CN109947001B - 一种电磁阀节能控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁阀节能控制电路，包括：DC/DC电路和二极管D2；其中，DC/DC电路和二极管串联；DC/DC电路的输入端与一个外部控制通道相连接；二极管的输出端与另一个外部控制通道相连接，二极管的输出端与被控电磁阀相连接。本发明使控制器具有体积小、重量轻、发热量低的特点，既可应用于地面测发控系统，也可应用于箭上电气系统，具有很高的灵活性。

Description

一种电磁阀节能控制电路

技术领域

本发明属于运载火箭电气系统技术领域，尤其涉及一种电磁阀节能控制电路。

背景技术

电磁阀是一种有活动部件的电磁机构，被广泛应用于运载火箭动力系统技术领域。箭上电磁阀在高电压、大电流情况下长时间工作会导致发热量过大，为保证箭上发动机电磁阀长时间工作下的可靠性，发动机的部分箭上电磁阀需进行节能控制。

如图1所示，电磁阀工作原理：阀门动作前，其磁路有空气隙，因此需要有较大的激磁电流才能产生足够磁力吸动活动部件动作。电磁阀动作后，磁路空气隙消失，电磁阀只需较小的激磁电流就能产生吸力使电磁阀维持可靠接通。因此电磁阀对供电电压的要求是：启动时需高电压(34V)，维持电磁阀接通时保持电压较低(20V)。电磁阀在启动过程需要提供较高的电压，在稳定工作状态下的保持电压不能太高，以防止电磁阀高电压、大电流情况下长时间工作过热造成的可靠性降低(如运载火箭推迟等情况，会需要电磁阀长时间工作，有可能造成电磁阀工作时间超出其正常连续工作时间)。

目前常规节能控制方法主要有两种：

(a)在动力系统给箭上电磁阀通电时，节能器将供电电压全部加到电磁阀的两端，使电磁阀打开；在电磁阀完全打开后，节能器开始工作，通过RC电路进行秒级延时后,在回路串入功率电阻，从而降低通过电磁阀的电流，使电磁阀降低功耗，从而达到长时间给电磁阀通电的目的。此种方法需要选用大功率电阻，同时配备散热用风扇，具有体积大、发热量高的缺点；

(b)采用两台不同电压输出的标准电源，其中一台标准电源输出保持电压20V，另一台电源输出启动电压34V。当节能电磁阀需要动作时，触点J1、J2同时闭合，节能电磁阀的供电电源电压为34V。保持500ms后触点J2断开，J1保持闭合，节能电磁阀电源电压切换为20V。此种方式需额外增加一台直流电源，使得体积大，发热量高，并且增加了成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种电磁阀节能控制电路，使控制器具有体积小、重量轻、发热量低的特点，既可应用于地面测发控系统，也可应用于箭上电气系统，具有很高的灵活性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种电磁阀节能控制电路，包括：DC/DC电路和二极管D2；其中，DC/DC电路和二极管串联；DC/DC电路的输入端与一个外部控制通道相连接；二极管的输出端与另一个外部控制通道相连接，二极管的输出端与被控电磁阀相连接。

上述电磁阀节能控制电路中，所述DC/DC电路包括：电容C1、电容C2、电容C3、TPS5450芯片、电容C4、二极管D1、电感L1、电解电容C5、电容C6、电阻R1和电阻R2；其中，电容C1的一端与TPS5450芯片的7脚相连接，电容C1的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；电容C2的一端与TPS5450芯片的7脚相连接，电容C2的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；电容C3的一端与TPS5450芯片的7脚相连接，电容C3的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；TPS5450芯片的7脚与电源正端相连接；TPS5450芯片的6脚与TPS5450芯片的9脚相连接，TPS5450芯片的9脚与输入端的负线相连接；TPS5450芯片的8脚与电容C4的一端相连接，电容C4的另一端与TPS5450芯片的1脚相连接；二极管D1的一端与TPS5450芯片的8脚相连接，二极管D1的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；电感L1的一端与TPS5450芯片的8脚相连接，电感L1的另一端与二极管D2相连接；电解电容C5的一端与电感L1的另一端相连接，电解电容C5的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接，电容C6的一端与电感L1的另一端相连接，电解电容C6的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接，电阻R1的一端与电感L1的另一端相连接，电阻R1的另一端与TPS5450芯片的4脚相连接，电阻R2的一端与电阻R1的另一端相连接，电阻R2的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接。

上述电磁阀节能控制电路中，所述电容C1为4.7u。

上述电磁阀节能控制电路中，所述电容C2为4.7u。

上述电磁阀节能控制电路中，所述电容C3为0.01u。

上述电磁阀节能控制电路中，所述电容C4为0.01u。

上述电磁阀节能控制电路中，所述电感L1为100uH。

上述电磁阀节能控制电路中，所述电解电容C5为330u。

上述电磁阀节能控制电路中，所述电容C6为0.01u。

上述电磁阀节能控制电路中，所述电阻R1为10K欧姆，所述电阻R2为723欧姆。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明通过小型化、低功耗设计，使其具备体积小、发热量低、使用灵活的特点，以满足箭上、地面对节能电磁阀控制需求。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是现有技术的电磁阀的示意图；

图2是本发明实施例提供的电磁阀节能控制电路的框图；

图3是本发明实施例提供的DC/DC电路的示意图；

图4是本发明实施例提供的单路接通通路和节能通路电路示意图；

图5是本发明实施例提供的图4中的DC/DC电路的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图2是本发明实施例提供的电磁阀节能控制电路的框图。如图2所示，该电磁阀节能控制电路包括DC/DC电路和二极管D2；其中，DC/DC电路和二极管串联；DC/DC电路的输入端与一个外部控制通道相连接；二极管的输出端与另一个外部控制通道相连接，二极管的输出端与被控电磁阀相连接。

工作原理：该电路通过内部DC-DC降压模块，将外部电源输入变换至节能电磁阀所需的工作电压，一次电压和二次电压通过二极管进行隔离，以防止电源倒灌。外部通过控制信号控制开关接通顺序以及接通间隔时间，完成节能电磁阀控制功能。

图3是本发明实施例提供的DC/DC电路的示意图。如图3所示，DC/DC电路包括：电容C1、电容C2、电容C3、TPS5450芯片、电容C4、二极管D1、电感L1、电解电容C5、电容C6、电阻R1和电阻R2。其中，

电容C1的一端与TPS5450芯片的7脚相连接，电容C1的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；电容C2的一端与TPS5450芯片的7脚相连接，电容C2的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；电容C3的一端与TPS5450芯片的7脚相连接，电容C3的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；

TPS5450芯片的7脚与电源正端相连接；

TPS5450芯片的6脚与TPS5450芯片的9脚相连接，TPS5450芯片的9脚与输入端的负线相连接；

TPS5450芯片的8脚与电容C4的一端相连接，电容C4的另一端与TPS5450芯片的1脚相连接；

二极管D1的一端与TPS5450芯片的8脚相连接，二极管D1的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接，

电感L1的一端与TPS5450芯片的8脚相连接，电感L1的另一端与二极管D2相连接；

电解电容C5的一端与电感L1的另一端相连接，电解电容C5的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接，

电容C6的一端与电感L1的另一端相连接，电解电容C6的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接，

电阻R1的一端与电感L1的另一端相连接，电阻R1的另一端与TPS5450芯片的4脚相连接，

电阻R2的一端与电阻R1的另一端相连接，电阻R2的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接。

电容C1为4.7u。电容C2为4.7u。电容C3为0.01u。电容C4为0.01u。电感L1为100uH。电解电容C5为330u。电容C6为0.01u。电阻R1为10K欧姆，所述电阻R2为723欧姆。通过将以上各个元件的取值，从而能够很好的满足箭上、地面对节能电磁阀控制需求。

表决输出为输出开关，接收外部控制指令，可以根据需要实现三冗余表决、串并联、单触点输出；DC/DC为开关稳压芯片，能量转换效率可达85％以上，输出电压可灵活调整。

控制决策组合共计有11个节能电磁阀，节能电磁阀控制有28V启动电压和18V常态电压两种工作状态，设计采用DC转换实现28V至18V的电压变换，共设计11个电压转换单元。

选用美国Ti公司的DC转换器TPS5450(尺寸：6.2mm×4.8mm×1.56mm),电压输入范围：5.5V～36V，最大可输出电流5A。

图4是本发明实施例提供的单路接通通路和节能通路电路示意图。如图4所示：

输入接口：接通通路和节能通路为独立的两路输入，分别通过配电控制模块两路开关控制(开关控“供电+”信号，“开关-”信号经过节能控制组合直接连接至电磁阀负载)；接通通路直接连接配电控制模块和电磁阀负载，节能通路采用双冗余设计，由两个DC/DC模块和两个防倒灌二极管并联组成。

输出接口：接通通路和节能通路汇合到一点输出，为避免电路相互干扰，接通通路和节能通路输出端分别增加一防倒灌二极管。

测试接口：接通通路和节能通路防倒灌二极管前分别引出测试点，与“供电-”形成回路，测试通路电压和电流。

如图5所示，DC/DC模块选用进口元器件NQ60，DC/DC电源模块可以通过调整“TRIM”与-“VOUT”间的电阻值，可以调整输出电压，其外部接口电路图如图5所示。

保险丝F1、F2与DC/DC的1脚相连，电位器R5的滑动端与DC/DC的6脚相连。其中R1、R2、R3、R4主要用于与电位器R5一起调节输出电压，可根据需求灵活设置。

本实施例采用高可靠、小型化、低功耗设计，实现了以下目标：a)小型化设计，可以嵌入测控单机设备内部；b)高能量转化效率，不需额外配置散热风扇；c)切换时间精确，高压、低压切换时间由数字控制器控制，精度不大于1ms；d)使用灵活。既可在地面测发控系统使用，也可在箭上使用，节能电压灵活可调整。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电磁阀节能控制电路，其特征在于包括：DC/DC电路和二极管D2；其中，DC/DC电路和二极管串联；DC/DC电路的输入端与一个外部控制通道相连接；二极管的输出端与另一个外部控制通道相连接，二极管的输出端与被控电磁阀相连接；

所述DC/DC电路包括：电容C1、电容C2、电容C3、TPS5450芯片、电容C4、二极管D1、电感L1、电解电容C5、电容C6、电阻R1和电阻R2；其中，

电容C1的一端与TPS5450芯片的7脚相连接，电容C1的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；电容C2的一端与TPS5450芯片的7脚相连接，电容C2的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；电容C3的一端与TPS5450芯片的7脚相连接，电容C3的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；

TPS5450芯片的7脚与电源正端相连接；

TPS5450芯片的6脚与TPS5450芯片的9脚相连接，TPS5450芯片的9脚与输入端的负线相连接；

TPS5450芯片的8脚与电容C4的一端相连接，电容C4的另一端与TPS5450芯片的1脚相连接；

二极管D1的一端与TPS5450芯片的8脚相连接，二极管D1的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；

电感L1的一端与TPS5450芯片的8脚相连接，电感L1的另一端与二极管D2相连接；

电解电容C5的一端与电感L1的另一端相连接，电解电容C5的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；

电容C6的一端与电感L1的另一端相连接，电解电容C6的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接；

电阻R1的一端与电感L1的另一端相连接，电阻R1的另一端与TPS5450芯片的4脚相连接；

电阻R2的一端与电阻R1的另一端相连接，电阻R2的另一端与TPS5450芯片的9脚相连接。

2.根据权利要求1所述的电磁阀节能控制电路，其特征在于：所述电容C1为4.7u。

3.根据权利要求1所述的电磁阀节能控制电路，其特征在于：所述电容C2为4.7u。

4.根据权利要求1所述的电磁阀节能控制电路，其特征在于：所述电容C3为0.01u。

5.根据权利要求1所述的电磁阀节能控制电路，其特征在于：所述电容C4为0.01u。

6.根据权利要求1所述的电磁阀节能控制电路，其特征在于：所述电感L1为100uH。

7.根据权利要求1所述的电磁阀节能控制电路，其特征在于：所述电解电容C5为330u。

8.根据权利要求1所述的电磁阀节能控制电路，其特征在于：所述电容C6为0.01u。

9.根据权利要求1所述的电磁阀节能控制电路，其特征在于：所述电阻R1为10K欧姆，所述电阻R2为723欧姆。

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