CN109445490A - 一种高可靠高安全的温控电路 - Google Patents

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徐挺
高福隆
胡羽行
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    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
    • G05D23/24—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor

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Abstract

本发明是一种高可靠高安全的温控电路，其特征在于，包含：铂电阻，贴合在惯组内部的惯性传感器表面，用于采集惯性传感器的温度；信号调理电路，与所述铂电阻连接；比较电路，其第一输入端与所述信号调理电路连接；门限电压，其与所述比较电路的第二输入端连接；第一加热开关，其源极与加热电源连接，栅极与所述比较电路的输出端连接；A/D转换电路，与所述信号调理电路连接；处理器，与所述A/D转换电路连接；所述处理器内部设定目标温度，与所述温度数字信号进行比较；第二加热开关，是MOS型开关，其源极与第一加热开关的漏极连接，栅极与所述处理器连接；加热片，设置在惯性传感器的一另侧，其与所述第二加热开关的漏极连接。

Description

一种高可靠高安全的温控电路
技术领域
本发明设计温度控制领域，特别是一种用于运载火箭的惯性测量组合的温度控制电路。
背景技术
运载火箭在高空中工作环境较为恶劣，温度变化剧烈。为了保证惯组导航精度，降低外界温度环境对惯组的影响，必须相应地在惯性测量组合中采用温度控制电路。
目前市面上常用的温度控制电路利用温度传感器采集惯组内部温度，控制模块检测内部温度与目标温度差，进行PID运算，在此基础上产生相应的PWM电压信号，控制加热开关，调节加热片输出功率，从而实现恒温控制。
对于运载火箭系统而言，安全性是设计的最高要求。从安全性角度考虑，这种温度控制电路是不合格的，存在如下两种情况会引起发射任务失败：(1)核心控制模块因为软件设计失误或单粒子锁定问题，可能会导致温度持续加热，最终烧毁惯组内的惯性传感器；(2)加热开关通常选用mos型开关，这种mos型开关在单粒子影响下，有一定概率会被击穿失效而导致持续加热，烧毁惯组内的惯性传感器。
综上，目前常用温度控制电路存在安全性问题，难以满足运载火箭惯性测量组合的温度控制要求。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，于提供一种高可靠高安全的适用于运载火箭惯性测量组合的温度控制电路。
一种高可靠高安全的温控电路，其特征包含：
铂电阻，贴合在惯组内部的惯性传感器表面，用于采集惯性传感器的温度；
信号调理电路，与所述铂电阻连接，将铂电阻采集到的温度数据转化为与温度相关的电压量；
比较电路，其第一输入端与所述信号调理电路连接；
门限电压，对应着惯性传感器的安全门限温度，其与所述比较电路的第二输入端连接；
第一加热开关，是MOS型开关，其源极与加热电源连接，栅极与所述比较电路的输出端连接；
A/D转换电路，与所述信号调理电路连接，将信号调理电路输出的电压量转化为温度数字信号；
处理器，与所述A/D转换电路连接，以读取温度数字信号；
所述处理器内部设定目标温度，与所述温度数字信号进行比较；
所述处理器内部还包含PID控制模块，根据所述比较结果输出PWM控制信号；
第二加热开关，是MOS型开关，其源极与第一加热开关的漏极连接，栅极与所述处理器连接；
加热片，设置在惯性传感器的一另侧，其与所述第二加热开关的漏极连接。
优选地，进一步包含第一光耦隔离电路、第二光耦隔离电路；
所述第一光耦隔离电路设置在第一加热开关栅极与门限电压输出端之间，以隔离传递门限电压的输出信号；
所述第二光耦隔离电路设置在第二加热开关栅极与处理器输出端之间，以隔离传递处理器的输出信号。
优选地，进一步包含第一功率驱动电路、第二功率驱动电路；
所述第一功率驱动电路设置在第一光耦隔离电路输出端与第一加热开关栅极之间，将第一光耦隔离电路的输出进行功率放大后，产生功率增强的信号施加到第一加热开关上；
所述第二功率驱动电路设置在第二光耦隔离电路输出端与第二加热开关栅极之间，将第二光耦隔离电路输出进行功率放大后，产生功率增强的信号施加到第二加热开关上。
优选地，所述加热片接地。
优选地，所述门限电压设定的温度高于处理器内部设定目标温度。因此，在正常情况下，第一加热开关处于常闭状态，惯性传感器温度由处理器和第二加热开关控制。只有当处理器或第二加热开关工作异常导致惯性传感器温度高于安全门限温度时，比较电路和第一加热开关才会开始介入工作。
本发明有如下优点：
(1)采用了软硬件双模温控，软件指的是处理器，硬件指的是比较电路。软件和硬件独立控温，各自驱动一个加热开关，两路加热开关串行工作。该电路具有一度故障冗余能力：即硬件、软件或某个加热开关，这三者中的任何一个故障时，也不会导致不受控制的持续加热，继而损坏惯性传感器。一、当硬件温控模式损坏，导致相关加热开关常闭。处理器将发挥作用，不影响温控。二、当软件温控模式损坏导致温度高于安全门限温度时，硬件比较电路将发挥作用，将温度保持在安全门限温度。三、当某个加热开关故障长闭时，另一个加热开关将继续发挥作用。由此可见，这种双模温控方式能有效提高温控电路的安全性。
(2)采用了光耦隔离电路，能够避免驱动加热片的大功率加热信号对信号调理电路和A/D转换电路中“小信号”的影响，提高了测温精度。
(3)在加热开关前端采用功率驱动电路来增强驱动能力，加热开关通常选择MOS型开关，驱动能力的增强可以提升MOS型开关的响应速度，提高PWM波的控制精度，继而确保温控精度。
附图说明
图1为本发明的温度控制电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但不以任何方式限制本发明的范围。
如附图1所示，本发明是一种高安全高可靠的温控电路，整体上是一种闭环反馈系统，包括：
铂电阻(101)，贴合在惯组内部的惯性传感器表面，用于采集惯性传感器的温度；
信号调理电路(200)，与所述铂电阻(101)连接，将铂电阻(101)采集到的温度数据转化为与温度相关的电压量；
比较电路(600)，其第一输入端与所述信号调理电路(200)连接；
门限电压(500)，对应着惯性传感器的安全门限温度，其与所述比较电路(600)的第二输入端连接；
第一加热开关(901)，是MOS型开关，其源极与加热电源连接，栅极与所述比较电路(600)的输出端连接；
A/D转换电路(300)，与所述信号调理电路(200)连接，将信号调理电路(200)输出的电压量转化为温度数字信号；
处理器(400)，与所述A/D转换电路(300)连接，以读取温度数字信号；
所述处理器(400)内部设定目标温度(401)，与所述温度数字信号进行比较；
所述处理器(400)内部还包含PID控制模块(402)，根据所述比较结果输出PWM控制信号；
第二加热开关(902)，是MOS型开关，其源极与第一加热开关(901)的漏极连接，栅极与所述处理器(400)连接；
加热片(102)，设置在惯性传感器的一另侧，其与所述第二加热开关(902)的漏极连接，所述加热片(102)接地。
该装置进一步包含第一光耦隔离电路(701)、第二光耦隔离电路(702)；
所述第一光耦隔离电路(701)设置在第一加热开关(901)栅极与门限电压(500)输出端之间，以隔离传递门限电压(500)的输出信号；
所述第二光耦隔离电路(702)设置在第二加热开关(902)栅极与处理器(400)输出端之间，以隔离传递处理器(400)的输出信号。
加入光耦隔离电路，能够避免驱动加热片(102)的大功率加热信号对信号调理电路(200)和A/D转换电路(300)中“小信号”的影响，提高了测温精度。
该装置进一步包含第一功率驱动电路(801)、第二功率驱动电路(802)；
所述第一功率驱动电路(801)设置在第一光耦隔离电路(701)输出端与第一加热开关(901)栅极之间，将第一光耦隔离电路(701)的输出进行功率放大后，产生功率增强的信号施加到第一加热开关(901)上；
所述第二功率驱动电路(802)设置在第二光耦隔离电路(702)输出端与第二加热开关(902)栅极之间，将第二光耦隔离电路(702)输出进行功率放大后，产生功率增强的信号施加到第二加热开关(902)上。
加入功率驱动电路801和802，能够提高驱动能力，提升后级加热开关901和902的响应速度，从而提升温控精度。
本发明的门限电压(500)设定的温度高于处理器(400)内部设定目标温度(401)。因此，在正常情况下，第一加热开关(901)处于常闭状态，惯性传感器温度由处理器(400)和第二加热开关(902)控制。只有当处理器(400)或第二加热开关(902)工作异常导致惯性传感器温度高于安全门限温度时，比较电路(600)和第一加热开关(901)才会开始介入工作。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种高可靠高安全的温控电路，其特征在于，包含：
铂电阻(101)，贴合在惯组内部的惯性传感器表面，用于采集惯性传感器的温度；
信号调理电路(200)，与所述铂电阻(101)连接，将铂电阻(101)采集到的温度数据转化为与温度相关的电压量；
比较电路(600)，其第一输入端与所述信号调理电路(200)连接；
门限电压(500)，对应着惯性传感器的安全门限温度，其与所述比较电路(600)的第二输入端连接；
第一加热开关(901)，是MOS型开关，其源极与加热电源连接，栅极与所述比较电路(600)的输出端连接；
A/D转换电路(300)，与所述信号调理电路(200)连接，将信号调理电路(200)输出的电压量转化为温度数字信号；
处理器(400)，与所述A/D转换电路(300)连接，以读取温度数字信号；所述处理器(400)内部设定目标温度(401)，与所述温度数字信号进行比较；
所述处理器(400)内部还包含PID控制模块(402)，根据所述比较结果输出PWM控制信号；
第二加热开关(902)，是MOS型开关，其源极与第一加热开关(901)的漏极连接，栅极与所述处理器(400)连接；
加热片(102)，设置在惯性传感器的一另侧，其与所述第二加热开关(902)的漏极连接。
2.如权利要求1所述的一种高可靠高安全的温控电路，其特征在于，进一步包含第一光耦隔离电路(701)、第二光耦隔离电路(702)；
所述第一光耦隔离电路(701)设置在第一加热开关(901)栅极与门限电压(500)输出端之间，以隔离传递门限电压(500)的输出信号；
所述第二光耦隔离电路(702)设置在第二加热开关(902)栅极与处理器(400)输出端之间，以隔离传递处理器(400)的输出信号。
3.如权利要求2所述的一种高可靠高安全的温控电路，其特征在于，进一步包含第一功率驱动电路(801)、第二功率驱动电路(802)；
所述第一功率驱动电路(801)设置在第一光耦隔离电路(701)输出端与第一加热开关(901)栅极之间，将第一光耦隔离电路(701)的输出进行功率放大后，产生功率增强的信号施加到第一加热开关(901)上；
所述第二功率驱动电路(802)设置在第二光耦隔离电路(702)输出端与第二加热开关(902)栅极之间，将第二光耦隔离电路(702)输出进行功率放大后，产生功率增强的信号施加到第二加热开关(902)上。
4.如权利要求1所述的一种高可靠高安全的温控电路，其特征在于，所述加热片(102)接地。
5.如权利要求1所述的一种高可靠高安全的温控电路，其特征在于，所述门限电压(500)设定的温度高于处理器(400)内部设定目标温度(401)。
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