CN106328967A - 一种可实现热电池单体顺序工作的激活电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可以实现多级热电池单体顺序工作的激活电路。激活电路通过比较电路判断处于激活状态的热电池单体输出电压与参考电压的关系，当热电池单体输出电压小于参考电压时，比较器输出高电平信号，使能激活信号输出控制电路，输出激活信号，激活下一节热电池单体。热电池单体输出采用延时输出电路的方式避免了热电池电压建立阶段由于较大负载而形成的输出振荡。激活电路采用参考电压输出控制电路的方式避免了后级热电池单体提前激活。

Description

一种可实现热电池单体顺序工作的激活电路

技术领域

本发明涉及热电池应用领域，具体是一种可以实现多级热电池单体顺序工作的激活电路。

背景技术

热电池作为一种比能量、比功率高，工作温度范围宽，贮存寿命长的电池类别广泛应用于航空航天领域。但是其依靠电解质熔融成离子态而实现放电的工作原理导致单体工作时间较短。目前长寿命热电池单体工作时间一般不超过1h，且为了减缓热量的散失速度，需要设计特殊的保温结构使用保温材料，增加了单体热电池的体积、重量和设计的复杂性。在一些单次任务寿命的应用场合，任务时间大于1h，目前的热电池单体无法满足要求。

发明内容

要解决的技术问题

为了满足任务时间较长的使用需求，可以使用多个热电池单体组成热电池组，其中的热电池单体按照一定顺序依次激活输出，从而实现热电池组的长时间工作。为了实现热电池单体按照一定顺序依次激活输出，本发明提出了一种可以实现多级热电池单体顺序工作的激活电路。

技术方案

一种可实现热电池单体顺序工作的激活电路，其特征在于包括n个热电池单体、n-1个参考电压输出控制电路、热电池输出控制电路和n-1个激活信号输出控制电路，所述的激活信号输出控制电路包括比较器和输出控制电路；其中第一个热电池单体由外部提供激活信号激活，第一个热电池单体输出经热电池组输出控制电路输出为热电池组输出；热电池单体输出和热电池组输出接入参考电压输出控制电路的输入端，参考电压输出控制电路输出参考电压到比较器的同相输入端，热电池组输出经分压后接入比较器的反相输入端，通过判断处于激活状态的热电池单体输出电压与参考电压的关系，当热电池单体输出电压小于参考电压时，比较器输出高电平信号，使能激活信号输出控制电路，输出激活信号，激活下一个热电池单体。

所述的n为3。

所述的激活信号输出控制电路包括比较器D1A、电解电容C1、C2、电阻R4和三极管V5；热电池组输出分压后输出电压到比较器D1A的反相输入端，参考电压输出控制电路输出参考电压到比较器D1A的同相输入端，比较器D1A的输出连接电容C2的正极，电容C2的负极连接三极管V5的基极，三极管V5的集电极连接C1然后至供电电源地，发射极输出激活信号。

所述的热电池组输出控制电路包括开关二极管V1、V2、V3、可控硅V12、电阻R15、电解电容C4和稳压二极管V13；热电池单体输出分别接入开关二极管V1、V2、V3的阳极，阴极一同接入可控硅V12的阳极，同时连接电阻R15的一端，电阻R15的另一端连接电容C4的正极和稳压二极管V13的阴极，稳压二极管V13的阳极连接可控硅V12的控制极，电容C4的负极连接电源地。

所述的参考电压输出控制电路包括三端稳压器U1、电阻R2、R3、R6、R7、R8、运算放大器D1D、稳压二极管V8、可控硅V4和光耦V10；热电池组输出连接三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，同时连接运算放大器D1D的同相输入端，运算放大器D1D的输出端连接自身的反相输入端，同时连接光耦V10的副边输入端。电阻R3的另一端连接电源地。热电池单体输出连接稳压二极管V8的阴极，稳压二极管V8的阳极连接可控硅V4的控制极，可控硅V4的阳极连接供电电源，阴极连接电阻R6和电阻R8的一端，电阻R6的另一端连接光耦V10正边输入端，光耦V10正边输出端连接电源地，电阻R8的另一端连接电源地，电阻R7的一端连接电源地，另一端连接光耦V10的副边输出端。

有益效果

本发明提出的一种可实现热电池单体顺序工作的激活电路，有益效果：该激活电路可以实现任意数量的热电池单体串联成组，依次激活输出，实现热电池组的长时间工作，满足任意时间的任务需求。该激活电路可以实现各热电池单体准确可靠的依次激活，并且在热电池单体的电压建立阶段不会出现输出振荡的现象。

附图说明

图1：激活电路原理框图

图2：激活信号输出控制电路

图3：热电池组输出控制电路

图4：参考电压输出控制电路

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

参照图1，激活电路包括热电池组输出控制电路、激活信号输出控制电路(由比较器和输出控制电路组成)和参考电压输出控制电路。热电池单体1由外部提供激活信号激活，热电池单体1输出经热电池组输出控制电路输出为热电池组输出。热电池单体1输出和热电池组输出接入参考电压输出控制电路1的输入端，参考电压输出控制电路1输出参考电压到比较器1的同相输入端，热电池组输出经分压后接入比较器1的反相输入端，随着热电池单体1输出电压的下降，比较器1的反相输入端电压降低，当低于同相输入端参考电压时，比较器1输出由低电平变为高电平，并触发输出控制电路1输出激活信号1，激活信号1接入热电池单体2的激活端，热电池单体2被激活并输出。此时，热电池单体2输出电压到参考电压输出控制电路2的输入端，参考电压输出控制电路2输出参考电压到比较器2的同相输入端，随着热电池单体2输出电压的下降，比较器2的反相输入端电压降低，当低于同相输入端参考电压时，比较器2输出由低电平变为高电平，并触发输出控制电路2输出激活信号2，激活信号2接入热电池单体3的激活端，热电池单体3被激活并输出。

图1中比较器和输出控制电路组成激活信号输出控制电路，参照图2，激活信号输出控制电路由比较器D1A，电解电容C1、C2，电阻R4，三极管V5构成。热电池组输出分压后输出电压到比较器D1A的反相输入端，参考电压输出控制电路输出参考电压到比较器D1A的同相输入端，比较器D1A的输出连接电容C2的正极，电容C2的负极连接三极管V5的基极，三极管V5的集电极连接至供电电源地，发射极输出激活信号。热电池组输出电压分压后的电压值高于参考电压时，比较器D1A输出低电平，电容器C2负极端保持低电平，三极管V5输出处于关断状态。热电池组输出电压分压后的电压值小于参考电压时，比较器D1A输出高电平为电容C2充电，电容器C2负极端出现高电平脉冲，三极管V5导通，输出激活信号。电阻R4一端连接至电容C2的负极，一端接电源地，电阻R4和电容C2的取值可以确定激活信号的脉宽。电容C1正极连接三极管V5的集电极，负极连接电源地，为激活信号发出时储蓄能量。

图1中热电池组输出控制电路参照图3，热电池组输出控制电路由开关二极管V1、V2、V3、可控硅V12，电阻R15，电解电容C4，稳压二极管V13构成。热电池单体输出分别接入开关二极管V1、V2、V3的阳极，阴极一同接入可控硅V12的阳极，同时连接电阻R15的一端，电阻R15的另一端连接电容C4的正极和稳压二极管V13的阴极，稳压二极管V13的阳极连接可控硅V12的控制极，电容C4的负极连接电源地。热电池单体1通过外部激活信号激活后，其输出电压经二极管V1和电阻R15为电容C4充电，当电容C4的正端电压超过稳压二极管V13的反向击穿电压时，可控硅V12导通，热电池组输出电压建立。实现了热电池单体1激活后延时开启输出，避免了在热电池单体由激活到建立稳定供电电压阶段，由于瞬时较大的负载电流而造成热电池输出出现瞬时振荡的情况。电阻R15和电容C4的取值可以确定延时的时间长度。热电池单体输出采用延时输出电路的方式避免了热电池电压建立阶段由于较大负载而形成的输出振荡。

图1中参考电压输出控制电路参照图4，参考电压输出控制电路由三端稳压器U1，电阻R2、R3、R6、R7、R8，运算放大器D1D，稳压二极管V8，可控硅V4，光耦V10构成。热电池组输出连接三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，同时连接运算放大器D1D的同相输入端，运算放大器D1D的输出端连接自身的反相输入端，同时连接光耦V10的副边输入端。电阻R3的另一端连接电源地。热电池单体输出连接稳压二极管V8的阴极，稳压二极管V8的阳极连接可控硅V4的控制极，可控硅V4的阳极连接供电电源，阴极连接电阻R6和电阻R8的一端，电阻R6的另一端连接光耦V10正边输入端，光耦V10正边输出端连接电源地，电阻R8的另一端连接电源地，电阻R7的一端连接电源地，另一端连接光耦V10的副边输出端。热电池组输出经三端稳压器U1输出，再由电阻R2和R3分压后接入由运算放大器D1D构成的射级跟随器进行阻抗变换，然后接入至光耦V10的副边输入端。当热电池单体输出超过稳压二极管V8的反向击穿电压时，可控硅V4导通，光耦V10正边导通，参考电压经光耦V10副边输出。电阻R6限制光耦V10正边的导通电流，电阻R7限制光耦V10副边的导通电流，电阻R8建立可控硅V4的维持电流。参考电压输出控制电路实现了热电池组输出控制电路比较器同相输入端参考电压建立时间晚于反相输入端热电池组输出分压后电压的建立时间。避免了由于比较器输入端参考电压提前建立，而后级热电池单体未激活，输出电压分压值小于参考电压，而导致第2、3级热电池单体提前激活情况的发生。采用参考电压输出控制电路的方式避免了后级热电池单体提前激活。

Claims (5)

1.一种可实现热电池单体顺序工作的激活电路，其特征在于包括n个热电池单体、n-1个参考电压输出控制电路、热电池输出控制电路和n-1个激活信号输出控制电路，所述的激活信号输出控制电路包括比较器和输出控制电路；其中第一个热电池单体由外部提供激活信号激活，第一个热电池单体输出经热电池组输出控制电路输出为热电池组输出；热电池单体输出和热电池组输出接入参考电压输出控制电路的输入端，参考电压输出控制电路输出参考电压到比较器的同相输入端，热电池组输出经分压后接入比较器的反相输入端，通过判断处于激活状态的热电池单体输出电压与参考电压的关系，当热电池单体输出电压小于参考电压时，比较器输出高电平信号，使能激活信号输出控制电路，输出激活信号，激活下一个热电池单体。

2.根据权利要求1所述的一种可实现热电池单体顺序工作的激活电路，其特征在于所述的n为3。

3.根据权利要求1所述的一种可实现热电池单体顺序工作的激活电路，其特征在于所述的激活信号输出控制电路包括比较器D1A、电解电容C1、C2、电阻R4和三极管V5；热电池组输出分压后输出电压到比较器D1A的反相输入端，参考电压输出控制电路输出参考电压到比较器D1A的同相输入端，比较器D1A的输出连接电容C2的正极，电容C2的负极连接三极管V5的基极，三极管V5的集电极连接C1然后至供电电源地，发射极输出激活信号。

4.根据权利要求1所述的一种可实现热电池单体顺序工作的激活电路，其特征在于所述的热电池组输出控制电路包括开关二极管V1、V2、V3、可控硅V12、电阻R15、电解电容C4和稳压二极管V13；热电池单体输出分别接入开关二极管V1、V2、V3的阳极，阴极一同接入可控硅V12的阳极，同时连接电阻R15的一端，

电阻R15的另一端连接电容C4的正极和稳压二极管V13的阴极，稳压二极管V13的阳极连接可控硅V12的控制极，电容C4的负极连接电源地。

5.根据权利要求1所述的一种可实现热电池单体顺序工作的激活电路，其特征在于所述的参考电压输出控制电路包括三端稳压器U1、电阻R2、R3、R6、R7、R8、运算放大器D1D、稳压二极管V8、可控硅V4和光耦V10；热电池组输出连接三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，同时连接运算放大器D1D的同相输入端，运算放大器D1D的输出端连接自身的反相输入端，同时连接光耦V10的副边输入端。电阻R3的另一端连接电源地。热电池单体输出连接稳压二极管V8的阴极，稳压二极管V8的阳极连接可控硅V4的控制极，可控硅V4的阳极连接供电电源，阴极连接电阻R6和电阻R8的一端，电阻R6的另一端连接光耦V10正边输入端，光耦V10正边输出端连接电源地，电阻R8的另一端连接电源地，电阻R7的一端连接电源地，另一端连接光耦V10的副边输出端。