CN110389552A - 一种能够消除上电风险的定标与电源控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够消除上电风险的定标与电源控制电路，解决了现有高光谱成像仪系统控制器中定标及电源控制电路存在锁存器芯片上电时输出不定态，从而导致继电器驱动芯片内部的OC指令执行通道导通，致使后续电路出现误动作的问题。该电路包括3块电源芯片、锁存器芯片、继电器驱动芯片以及两个继电器；所述锁存器芯片的MR管脚连接RC电路；锁存器芯片的CP管脚与或门芯片连接；锁存器芯片的每一个输出管脚与继电器驱动芯片每一个输入管脚之间均串联750欧电阻，且同时对地接510欧电阻。
Description
技术领域
本发明属于电学技术领域，具体涉及一种能够消除上电风险的定标与电源控制电路。
背景技术
高光谱成像仪系统用于全球目标区获取高光谱影像数据，用以支持我国环境监测、防灾减灾等业务工作，同时为国土资源、水利、农业、林业、地震等多个领域提供卫星数据资源支撑和业务化应用服务。
高光谱成像仪系统分为3台单机，分别为主体、信号处理器、控制器。其中主体实现可见、短波红外两个通道光谱成像信息光电转换；信号处理器单机包含2块压缩电路、1块红外信号处理电路、1块制冷机驱动电路、1组二次电源模块(提供可见、红外、压缩、制冷电路二次电源)；控制器实现系统运行控制、遥测量采集。
光谱仪控制器是高光谱成像仪系统的重要组成部分，主要完成以下功能：
接收卫星数据管理系统下发的总线遥控命令及遥测命令。
接收卫星数据管理系统下发的间接控制命令。
接收来自卫星电源系统的主备两路+30.5V电源供电电压。
输出卫星数据管理系统直接遥测信息。
响应总线遥控命令及转发总线对可见光成像电路、红外光成像电路、压缩编码电路参数设置命令和控制命令。
响应总线定标遥控命令，设置定标工作。
采集可见光成像电路、红外光成像电路、压缩编码电路工作电压。
通过内部总线接收可见光成像电路、红外光成像电路、压缩编码电路内部工作状态信息。
与卫星数管分系统通信采用CAN总线，通信速率为307.2kbps。
内部总线采用RS485总线，通信速率为57600bps，主备份各设计有两路双向RS485总线两路单向输出RS485总线，RS485总线与CPU之间采用FPGA进行串并转换。
高光谱成像仪系统均需要一个控制器进行控制，现有的控制器主要由模拟量遥测电路、下位机控制电路、定标与电源控制电路、摆镜驱动控制电路、继电器控制电路、二次电源模块几部分组成；在控制过程中定标电源与控制电路主要进行：
1、可见光、红外星上光谱定标加断电指令驱动，定标电源转换；
2、可见光成像电路加断电、压缩编码电路加断电指令执行功能，输出二次电源使能信号到信号处理器内二次电源模块；
3、红外焦面+10V加断电指令驱动，输出OC控制信号到信号处理器；
4、秒脉冲信号接收、监视及转发功能。
现有的定标及电源控制电路主要组成电路框图如下图1所示，包括3块MSK5130电源芯片，定标控制继电器的驱动控制信号由下位机电路产生，经54HC573锁存器芯片锁存后由LB8169继电器驱动芯片执行驱动输出，产生驱动从而控制继电器吸合。但是，现有的定标与电源控制电路的锁存器54HC573上电时输出不定态，当输出为1时，后续对应的LB8169继电器驱动芯片内部的OC指令执行通道导通，产生继电器线圈误动作，导致二次电源模块使能有效，产生负载电流。
发明内容
本发明的目的是提供了一种能够消除上电风险的定标与电源控制电路，解决了现有高光谱成像仪系统控制器中定标及电源控制电路存在锁存器芯片上电时输出不定态，从而导致继电器驱动芯片内部的OC指令执行通道导通，致使后续电路出现误动作的问题。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种能够消除上电风险的定标与电源控制电路，包括3块电源芯片、锁存器芯片、继电器驱动芯片以及两个继电器；
其改进之处是：所述锁存器芯片的MR管脚连接RC电路；锁存器芯片的CP管脚与或门芯片连接；
锁存器芯片的每一个输出管脚与继电器驱动芯片每一个输入管脚之间均串联750欧电阻，且同时对地接510欧电阻。
进一步地，上述锁存器芯片型号为54AC273或74AC273，相应的所述或门芯片型号为54HC32或74HC32。
进一步地，上述继电器驱动芯片型号为LB8169。
进一步地，上述继电器驱动芯片设置四个输入管脚。
本发明的有益效果是：
本发明通过在现有定标与电源控制电路更换了锁存器芯片以及或门芯片，同时在锁存器芯片上加入RC电路、在锁存器芯片和继电器驱动芯片之间串接了分压电阻以及接地电阻，从而解决了现有高光谱成像仪系统控制器中定标及电源控制电路存在锁存器芯片上电时输出不定态，从而导致继电器驱动芯片内部的OC指令执行通道导通，致使后续电路出现误动作的问题，使得定标与电源控制电路更加安全、可靠的使用。
附图说明
图1为现有定标电源与控制电路的原理框图；
图2为本发明提供的定标电源与控制电路的原理框图；
图3为本发明提供的定标电源与控制电路的结构示意图；
图4为继电器驱动芯片LB8169内部原理图；
图5为锁存器芯片54AC273 VCC电源端与Q0输出端上电过程的电压变化曲线图；
图6为继电器驱动芯片LB8169输入电压与负载电流曲线图；
图7为锁存器芯片54AC273输出信号与下位机电路单片机80C32复位信号波形曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种能够消除上电风险的定标与电源控制电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分；再次，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
基于现有定标及电源控制电路出现的问题，本发明给出一种能够消除上电风险的定标与电源控制电路的具体实施例，如图2和图3所示：
该电路包括3块电源芯片(本实施例中三块电源芯片的型号均为MSK5130)、锁存器芯片(锁存器芯片型号可以为54AC273或74AC273，本实施例中采用54AC273)、继电器驱动芯片(本实施例中继电器驱动芯片型号为LB8169)以及两个继电器；其中，锁存器芯片54AC273的MR管脚连接RC电路；锁存器芯片54AC273的CP管脚与或门芯片(或门芯片型号为54HC32或74HC32，本实施例中为配合锁存器芯片54AC273，或门芯片的型号选用54HC32)连接；锁存器芯片的每一个输出管脚与继电器驱动芯片每一个输入管脚之间均串联750欧电阻，且同时对地接510欧电阻。
更加具体的是：本实施例中继电器驱动芯片LB8169设置四个输入管脚，分别为INA1、INB1、INC1、IND1，相应的锁存器芯片54AC273对应的输出管脚分别为Q0、Q1、Q2、Q3；其中，输出管脚Q0与输入管脚INA1之间、输出管脚Q1与输入管脚INB1之间、输出管脚Q2与输入管脚INC1之间、输出管脚Q3与输入管脚IND1之间均串联有750Ω的电阻(图3中的编号分别为R74、R76、R78、R80)。
基于上述电路结构的描述，现对本实施例中的关键点进行详细的分析说明：
一、锁存器芯片、继电器驱动芯片的选取
表1为锁存器芯片54AC273的真值表，RESET信号为低电平时输出信号保持低电平；RESET信号为高电平时，在CLK信号上升沿锁存输入Dn信号到输出Qn端。在RESET端接RC电路，实现上电时先置低电平，电容充电后置高电平(锁存器芯片74AC273与锁存器芯片54AC273一致)，这样使得上电时，锁存器芯片54AC273或锁存器芯片74AC273输出为低，不会导致后续继电器误动作，而充电后置高电平，又能使得54AC273或者74AC273输出在CLOCK信号作用下，产生系统所需要的高电平或者低电平，驱动或者不驱动。
表1锁存器芯片54AC273或锁存器芯片74AC273的真值表
[注]：L代表低电平，H代表高电平，X代表任意态，↑代表上升沿
由于锁存器芯片54HC573是在输入LE信号下降沿锁存信号，而锁存器芯片54AC273或锁存器芯片74AC273是在输入LE信号的上升沿锁存信号，因此在使用锁存器芯片54AC273时需要将或非门芯片54HC02更换为或门芯片54HC32，同理在使用锁存器芯片74AC273时需要将或非门芯片54HC02更换为或门芯片74HC32。
继电器驱动芯片LB8169的原理如图4所示，该芯片为4路NPN型双冗余译码输出驱动电路，每1路译码电路都有IN1和IN2两路输入控制端，当IN1和IN2都为高电平时驱动电路导通。在高光谱相机控制器中，将IN1和IN2信号合并由54HC573的一路输出信号控制。
继电器驱动芯片LB8169输入信号达到5V时，内部三极管工作在饱和区，表现为开关状态，输出驱动能力达到200mA；如果输入信号低于5V时，内部三极管工作在放大区或浅饱和区，输出驱动能力小于200mA。
选用的继电器最长动作时间为5ms，实际使用时3路继电器并联后电阻为1.3k，吸合电流最大为23mA。
根据实测结果，继电器驱动芯片LB8169输入端信号1.3V以上信号时即有可能导通。为避免在上电期间，54AC273芯片内部RESET电路工作之前，锁存器芯片54AC273输出不确定态(可能为高电平，与芯片电源电压一致)时继电器驱动芯片LB8169导通，导致继电器误动作。在锁存器芯片54AC273的输出端与继电器驱动芯片LB8169的输入端之间对地接电阻分压，以保证上电期间锁存器芯片54AC273的RESET置初值功能有效前，继电器驱动芯片LB8169的输入信号低于导通电压，不产生误动作。
锁存器芯片54AC273在上电过程中，随着供电电压VCC的上升到一定电压后，内部逻辑才开始工作，在此之前清零端RESET功能未生效，输出信号为内部不定态逻辑。图5为锁存器芯片54AC273VCC电源端与Q0输出端上电过程的电压变化曲线，图中显示在上电过程中锁存器芯片54AC273Q0输出端经过了先上升至约0.9V,再由RESET信号RC控制置0的过程。经多次此时，输出信号在清零之前的电压值不大于0.9V。
二、锁存器芯片、继电器驱动芯片之间分压电阻的确定
继电器驱动芯片LB8169当前工作条件下，截止状态下所对应最大Vin值和饱和状态下所对应最小Vin值。考虑到设备的实际最大工况，将这两个电压值标定为0.6V与1.8V。
电阻取值原则就是，在锁存器芯片54AC273上电输出最大电压0.9V时，电阻分压值不大于0.6V，而在锁存器芯片54AC273稳态输出逻辑“1”时，分压值不小于1.8V，再考虑锁存器芯片54AC273输出端的最大承载电流(±50mA)及继电器驱动芯片LB8169输入电端流(100uA)，取电阻值分别为750Ω与510Ω。这样，在上电瞬间，继电器驱动芯片LB8169输入端电压最大为0.36V，确保截止，在锁存器芯片54AC273稳态输出逻辑“1”时，继电器驱动芯片LB8169输入端电压为1.367V，确保饱和，如图6所示。
下面是对本实施提供的定标及电源控制电路中锁存器芯片54AC273在使用过程中几个不同阶段的试验验证：
一、锁存器芯片54AC273上电期间输出端波形验证
本实施例中锁存器芯片54AC273VCC电源端与Q0输出端上电过程的电压变化曲线如图5所示，上电之后输出信号随电源电压而上升，在RESET功能有效后输出信号置0。
图5中B处波形为锁存器芯片54AC273输出信号引脚波形(Q0输出端)，最大值为0.9V，经过后续电路分压后，在继电器驱动芯片LB8169输入端最大电压为0.36V，根据输入特性曲线，稳定处于截止状态。
二、下位机复位期间锁存器芯片54AC273输出波形验证
图7是控制器下位机电路单片机80C32复位信号reset与锁存器芯片54AC273输出波形比对结果。图7中C处波形为下位机电路reset信号，脉宽200ms(MAX813产生)，D处波形为锁存器芯片54AC273的输出信号。由图中可见，经过本实施例在单片机复位期间锁存器芯片54AC273输出信号稳定，未出现异常高电平；经过多次测试，结果稳定。
三、锁存器芯片54AC273正常工作期间测试验证
上电后，控制器CPU通过总线发送继电器开关指令时，对应地址的锁存器芯片54AC273在写信号的上沿对端口上的数据进行了锁存，经后级继电器驱动芯片LB8169驱动，继电器执行指定的开关动作。
基于上述实验验证本实施中提供的定标电源与控制板电路，有效的解决了现有高光谱成像仪系统控制器中定标及电源控制板存在锁存器54HC573芯片上电输出不定态，导致高光谱成像仪系统异常上电的风险。
最后所应说明的是，上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (4)
1.一种能够消除上电风险的定标与电源控制电路，
包括3块电源芯片、锁存器芯片、继电器驱动芯片以及两个继电器；
其特征在于：所述锁存器芯片的MR管脚连接RC电路；锁存器芯片的CP管脚与或门芯片连接；
锁存器芯片的每一个输出管脚与继电器驱动芯片每一个输入管脚之间均串联750欧电阻，且同时对地接510欧电阻。
2.根据权利要求1所述的能够消除上电风险的定标与电源控制电路，其特征在于：所述锁存器芯片型号为54AC273或74AC273，相应的所述或门芯片型号为54HC32或74HC32。
3.根据权利要求1所述的能够消除上电风险的定标与电源控制电路，其特征在于：所述继电器驱动芯片型号为LB8169。
4.根据权利要求1所述的能够消除上电风险的定标与电源控制电路，其特征在于：所述继电器驱动芯片设置四个输入管脚。
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