CN109780953A - 引爆电路和引爆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引爆电路和引爆装置，其中，该引爆电路，包括：控制支路，其一端与待引爆物连接，包括并联连接的至少两个可控开关，所述至少两个可控开关的控制端相互连接，所述控制端还与用于控制所述待引爆物引爆的引爆信号连接。上述引爆电路，控制待引爆物引爆的控制支路由至少两个并联的可控开关构成，其中的任意一个可控开关正常工作则可控制待引爆物引爆，提高了引爆电路的可靠性。

Description

引爆电路和引爆装置

技术领域

本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种引爆电路和引爆装置。

背景技术

火工品引爆电路是商业运载火箭的电气系统重要的电子仪器组成部分，是运载火箭在整个飞行过程中各种动作的直接驱动者，其功能是根据运载火箭整个飞行轨迹的飞控时序执行飞控计算机发出的指令。

火工品引爆电路在运载火箭(或导弹武器)中传统的名称是综合控制器，一般作为独立的电子仪器进行设计。目前，火工品引爆电路可以单独设计成模块或整机，设计成模块可以嵌入到其他整机中运行，设计成整机可以在整个电气系统中独立运行。

火工品引爆电路的最开始采用电磁继电器进行设计，采用电磁继电器进行设计，相同功率的电磁继电器体积较大，难以将综合控制器做成模块形式；电磁继电器为半机械元件，存在触点机械抖动、触点粘连的故障，安全性较低；电磁继电器有动作的敏感方向，为了避开飞行方向，对安装有严格要求，设计上有一定风险；电磁继电器中包括磁路和电路，对元件生产工艺要求较高，容易引入多余物。

为了解决上述电磁继电器的不足，目前的设计多采用固态继电器进行设计，采用固态继电器进行设计，虽然固态继电器解决了部分电磁继电器存在的不足，但由于固态继电器元件本身体积的限制，功率电流一般做不大。对于需要进行多路甚至几十路的大电流的火工品引爆电路设计，有一定难度，很难集成在一个模块内部。

为了便于集成，采用MOS管代替固态继电器，然而，在该支路上的MOS管故障时，与该支路连接的待引爆物便无法正常引爆，导致引爆电路的可靠性较低。

发明内容

基于此，本发明实施例提供了一种引爆电路和引爆装置，以解决现有技术中引爆电路可靠性低的缺陷。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种引爆电路，包括：控制支路，其一端与待引爆物连接，包括并联连接的至少两个可控开关，所述至少两个可控开关的控制端相互连接，所述控制端还与用于控制所述待引爆物引爆的引爆信号连接。

可选地，还包括：保护单元，并联连接于所述可控开关的控制端与所述控制支路的一端之间。

可选地，还包括：驱动单元，串联连接于所述控制端与引爆信号之间。

可选地，还包括：放电二极管，其正极与所述可控开关的控制端连接，其负极与所述引爆信号连接。

可选地，还包括：消反峰单元，与所述控制支路的一端连接。

可选地，所述消反峰单元包括：并联连接的的消反峰二极管和消反峰电阻；所述消反峰二极管的负极与所述控制支路的所述一端连接，正极与所述消反峰电阻的一端连接；所述消反峰电阻的另一端与地线连接。

可选地，还包括：滤波单元，与所述可控开关的控制端连接。

可选地，还包括：限流单元，与所述控制支路的一端串联连接。

可选地，包括：多路所述控制支路，每一个所述控制支路上均连接有一所述待引爆物。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种引爆电路，包括如本发明第一方面中任一所述的引爆电路。

可选地，还包括：驱动电路，与引爆电路连接，用于提供引爆信号。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的引爆电路，包括：控制支路，其一端与待引爆物连接，包括并联连接的至少两个可控开关，所述至少两个可控开关的控制端相互连接，所述控制端还与用于控制所述待引爆物引爆的引爆信号连接。上述引爆电路，控制待引爆物引爆的控制支路由至少两个并联的可控开关构成，其中的任意一个可控开关正常工作则可控制待引爆物引爆，提高了引爆电路的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的引爆电路的一个具体示例的示意图；

图2为本发明实施例的引爆电路的另一个具体示例的示意图；

图3为本发明实施例的引爆电路的另一个具体示例的示意图；

图4为本发明实施例的引爆电路的另一个具体示例的示意图；

图5为本发明实施例的引爆装置的一个具体示例的示意图；

图6为本发明实施例的引爆装置的另一个具体示例的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供了一种引爆电路，以提高引爆电路的可靠性。如图1所示，引爆电路包括：控制支路1，其一端与待引爆物2连接，控制支路1包括并联连接的至少两个可控开关3，至少两个可控开关3的控制端相互连接，控制端还与用于控制待引爆物2引爆的引爆信号连接。

具体地，如图2所示，控制支路1包括并联连接的两个可控开关3，两个可控开关3分别表示为第一可控开关K1和第二可控开关K2。第一可控开关K1和第二可控开关K2均为N型MOS管，分别表示为第一MOS管和第二MOS管。两个MOS管的漏极相互连接，漏极连接后还与外接电源VCC连接；两个MOS管的源极相互连接，源极连接后还与待引爆物连接；两个MOS管的栅极也相互连接，栅极连接后与引爆信号连接，引爆信号控制MOS的导通和关断，MOS管导通后待引爆物引爆，具体地，引爆信号为高电平时MOS管导通，引爆信号为低电平时MOS管关断。该控制支路，仅需其中的一个可控开关正常工作则可控制待引爆物正常引爆。当然，在其它实施例中，可控开关的类型还可以是IGBT、BJT等开关，并不以此为限，在实际应用中可根据需要合理设置。

需要说明的是，本实施例中并联的可控开关的个数可根据实际需要合理设置，例如，并联的可控开关的数量还可设置为三个、四个或者更多个。

上述引爆电路，控制待引爆物引爆的控制支路由至少两个并联的可控开关构成，其中的任意一个可控开关正常工作则可控制待引爆物引爆，提高了引爆电路的可靠性。

在一实施例中，上述引爆电路还包括：保护单元4，并联连接于可控开关的控制端与控制支路的一端之间。

具体地，如图3所示，保护单元4并联连接在可控开关3的栅极与源极之间，保护单元4可以是保护电阻，每一个可控开关的栅极与源极之间均并联一个保护电阻，第一可控开关K1的栅极与源极之间并联的保护电阻表示为第一保护电阻R156，第二可控开关K2的栅极与源极之间并联的保护电阻表示为第二保护电阻R157。在栅极和源极之间加入一保护电阻能够防止栅极开路或栅极损坏时主电路加电损坏开关器件，并且还能够限制驱动电流，对可控开关起到保护作用，保护电阻的阻值可以是10kΩ左右，本实施例仅作示意性说明，并不以此为限，在实际应用中可根据需要合理调整保护电阻的阻值大小。

在一实施例中，上述引爆电路还包括：驱动单元5，串联连接于控制端与引爆信号之间。驱动单元给可控开关的控制端提供合适的驱动信号。

具体地，如图3所示，驱动单元5可以是驱动电阻，每一个可控开关的栅极与引爆信号之间均串联一个驱动电阻，第一可控开关K1的栅极与引爆信号之间串联的驱动电阻表示为第一驱动电阻R124，第二可控开关K2的栅极与引爆信号之间串联的驱动电阻表示为第二驱动电阻R125。在栅极串上合适的驱动电阻能够改变引爆信号(例如脉冲信号)的前后沿陡度和防止震荡，减小栅极的电压尖峰；当驱动电阻增大时，导通时间延长，损耗发热加剧；驱动电阻减小时，di/dt增高，可能产生误导通，使器件损坏，故驱动电阻的大小应根据管子的电流容量和电压额定值以及开关频率来选取合适的数值，通常在几欧至几十欧之间(在具体应用中，还应根据实际情况予以适当调整)。

在一实施例中，上述引爆电路还包括：放电二极管6，其正极与可控开关的控制端连接，其负极与引爆信号连接。

具体地，如图3所示，放电二极管6并联连接在驱动单元5的两端，并联在第一驱动电阻R124两端的放电二极管6表示为第一放电二极管V51，并联在第二驱动电阻R125两端的放电二极管6表示为第二放电二极管V52。放电二极管在可控开关关断时能够立刻将栅极的电平泄放掉，减小放电时间，提高MOS管的关断速度。

在一实施例中，上述引爆电路还包括：消反峰单元7，与控制支路的一端连接。感性待引爆物在接通状态到关断状态会产生反峰电压，消反峰单元能够消除反峰电压，防止反峰电压干扰电路的正常工作，起到保护元器件的作用。

具体地，如图3所示，由于MOS管关断时待引爆物电磁阀会产生方向电动势，在电路输出上增加了消反峰单元7，消反峰单元7包括：并联连接的的消反峰二极管V83和消反峰电阻R220；消反峰二极管V83的负极与控制支路的一端连接，正极与消反峰电阻R220的一端连接；消反峰电阻R220的另一端与地线GND连接。当然，在其它实施例中，消反峰单元还可以仅包括二极管，根据需要合理设置即可。

在一实施例中，上述引爆电路还包括：滤波单元8，与可控开关的控制端连接，用于消除可控开关控制端的干扰。

具体地，如图3所示，滤波单元8可以是滤波电容C195，滤波电容的一端与MOS管的控制端连接，另一端与地线GND连接；当然，在其它实施例中，滤波单元还可以是RC滤波等，根据需要合理设置即可。

在一实施例中，上述引爆电路还包括：限流单元9，与控制支路的一端串联连接。限流单元用于限制流入待引爆物中的电流，对引爆电路起保护作用。

具体地，限流单元9可以是限流电阻Rx，限流电阻Rx的阻值大小可根据实际情况合理设置；当然，在其它实施例中，限流单元还可以是其它具有限流功能的电路，根据需要合理设置即可。

在一实施例中，上述引爆电路还包括：多路上述控制支路，每一个控制支路上均连接有一待引爆物。多路控制支路可以控制多个待引爆物的引爆，控制方式更加灵活。

不同控制支路上的引爆信号可以是一个引爆信号，这样一个引爆信号可同时引爆多个控制支路上的待引爆物；不同控制支路上的引爆信号可以为不同的引爆信号，具体地，一个支路对应一个引爆信号，也可以是其中的两个支路或者三个支路共用一个引爆信号，不同的引爆信号控制不同的引爆支路，不同支路上的待引爆物可同时引爆也可以不同时引爆。

具体地，如图4所示，引爆电路包括n个控制支路，n为大于等于2的正整数，分别表示为支路Z1、支路Z2…支路Zn，每一个支路上均串联连接限流电阻和待引爆物，支路Z1上串联连接第一限流电阻Rx1和第一待引爆物r1，支路Z2上串联连接第二限流电阻Rx2和第二待引爆物r2，…，支路Zn上串联连接第n限流电阻Rxn和第n待引爆物rn，不同支路上的并联的可控开关的数量可以相同也可以不同。支路上流过的电流较大时，可控开关并联的数量较多，反之，支路上流过的电流较小时，其并联的数量可以较少，每一个支路上的可控开关的并联数量可根据实际情况合理设置。例如，支路Z1上流过的电流较小，支路Z1上并联的可控开关的数量为2个；支路Z2上流过的电流较大，支路Z2上并联的可控开关的数量为4个。

需要说明的是，控制支路的个数可根据实际需要合理确定，例如设置为两个控制支路、三个控制支路或者更多个控制支路等，本实施例仅作示意性说明，对此不作任何限制。

本实施例还提供一种引爆装置，包括如上述实施例中任一所提及的引爆电路。该引爆装置采用了上述引爆电路，进而提高了整个装置的可靠性。

在一实施例中，如图5所示，上述引爆装置还包括：驱动电路10，与引爆电路连接，用于提供引爆信号。

下面以待引爆物为火工品为例进行详细说明。如图5和图6所示，火工品引爆装置包括FPGA、驱动电路、MOS管。FPGA选用ACTEL公司的A3P1000－PQ208I，集成了高速串行总线接收端SC的IP核，信号滤波IP等。使用LT公司的LT4363作为驱动控制芯片，该芯片通过电荷泵的控制形式控制MOS开关通断，见图5。下面对驱动电路及MOS管部分进行阐述。

图5中使用LT公司的LT4363(N16)控制输出通断，该芯片为输入浪涌电流控制芯片，实际使用中将浪涌电流检测电阻短路，使电路一直处于稳定导通状态，通过控制欠压UV端来实现电路的通断控制。具体原理是当控制芯片LT4363的UV端电压大于门槛电压1.27V时，控制芯片正常工作，芯片内部电荷泵加压输出驱动信号；当控制芯片LT4363的UV端悬空或电压小于门槛电压1.27V时，控制芯片停止工作。

火工品引爆电路通过内部总线一旦收到飞控计算机发送的时序指令，其FPGA输出信号SX1＿B到LT4363的控制端UV使LT4363开始工作，UV的门槛电压为1.27V。由于SX1＿B为5V、R310为51K、R230为36K，经计算LT4363工作的门槛电压为2V。控制芯片的GATE端及OUT端输出压差约为12V的电压，控制时序MOS开关管闭合。

为减小印制板面积，火工品引爆电路中的MOS管使用Infineon公司的BSC035N10NS5，该MOS管的主要参数如下。工作节温为－55℃￣175℃；耐压为100V；最大工作电流为100A；最大结电阻为3.5mΩ。火工品引爆电路的MOS管均采用冗余设计，每路输出使用两只MOS管，电流由2个MOS管分担，以降低总发热量。

需要说明的是，可采用其他公司其他牌号的MOS管代替本实施例中的BSC035N10NS5，用其他驱动电路代替本实施例中LT4363作为控制芯片驱动MOS管开关，均可以达到本发明的目的。

为了实现多路火工品引爆电路的控制，本实施例中的引爆装置包括FPGA、驱动电路、MOS管、光电耦合器等，功能框图见图6。飞控计算机的控制指令通过内部总线发给FPGA进行译码、控制，FPGA输出有效的时序信号，然后由驱动电路输出到MOS管输入端，由MOS管输出有效电平引爆对应的火工品。火工品引爆电路还设计有信号的回测功能，包括对火工品引爆状态回测和对时序长度进行回测。火工品引爆回测信号经光耦隔离后，通过FPGA供飞控计算机读取火工品引爆状态。

对于所有的多路火工品引爆电路，FPGA及驱动电路均相同，而MOS管电路根据输出电流、冗余、负载特性等不同的要求，各路采取了不同方案。对于可靠性要求较高的时序，MOS管可以采用串并联；对于负载电流较大的时序，MOS管可以采用4个并联；对于感性负载，MOS管输出对地还需要增加消反峰电路。

本实施例中引爆装置具如下优点：1)采用的MOS管体积很小，但流过的电流很大，在一块印制板上可以集成几十路甚至上百路火工品引爆电路，大大减小了电子仪器的体积；2)采用的MOS管内阻很小，流过的大电流基本不会发热，降低了对仪器散热设计的工作量；3)采用的MOS管开关动作速度快，反映灵敏，没有敏感方向，安装方便，降低了布局布线的设计难度；4)MOS管驱动电路设计简单，采用具有电荷泵功能的集成芯片，在原有电路上不增加太多硬件，电路设计简单可靠。通过将原来体积较大的整机产品设计为一个板卡模块，使火工品引爆电路集成在综合电子系统中成为可能。火工品引爆电路作为整个系统(整机)的一个部组件，提高了电气产品的集成度，同时降低了电气系统的重量和复杂度，最终提高整个电气系统的可靠性，满足对运载火箭飞行控制的要求。

上述引爆装置，能够满足商业运载火箭火工品引爆(电磁阀开关)控制的要求，电路设计安全可靠、集成度高，相同体积的火工品引爆电路所输出的时序路数是传统方案的五倍以上、输出电流也达到五倍以上，而且所设计电路经过环境试验及系统试验考核，有利于电子设备或电气系统的集成化和小型化设计；尤其适用于运载火箭(或导弹武器)的综合控制器、时序分离装置、发动机流量调节装置，以及需要大电流开关量控制的军用或民用设备中。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (11)

1.一种引爆电路，其特征在于，包括：

控制支路，其一端与待引爆物连接，包括并联连接的至少两个可控开关，所述至少两个可控开关的控制端相互连接，所述控制端还与用于控制所述待引爆物引爆的引爆信号连接。

2.根据权利要求1所述的引爆电路，其特征在于，还包括：

保护单元，并联连接于所述可控开关的控制端与所述控制支路的一端之间。

3.根据权利要求1所述的引爆电路，其特征在于，还包括：

驱动单元，串联连接于所述控制端与引爆信号之间。

4.根据权利要求1所述的引爆电路，其特征在于，还包括：

放电二极管，其正极与所述可控开关的控制端连接，其负极与所述引爆信号连接。

5.根据权利要求1所述的引爆电路，其特征在于，还包括：

消反峰单元，与所述控制支路的一端连接。

6.根据权利要求5所述的引爆电路，其特征在于，所述消反峰单元包括：

并联连接的的消反峰二极管和消反峰电阻；

所述消反峰二极管的负极与所述控制支路的所述一端连接，正极与所述消反峰电阻的一端连接；

所述消反峰电阻的另一端与地线连接。

7.根据权利要求1所述的引爆电路，其特征在于，还包括：

滤波单元，与所述可控开关的控制端连接。

8.根据权利要求1所述的引爆电路，其特征在于，还包括：

限流单元，与所述控制支路的一端串联连接。

9.根据权利要求1－8任一所述的引爆电路，其特征在于，包括：

多路所述控制支路，每一个所述控制支路上均连接有一所述待引爆物。

10.一种引爆装置，其特征在于，包括：

如权利要求1－9任一所述的引爆电路。

11.根据权利要求10所述的引爆装置，其特征在于，还包括：

驱动电路，与所述引爆电路连接，用于提供所述引爆信号。