CN110296022A - 具有较强适应性的固体点火模块 - Google Patents

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郭竟
宁艳艳
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Abstract

本发明公开一种具有较强适应性的固体点火模块，包括门限电路、滤波电路、固体继电器通用电路和输出电路。门限电路的输入端形成固体点火模块的输入，门限电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接固体继电器通用电路的输入端，固体继电器通用电路的输出端连接输出电路的输入端，输出电路的输出触点形成固体点火模块的输出。本发明对输入信号具有滤波功能，保证接通可靠性，同时具备常闭触点和常开触点及其中间点，可根据不同场合选择输出方式，使用灵活多变。

Description

具有较强适应性的固体点火模块
技术领域
本发明涉及固体继电器技术领域，具体涉及一种具有较强适应性的固体点火模块。
背景技术
随着航空航天、船舰及兵器系统系统逐步转向全电化，传统基于电磁继电器的电磁点火模块存在诸多弊端。虽然基于固态继电器的固体点火模块能较好的弥补这些缺陷，且性能更优异，便于系统集成，但是现有固体点火模块却存在以下不足：a)模块的接通过渡时间较长，开关损耗较高，影响模块寿命；b)滤波参数线性度不高，调整参数需专业技术人员；c)电容释放电路参数与模块输入电流关联度较高，调整限制较大；d)模块无常闭触点；e)模块输出端具有极性。
发明内容
本发明所要解决的是现有点火模块稳定性差和适应性不强的问题，提供一种具有较强适应性的固体点火模块。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
具有较强适应性的固体点火模块，包括门限电路、滤波电路、固体继电器通用电路和输出电路；门限电路的输入端形成固体点火模块的输入，门限电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接固体继电器通用电路的输入端，固体继电器通用电路的输出端连接输出电路的输入端，输出电路的输出触点形成固体点火模块的输出。
上述方案中，滤波电路由电阻R1～R7,三极管V2～V4和V6～V8，稳压管V1、V9,二极管V5，以及电容C1组成；电阻R1的一端形成滤波电路的输入端正极；电阻R1的另一端与稳压管V1负极，三极管V2、V3和V7的发射极，以及电阻R5的一端连接；三极管V2的基极，三极管V3基极和集电极和三极管V4的发射极相连；三极管V2的集电极、三极管V4的基极和电阻R2的一端相连；三极管V4的集电极、电阻R7的一端，电阻R4的一端，三极管V6的基极和二极管V5的正极相连；二极管V5的负极、三极管V6的发射极和电容C1的一端相连；三极管V6的集电极与电阻R3的一端连接；电阻R7的另一端与三极管V8的基极连接；三极管V8的发射极与稳压管V9的负极连接；三极管V8的集电极与电阻R5的另一端和电阻R6的一端连接；电阻R6的另一端与三极管V7基极连接；稳压管V1和V9的正极，电容C1的另一端，以及电阻R2～R4的另一端相连后，形成滤波电路的输入端负极和输出端负极。
上述方案中，输出电路由稳压管V10、V11,电阻R8～R10,以及场效应管Q1～Q3组成；稳压管V10的正极和场效应管Q1的栅极相连后，形成输出电路的第一组输入的一端，稳压管V10的负极和电阻R8的一端相连后，形成输出电路的第一组输入的另一端；场效应管Q1的漏极形成输出电路的第一输出触点；电阻R8的另一端与场效应管Q1的源极相连后，形成输出电路的第二输出触点；稳压管V11的负极与电阻R9和R10的一端相连后，形成输出电路的第二组输入的一端；稳压管V11的正极形成输出电路的第二组输入的另一端；电阻R9的另一端接场效应管Q2的栅极；电阻R10的另一端接场效应管Q3的栅极；场效应管Q2的漏极形成输出电路的第三输出触点；场效应管Q2和Q3的源极与稳压管V11的正极相连后，形成输出电路的第四输出触点；场效应管Q3的漏极形成输出电路的第五输出触点。
上述方案中，场效应管Q1为N沟道耗尽型场效应管；场效应管Q2和Q3为N沟道增强型场效应。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1、对输入信号具有滤波功能，保证接通可靠性，同时具备常闭触点和常开触点及其中间点，可根据不同场合选择输出方式，使用灵活多变。
2、滤波参数可调节范围较宽并可实现线性调节，稳定度高，参数设置简单，且接通过渡时间短，开关损耗小，适应性强。
3、输出包括常闭触点，无极性常开触点及其中间点，使用方法上可类似于电磁继电器，也可按照固体继电器使用方法使用，用户可根据使用习惯进行选择，使用方法灵活多变，适应性强，应用便捷。
4、门限电路作为输入初级电路，可有效识别点火模块的接通电压与关断电压，可设置两电压处于不同的电压值水平。
附图说明
图1为具有较强适应性的固体点火模块的电路原理图。
图2a)～e)为图1的使用示例图(其中输出电路采用简化绘制)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本发明进一步详细说明。
参见图1，一种具有较强适应性的固体点火模块，包括门限电路、滤波电路、固体继电器通用电路和输出电路。门限电路的输入端形成固体点火模块的输入，门限电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接固体继电器通用电路的输入端，固体继电器通用电路的输出端连接输出电路的输入端，输出电路的输出触点形成固体点火模块的输出。门限电路形成固体点火模块的一级控制电路，其作用是识别有效电压。滤波电路和固体继电器通用电路形成固体点火模块的二级控制电路，滤波电路可滤掉无效控制信号，保证后级固体继电器通用电路可靠动作，且电路参数可根据滤除的杂波信号特征进行设置。输出电路执行固体点火模块的输出。
所述滤波电路由电阻R1～R7,三极管V2～V4和V6～V8，稳压管V1、V9,二极管V5，以及电容C1组成。电阻R1的一端形成滤波电路的输入端正极。电阻R1的另一端与稳压管V1负极，三极管V2、V3和V7的发射极，以及电阻R5的一端连接。三极管V2的基极，三极管V3基极和集电极和三极管V4的发射极相连。三极管V2的集电极、三极管V4的基极和电阻R2的一端相连。三极管V4的集电极、电阻R7的一端，电阻R4的一端，三极管V6的基极和二极管V5的正极相连。二极管V5的负极、三极管V6的发射极和电容C1的一端相连。三极管V6的集电极与电阻R3的一端连接。电阻R7的另一端与三极管V8的基极连接。三极管V8的发射极与稳压管V9的负极连接。三极管V8的集电极与电阻R5的另一端和电阻R6的一端连接。电阻R6的另一端与三极管V7基极连接。稳压管V1和V9的正极，电容C1的另一端，以及电阻R2～R4的另一端相连后，形成滤波电路的输入端负极和输出端负极。
电阻R1和稳压管V1构成滤波电路的稳压源电路,通过调整电阻R1和稳压管V1的匹配值可适应较宽的电压范围。三极管V2～V4和电阻R2组成滤波电路的恒流源电路，该电路输出恒定的电流，可保证电容充电的线性度。恒流源电路与二极管V5和电容C1又共同组成滤波电路的线性充电回路，参数可线性调节，稳定度高。二极管V5、电容C1、三极管V6与电阻R3和R4组成滤波电路的放电回路，该放电回路参数调整除电容C1值外几乎不影响电路的其他参数，与其他电路关联度低，可实现单独调节，调节范围宽。电阻R5～R7,三极管V7和V8与稳压管V9组成滤波电路的阈值电路，该阈值电路中V7的驱动电流经V8放大，可使V7迅速进入饱和导通状态，从而可加速点火模块导通，缩短模块接通过渡时间，减小开关损耗。
流过三极管V4集电极的电流ICV4可由如下公式(1)得出：
ICV4＝(EV1-EV2(CE))/R2 (1)
其中，EV1为稳压管V1稳压值，EV2(CE)为三极管V2饱和管压降，电阻值要求R4远大于R2；
电容C1实时充电电压值EC1可由如下公式(2)得出：
其中，E0为电容C1初始电压，i(t)为电容充电电流，C为C1电容值。
电容C1主要通过三极管V6发射极后经集电极与电阻R3放电，少量通过V6基极与R4放电，三极管的β值较大时，放电回路的时间常数τ＝CR3。
电容C1电容充满电后电压值为：
E＝EV9+UON(V8)+ICV4R7-UV5 (3)
其中，EV9为稳压管V9稳压值，UON(V8)为三极管be极开启电压，UV5为二极管导通压降；ICV4为电容C1的充电电流即恒流源电流。
电容C1充电时间为：
t＝(EC1-E0)/CICV4 (4)
电容C1充电达到阈值电路阈值电压所需时间为：
tmax＝(EV9+UON(V8)+ICV4R7-UV5-E0)/CICV4 (5)
电容C1放电时间为3τ。滤波电路可滤掉脉冲宽度小于tmax且断电时间大于等于3τ的杂波控制信号。
所述输出电路由稳压管V10、V11,电阻R8～R10,以及场效应管Q1～Q3组成。其中场效应管Q1为N沟道耗尽型场效应管；场效应管Q2和Q3为N沟道增强型场效应。稳压管V10的正极和场效应管Q1的栅极相连后，形成输出电路的第一组输入的一端，稳压管V10的负极和电阻R8的一端相连后，形成输出电路的第一组输入的另一端。场效应管Q1的漏极形成输出电路的第一输出触点。电阻R8的另一端与场效应管Q1的源极相连后，形成输出电路的第二输出触点。稳压管V11的负极与电阻R9和R10的一端相连后，形成输出电路的第二组输入的一端。稳压管V11的正极形成输出电路的第二组输入的另一端。电阻R9的另一端接场效应管Q2的栅极。电阻R10的另一端接场效应管Q3的栅极。场效应管Q2的漏极形成输出电路的第三输出触点。场效应管Q2和Q3的源极与稳压管V11的正极相连后，形成输出电路的第四输出触点。场效应管Q3的漏极形成输出电路的第五输出触点。
输出电路具有使用方式多样，应用便捷，灵活度高的特点。第一输出触点和第二输出触点构成一对常闭触点。第三输出触点和第五输出触点构成一对常开触点，且该对触点使用时无极性。第三输出触点和第四输出触点构成一对常开触点，第四输出触点和第五输出触点构成一对常开触点。第四输出触点还可作为第三输出触点和第五输出触点的中间点。
图2a)为上述具有较强适应性的固体点火模块的第一种应用实例，输出电路的第一输出触点与电源VDD连接，第二输出触点经由信号检测回路接地，第三输出触点与电源VCC连接，第四输出触点悬置，第五输出触点经由点火负载接地。
第一输出触点和第二输出触点作为信号检测转换触点，系统上电后检测回路可检查到高电平信号，当点火模块动作时触点断开，检测回路检测到低电平，可根据信号电平的状态来判别点火模块的动作状态。第三输出触点和第五输出触点作为点火控制触点，在接受到有效控制信号后，触点闭合，整个点火回路接通，完成点火动作。该使用方法类似于电磁继电器使用方法，可直接完成替换。
图2b)为上述具有较强适应性的固体点火模块的第二种应用实例，输出电路的第一输出触点与电源VDD连接，第二输出触点经由信号检测回路接地，第三输出触点经由点火负载接地，第四输出触点悬置，第五输出触点与电源VCC连接。
第一输出触点和第二输出触点作为信号检测转换触点，系统上电后检测回路可检查到高电平信号，当点火模块动作时触点断开，检测回路检测到低电平，可根据信号电平的状态来判别点火模块的动作状态。第三输出触点和第五输出触点作为点火控制触点，在接受到有效控制信号后，触点闭合，整个点火回路接通，完成点火动作。使用方法类似于电磁继电器使用方法，可直接完成替换。
图2c)为上述具有较强适应性的固体点火模块的第三种应用实例，输出电路的第一输出触点与电源VCC连接，第二输出触点经由其他负载接地，第三输出触点与电源VCC连接，第四输出触点经由串联的二极管和信号检测回路后接地，第五输出触点经由点火负载接地。
第一输出触点和第二输出触点构成的常闭触点与其他负载相连，其他负载可包括检测电路，用电设备等，该负载的供电状态与点火回路的供电状态互斥，点火模块接通后该负载断电，点火模块断电后该负载恢复供电。第三输出触点和第五输出触点作为点火控制触点，在接受到有效控制信号后，触点闭合，整个点火回路接通，完成点火动作。同时，第四输出触点通过二极管与信号检测回路连接，当点火模块接通后，信号检测回路检测到高电平，当点火模块断开后，信号检测回路检测到低电平，点火模块断开后，可隔断信号检测回路与点火回路，排除点火回路对信号检测的干扰，使检测到的点火模块动作信号更可靠。
图2d)为上述具有较强适应性的固体点火模块的第四种应用实例，输出电路的第一输出触点与电源VCC连接，第二输出触点经由其他负载接地，第三输出触点经由点火负载接地，第四输出触点经由串联的二极管和信号检测回路接地，第五输出触点与电源VCC连接。
第一输出触点和第二输出触点构成的常闭触点与其他负载相连，其他负载可包括检测电路，用电设备等，该负载的供电状态与点火回路的供电状态互斥，点火模块接通后该负载断电，点火模块断电后该负载恢复供电。第三输出触点和第五输出触点作为点火控制触点，在接受到有效控制信号后，触点闭合，整个点火回路接通，完成点火动作。同时，第四输出触点通过二极管与信号检测回路连接，当点火模块接通后，信号检测回路检测到高电平，当点火模块断开后，信号检测回路检测到低电平，点火模块断开后，可隔断信号检测回路与点火回路，排除点火回路对信号检测的干扰，使检测到的点火模块动作信号更可靠。
图2e)为上述具有较强适应性的固体点火模块的第五种应用实例，输出电路的第一输出触点与电源VDD连接，第二输出触点经由信号检测回路接地，第三输出触点与电源VCC连接，第四输出触点经由点火负载接地，第五输出触点与电源VCC连接。
第一输出触点和第二输出触点作为信号检测转换触点，系统上电后检测回路可检查到高电平信号，当点火模块动作时触点断开，检测回路检测到低电平，可根据信号电平的状态来判别点火模块的动作状态。第三输出触点和第五输出触点同时接在点火电源正端，第四输出触点与点火负载相连，该接法可直接实现点火线路的并联冗余设计及点火模块的动作检测。
需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (4)

1.具有较强适应性的固体点火模块，其特征是，包括门限电路、滤波电路、固体继电器通用电路和输出电路；
门限电路的输入端形成固体点火模块的输入，门限电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接固体继电器通用电路的输入端，固体继电器通用电路的输出端连接输出电路的输入端，输出电路的输出触点形成固体点火模块的输出。
2.根据权利要求1所述的具有较强适应性的固体点火模块，其特征是，滤波电路由电阻R1～R7,三极管V2～V4和V6～V8，稳压管V1、V9,二极管V5，以及电容C1组成；
电阻R1的一端形成滤波电路的输入端正极；电阻R1的另一端与稳压管V1负极，三极管V2、V3和V7的发射极，以及电阻R5的一端连接；三极管V2的基极，三极管V3基极和集电极和三极管V4的发射极相连；三极管V2的集电极、三极管V4的基极和电阻R2的一端相连；三极管V4的集电极、电阻R7的一端，电阻R4的一端，三极管V6的基极和二极管V5的正极相连；二极管V5的负极、三极管V6的发射极和电容C1的一端相连；三极管V6的集电极与电阻R3的一端连接；电阻R7的另一端与三极管V8的基极连接；三极管V8的发射极与稳压管V9的负极连接；三极管V8的集电极与电阻R5的另一端和电阻R6的一端连接；电阻R6的另一端与三极管V7基极连接；稳压管V1和V9的正极，电容C1的另一端，以及电阻R2～R4的另一端相连后，形成滤波电路的输入端负极和输出端负极。
3.根据权利要求1所述的具有较强适应性的固体点火模块，其特征是，输出电路由稳压管V10、V11,电阻R8～R10,以及场效应管Q1～Q3组成；
稳压管V10的正极和场效应管Q1的栅极相连后，形成输出电路的第一组输入的一端，稳压管V10的负极和电阻R8的一端相连后，形成输出电路的第一组输入的另一端；场效应管Q1的漏极形成输出电路的第一输出触点；电阻R8的另一端与场效应管Q1的源极相连后，形成输出电路的第二输出触点；稳压管V11的负极与电阻R9和R10的一端相连后，形成输出电路的第二组输入的一端；稳压管V11的正极形成输出电路的第二组输入的另一端；电阻R9的另一端接场效应管Q2的栅极；电阻R10的另一端接场效应管Q3的栅极；场效应管Q2的漏极形成输出电路的第三输出触点；场效应管Q2和Q3的源极与稳压管V11的正极相连后，形成输出电路的第四输出触点；场效应管Q3的漏极形成输出电路的第五输出触点。
4.根据权利要求3所述的具有较强适应性的固体点火模块，其特征是，场效应管Q1为N沟道耗尽型场效应管；场效应管Q2和Q3为N沟道增强型场效应。
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