9、电阻R10、电压调整二极管D8、整流二极管D4和整流二极管D5;其中,所述电阻R9和电阻R10分压后通过电压调整二极管D8输出接地;所述整流二极管D4和整流二极管D5串联后与电阻R9和电阻R10并联,用于消除感性负载的感应电动势。
下面结合附图对本实施例进一步描述。
本实施例提供的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,包括:母线供电输入保护电路、电磁阀正、负端控制电路、电磁阀工作状态采集电路、阀体主、备开指令电路。
如图1所示,母线供电输入保护电路包括继电器K1、熔断器F1、F2、R6组成,当电磁阀出现短路等异常现象时,通过熔继器熔断及继电器断开,对供电母线进行保护,使得故障电路不污染其它电路。
电磁阀正、负端控制电路分为主备份设计,电磁阀正端采用P型MOSFET控制,即图1中Q1、Q2,并经D2、D3二极管进行合路后输出;电磁阀负端采用N型MOSFET控制,即图1中Q3、Q4。R1、R2、R3、R5、D1、D7、Q5用于对Q1栅极控制,R13、R14、R15、R16、D6、D9、Q6用于对Q2栅极控制,R4、R7、D1用于对Q3栅极控制,R11、R12、D6用于对Q4栅极控制,D7、D9用于对Q1、Q2源、栅极偏压进行保护,R8用于静电电荷泄放,D4、D5用于电磁阀线圈的瞬态抑制。
电磁阀工作状态采集电路包括R9、R10、D8,R9、R10形成分压电路,D8用于限制工作状态采集信号的电平幅度,以保护后端电路。
当继电器K1闭合后,“阀体主开指令”施加10V~12V指令电平时,Q1、Q3导通,“阀体备开指令”施加10V~12V指令电平时,Q2、Q4导通,后端电磁阀将在“阀体主开指令”或“阀体备开指令”指令电平作用下工作。
所述母线供电输入保护电路的继电器K1、熔断器F1、熔断器F2、限流电阻R6,两个熔断器选取相同的规格型号,限流电阻R6选取阻值不低于熔断器F1内阻的10倍。当负载出现短路时,熔断器自动熔断以保护供电输入不受影响,也可以通过继电器K1切断供电。
所述电磁阀正、负端控制电路,实现“阀体输出正”端控制输出及“阀体输出负”端控制输出。
“阀体输出正”端控制输出通过电磁阀正端控制电路,采用两个P型MOSFET并联的方式实现,并且两个P型MOSFET的输出采用二极管合路,以防止后端电路影响到P型MOSFET工作。当“阀体主(备)开指令”输出10V~12V的高电平时,三极管Q5(Q6)工作于饱和区,R1(R15)、R2(R16)及Q5(Q6)的形成通路,R1(R15)电阻上的压降施加到场效应管Q1(Q2)的栅、源极,使得场效应管Q1(Q2)导通,实现“阀体输出正”端控制输出。
“阀体输出负”端控制输出通过电磁阀负端控制电路,采用两个N型MOSFET并联的方式实现,当“阀体主(备)开指令”输出10V~12V的高电平时,该电平通过电阻R4(R12)、R7(R11)分压后施加于场效应管Q3(Q4)的栅极,使得场效应管Q3(Q4)导通,实现“阀体输出负”端控制输出。
其中,电阻R8选取阻值不低于100K欧姆,用于场效应管Q3、Q4的静电泄放,开关二极管D1、D6用于实现阀体控制指令与控制电路的隔离,整流二极管D4、D5用于消除感性负载的感应电动势,电压调整二极管D7、D9用于保护场效应管Q1、Q2栅极。
所述电磁阀工作状态采集电路,采用电阻R9、R10分压的方式,当“阀体输出正”、“阀体输出负”输出时,“工作状态采集”端便输出一定的电平值,用于指示电路的工作状态,其中电压调整二极管D8用于限制“工作状态采集”信号的输出电平。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,其特征在于,包括母线供电输入保护电路、电磁阀正端控制电路、电磁阀负端控制电路、电磁阀工作状态采集电路、阀体主开指令电路以及阀体备开指令电路;其中:
所述母线供电输入保护电路与电磁阀正端控制电路连接,用于保护供电输入;
所述电磁阀正端控制电路分别与阀体主开指令电路和阀体备开指令电路连接,用于阀体输出正的控制输出;
所述电磁阀负端控制电路分别与阀体主开指令电路和阀体备开指令电路连接,用于阀体输出负的控制输出;
所述电磁阀工作状态采集电路分别与阀体输出正和阀体输出负连接,用于指示电路的工作状态;
所述阀体主开指令电路用于输出阀体主开指令高电平;
所述阀体备开指令电路用于输出阀体备开指令高电平。
2.根据权利要求1所述的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,其特征在于,所述母线供电输入保护电路包括继电器K1、熔断器F1、熔断器F2以及限流电阻R6;其中,所述继电器K1、熔断器F1和限流电阻R6串联,所述熔断器F2并联于熔断器F1和电阻R6串联电路两端。
3.根据权利要求2所述的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,其特征在于,所述熔断器F1和熔断器F2采用相同的规格型号;所述限流电阻R6的阻值不低于熔断器F1内阻的10倍。
4.根据权利要求1所述的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,其特征在于,所述阀体主开指令电路包括开关二极管D1、电阻R3、电阻R5、场效应管Q1、三极管Q5、电阻R1以及电阻R2;其中,所述开关二极管D1、电阻R3和三极管Q5基极串联,所述电阻R5并联于三极管Q5的基极端和发射极端;所述电阻R2和电阻R1串联于三极管Q5的集电极端及场效应管Q1的源极;所述电阻R1与场效应管Q1的栅、源极并联。
5.根据权利要求1所述的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,其特征在于,所述阀体备开指令电路包括开关二极管D6、电阻R14、电阻R13、场效应管Q2、三极管Q6、电阻R16以及电阻R15;其中,所述开关二极管D6、电阻R14和三极管Q6基极串联,所述电阻R13并联于三极管Q6的基极端和发射极端;所述电阻R16和电阻R15串联于三极管Q6的集电极端及场效应管Q2的源极;所述电阻R15与场效应管Q2的栅、源极并联。
6.根据权利要求1所述的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,其特征在于,所述电磁阀正端控制电路采用P型MOSFET控制,包括并联的场效应管Q1、场效应管Q2、电压调整二极管D7和电压调整二极管D9,所述场效应管Q1和场效应管Q2的漏极分别串联二极管D2和二极管D3后进行合路输出:
-当阀体主开指令电路输出10V~12V的高电平时,三极管Q5工作于饱和区,电阻R1、电阻R2以及三极管Q5形成通路,电阻R1上的压降施加到场效应管Q1的栅极和源极,使得场效应管Q1饱和导通;
-当阀体备开指令电路输出10V~12V的高电平时,三极管Q6工作于饱和区,电阻R15、电阻R16以及三极管Q6形成通路,电阻R15上的压降施加到场效应管Q2的栅极和源极,使得场效应管Q2饱和导通;
实现阀体输出正的控制输出;
所述电压调整二极管D7和电压调整二极管D9分别用于保护场效应管Q1和场效应管Q2栅极。
7.根据权利要求1所述的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,其特征在于,所述电磁阀负端控制电路采用N型MOSFET控制,包括并联的场效应管Q3和场效应管Q4以及并联于场效应管Q3和场效应管Q4之间的电阻R8,还包括电阻R4、R7、R12和R11,所述电阻R4和电阻R12分别与阀体主开指令电路以及阀体备开指令电路串联:
-当阀体主开指令电路输出10V~12V的高电平时,高电平通过电阻R4和电阻R7分压后施加于场效应管Q3的栅极,使得场效应管Q3导通;
-当阀体备开指令输出10V~12V的高电平时,高电平通过电阻R12和电阻R11分压后施加于场效应管Q4的栅极,使得场效应管Q4导通;
实现阀体输出负的控制输出;
所述电阻R8用于场效应管Q3和场效应管Q4的静电泄放。
8.根据权利要求7所述的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,其特征在于,所述电阻R8的阻值不低于100K欧姆。
9.根据权利要求1所述的卫星用化学推力器电磁阀控制及状态采集电路,其特征在于,所述电磁阀工作状态采集电路包括电阻R9、电阻R10、电压调整二极管D8、整流二极管D4和整流二极管D5;其中,所述电阻R9和电阻R10分压后通过电压调整二极管D8输出接地;所述整流二极管D4和整流二极管D5串联后与电阻R9和电阻R10并联,用于消除感性负载的感应电动势。
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