CN110749254B - 一种短延时触发点火电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短延时触发点火电路，包括电源降压电路、延时电路和发火电路；电源降压电路将电源的供电电压降至延时电路的工作电压；延时电路采用两级单稳态触发器，一级单稳态触发器根据触发信号输入端加载的脉冲信号开始延时，二级单稳态触发器在延时设定时间后输出触发信号触发发火电路；发火电路包括串联在电源与地之间的充电限流电阻、储能电容和电火工品；储能电容和电火工品的两端并联晶闸管；触发信号输入端加载脉冲信号使延时电路输出触发信号触发晶闸管导通时，储能电容通过晶闸管对电火工品放电，使电火工品起爆点火。本电路可在宽温度范围内尤其是在低温下可靠启动并稳定工作，可在宽电源范围工作的短延时触发点火电路。

Description

一种短延时触发点火电路
技术领域
本发明涉及一种延时触发点火电路，特别是一种可在宽温度范围内尤其是在低温下稳定工作、原理较简单、可在宽电源电压范围工作、可输出大电流的短延时触发点火电路。
背景技术
在引信电子系统中，需要在很宽的温度范围内尤其是在低温下(如-55℃)仍能可靠启动并稳定工作、在几伏到几十伏的宽电源电压范围内工作、原理较简单、适合小型化二次集成的延时在几毫秒的所谓的短延时触发点火电路。
目前的延时触发点火电路，多采用振荡计数式或MCU软件实现延时的方式，存在低温下可能无法可靠启动或稳定性差、原理复杂、对电源的性能要求高、不易进行小型化二次集成等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在宽温度范围内尤其是在低温下可靠启动并稳定工作、原理较简单、可在宽电源范围工作的短延时触发点火电路。同时，可提供10A的瞬态电流，而只需要几十毫安带载能力的电源。
实现本发明目的的技术方案：
一种短延时触发点火电路，包括电源降压电路、延时电路和发火电路；
电源降压电路将电源的供电电压降至延时电路的工作电压为延时电路供电；
延时电路采用两级单稳态触发器，一级单稳态触发器根据触发信号输入端TR+加载的脉冲信号开始延时一设定时间，二级单稳态触发器在延时设定时间后输出触发信号触发发火电路；
发火电路包括串联在电源与地之间的充电限流电阻、储能电容和电火工品，电源可通过充电限流电阻和电火工品向储能电容充电；
储能电容和电火工品的两端并联晶闸管；触发信号输入端TR+加载脉冲信号使延时电路输出触发信号触发晶闸管导通时，储能电容可通过导通的晶闸管对电火工品放电，使电火工品起爆点火。
进一步地，发火电路的串联支路上还设置有阻止储能电容向电源放电的第四二极管。
进一步地，所述晶闸管门极还通过第九电阻接地。
进一步地，电源向储能电容充电时，流过电火工品的最大电流小于电火工品的安全电流。
进一步地，晶闸管的维持电流大于电源向储能电容充电时的充电电流。
进一步地，所述延时电路还包括连接在两级单稳态触发器使能端的RC网络；通过RC网络延迟使能端上电。
进一步地，所述延时电路还包括分压电阻；
触发信号输入端TR+的脉冲信号上升沿加载后，经分压电阻分压后，输入到一级单稳态触发器的上升沿触发端，触发一级单稳态触发器，一级单稳态触发器的Q输出端输出一个脉冲，输出脉冲下降沿时触发二级单稳态触发器，使二级单稳态触发器的Q输出端输出脉冲触发发火电路。
进一步地，一级单稳态触发器的Q输出端反馈连接到其下降沿触发端；二级单稳态触发器的Q输出端反馈连接到其上升沿触发端。
采用上述技术方案，本发明的优点为：
电路可在10V～32V电源范围内工作，通过储能电容提供点火电流，对电源的负载能力要求低。采用单稳态触发器使能端延时加电及避免重复触发反馈连接方式，稳定性好。采用单稳态触发器延时方式，低温工作稳定。
附图说明
图1为本发明短延时触发点火电路的电路图，
其中，1为电源降压电路，2为延时电路，3为发火电路。
图2是本发明短延时触发点火电路实现延时触发点火时各点的波形图。
具体实施方式
如图1所示，本发明短延时触发点火电路包括电源降压电路1、延时电路2和发火电路3。VCC表示电源，其电压范围可在10V至32V甚至更宽。GND表示电源参考地。TR+表示触发信号输入端，输入触发信号为电压脉冲，上升沿有效。RL表示要被点火或引爆的电火工品。
电源降压电路1由电阻R1、二极管V1和稳压二极管V2组成。电阻R1的一端接至电源VCC，另一端接到二极管V1的正极和压二极管V2的负极，压二极管V2的正极接到电源参考地GND。二极管V1的负极是电源降压电路1的输出，也是延时电路2的电源端。
该电路可以将过高的电源VCC电压降至单稳D1可工作的电源电压，相当于为后面延时电路2提供电源电压。通常选用6V至10V的稳压二极管V2较好，则二极管V1负极的电压也是延时电路的电源约为5.5V至9.5V。提供的电压主要取决于稳压二极管V2的稳压值，提供的电流取决于电源VCC、电阻R1及稳压二极管V2的稳压值。
提供的电压＝V2-V1，提供的电流＝(VCC-V2)/R1。式中V2表示稳压管V2的稳压值，V1表示二极管V1的正向压降值，R1表示电阻R1的阻值，VCC表示电源VCC的电压。
选用的单稳的电源电压范围为3V至18V。选用5V至15V的稳压二极管V2，即可保证单稳D1正常工作。这样电源VCC电压值可用在10V至32V甚至更宽的范围。
电阻R1的值可根据电源VCC的大小在1KΩ～5KΩ间选取，保证能为延时电路(主要是单稳态触发器D1A、D1B)提供约3mA的电流即可。
延时电路2由电阻R2～R7、电容C1～C3、单稳态触发器D1A和D1B构成。其中单稳态触发器D1A、D1B选用低功耗、具有上升沿及下降沿触发功能、宽电源电压范围的单稳态触发器器件。
电阻R2一端接到触发信号输入端TR+，另一端接到电阻R3的一端和单稳态触发器D1A上升沿触发端4脚。电阻R3的另一端接到电源参考地GND。电阻R4的一端接到二极管V1的负极，另一端接到单稳态触发器D1A使能端3脚及单稳态触发器D1B的使能端13脚和电阻R5的一端。电阻R5的另一端接电源参考地GND，电容C3与电阻R5并联。电阻R6的一端接到二极管V1的负极，另一端接电容C1的一端及单稳态触发器D1A的2脚定时电阻及电容连接端。电容C1的另一端接电源参考地GND。电阻R7的一端接到二极管V1的负极，另一端接到电容C2一端及单稳态触发器D1B的14脚。电容C2的另一端接电源参考地GND。单稳态触发器D1A的Q输出端7脚(Q输出端)连接到下其降沿触发端5脚，单稳态触发器D1A的输出端6脚(Q输出端)接到单稳态触发器D1B的下降沿触发端11脚，单稳态触发器D1A的1脚接电源参考地GND。单稳态触发器D1B的Q输出端10脚反馈连接到其上升沿触发端12脚及二极管V3的正极，单稳态触发器D1B的15脚接电源参考地GND。单稳态触发器D1B的16脚(D1A及D1B共用电源端)接二极管V1的负极，8脚(单稳态触发器D1A及D1B共用地端)接电源参考地GND。
电路中的单稳态触发器D1A、D1B选用低功耗、具有上升沿及下降沿触发功能、宽电源电压范围的单稳态触发器器件如CD4098等，其工作电流为毫安级，具有上升沿触发和下降沿触发两种触发方式，工作电压可至3V～18V。
延时电路2采用两级单稳态触发器实现延时触发功能，触发信号输入端TR+接收到信号后，延迟T时间后，输出触发信号触发发火电路3。电路采用两级单稳态触发器态触发器实现延时触发功能，一级实现延时，延迟时间可通过定时电阻R6、电容C1调整。另一级输出触发信号，触发点火开关(晶闸管V7)导通。
触发信号输入端TR+的电压脉冲上升沿加载后，经电阻R2和R3分压，输入到单稳态触发器D1A的上升沿触发端4脚，单稳态触发器D1A被触发，其Q输出端6脚输出一个脉冲。由于Q输出端6脚接到单稳态触发器D1B的下降沿触发端11脚，那么Q输出端6脚输出脉冲下降沿会触发单稳态触发器D1B，使其Q输出端10脚输出脉冲，该脉冲信号则触发发火电路3完成点火功能。
延时T是触发信号输入端TR+加载信号到单稳态触发器D1B的10脚输出脉冲的时间，实际上就是单稳态触发器D1A的Q输出端6脚输出脉冲的宽度。电路各点的电压波形如图2。
根据单稳态触发器态触发器的功能，单稳态触发器D1A的Q输出端6脚输出脉冲的宽度也就是延时T，正比于外接定时电阻(本实施例中的电阻R6)和电容(本实施例中的电容C1)。通常延时T＝0.7R6×C1，R6为电阻R1的阻值，C1为电容C1的容值，这样可能通过调整电阻R6或电容C1的值调整延时的大小。
该电路用于产生1ms至几十毫秒的延时较合适，通常可选取电容C1的容值1nF～0.1uF，电阻R6的阻值100KΩ～500KΩ。电阻R7及电容C2的选取可参照电阻R6和电容C1，且R7×C2的值取约1ms即可，这样可保证充分触发晶闸管V7导通而又不用消耗太多电源能量。
电阻R4、R5及电容C3，将电源降压电路输出的电压分压，为单稳态触发器D1A、D1B的使能端R提供合适的高电平电压，电容C3的存在可使电源VCC加电瞬间，R端为低电平而不使能使单稳态触发器D1A、D1B复位(不使能)，避免单稳态触发器D1A和D1B输出端产生干扰信号。通常电容C3可取0.1uF，电阻R4取200KΩ以上，保证R4×C3≥20ms。电阻R5的阻值R5取2至3倍的电阻R4的阻值R4。电阻R2和电阻R3的选取分别参照电阻R4和电阻R5。
单稳态触发器D1A的Q输出端7脚反馈连接到其下降沿触发端5脚，单稳态触发器D1B的Q输出端10脚反馈连接接到其上升沿触发端12脚，是必要的，则屏蔽掉了单稳态触发器D1A和D1B的重复触发功能，可以避免单稳态触发器D1A和D1B处于被触发状态时，由于触发信号输入端TR+的开关抖动产生干扰沿时，被再次触发而导致电路工作不稳定且延时不可控等。
发火电路3由电阻R8和R9、二极管V3和V4、晶闸管V7、储能电容C4和电火工品RL构成。电阻R8的一端接到电源VCC，另一端接到二极管V4的正极。二极管V4的负极接到晶闸管V7的阳极和储能电容C4的一端。晶闸管V7的阴极接电源参考地GND，晶闸管V7的门极接二极管V3的负极和电阻R9的一端。电阻R9的另一端接电源参考地GND。储能电容C4的另一端接电火工品RL的一端。电火工品RL的另一端接电源参考地GND。
电源VCC加电后，电源VCC通过电阻R8、二极管V4和电火工品RL向储能电容C4充电。充电电流主要取决于电阻R8，通常电阻R8可取几十KΩ，充电电流最大几毫安。这样，电源VCC电流只需几毫安的带载能力即可满足发火电路的要求。
发火电路3完成充电后，触发信号输入端TR+有信号加载，延时电路2输出触发脉冲触发晶闸管V7导通，储能电容C4通过被触发导通的晶闸管V7对电火工品RL放电，电火工品RL通常只有几欧姆，因此放电电流最大可达10A以上，可使电火工品RL起爆完成点火。
最大放电电流＝(VCC-V4-V7)/RL。式中V4表示二极管V4的正向压降，V7表示晶闸管V7的导通压降，RL表示电火工品的等效电阻。放电电流最大通常可达10A以上，可使电火工品RL起爆完成点火。
电阻R9接在晶闸管V7门极，可以提高抗干扰能力，避免误触发。二极管V4可防止储能电容C4充电后，电源VCC出现波动等问题导致电源电压VCC降低时，储能电容C4向电源放电。二极管V3的作用与二极管V4类似。
电阻R8为充电限流电阻，用于限制充电时流过电火工品RL的最大电流。这个电流必须小于电火工品RL的安全电流。这样充电时不会引爆电火工品，同时对电源的带载能力要求也很低。
通常电阻R8可取15KΩ～20KΩ，充电电流约2mA，小于电火工品的安全电流。
选用的晶闸管V7的维持电流，应大于充电电流，最好是充电电流的2倍至10倍。这样可以保证放电充分。充电时充电电流不足以维持晶闸管V7导通。这样，如果电源加电瞬间晶闸管V7意外触发导通，则会由于充电电流不能维持晶闸管V7导通而迅速关断，有利于提高可靠性。

Claims (7)

1.一种短延时触发点火电路，其特征在于：包括电源降压电路、延时电路和发火电路；
电源降压电路将电源的供电电压降至延时电路的工作电压为延时电路供电；
延时电路采用两级单稳态触发器，还包括分压电阻，触发信号输入端TR+的脉冲信号上升沿加载后，经分压电阻分压后，输入到一级单稳态触发器的上升沿触发端，触发一级单稳态触发器，一级单稳态触发器的Q输出端输出一个脉冲，输出脉冲下降沿时触发二级单稳态触发器，使二级单稳态触发器的Q输出端输出脉冲触发发火电路；一级单稳态触发器根据触发信号输入端TR+加载的脉冲信号开始延时一设定时间，二级单稳态触发器在延时设定时间后输出触发信号触发发火电路；
发火电路包括串联在电源与地之间的充电限流电阻、储能电容和电火工品，电源可通过充电限流电阻和电火工品向储能电容充电；
储能电容和电火工品的两端并联晶闸管；触发信号输入端TR+加载脉冲信号使延时电路输出触发信号触发晶闸管导通时，储能电容可通过导通的晶闸管对电火工品放电，使电火工品起爆点火。
2.根据权利要求1所述一种短延时触发点火电路，其特征在于：发火电路的串联支路上还设置有阻止储能电容向电源放电的第四二极管。
3.根据权利要求1所述一种短延时触发点火电路，其特征在于：所述晶闸管门极还通过第九电阻接地。
4.根据权利要求1所述一种短延时触发点火电路，其特征在于：电源向储能电容充电时，流过电火工品的最大电流小于电火工品的安全电流。
5.根据权利要求1所述一种短延时触发点火电路，其特征在于：晶闸管的维持电流大于电源向储能电容充电时的充电电流。
6.根据权利要求1所述一种短延时触发点火电路，其特征在于：所述延时电路还包括连接在两级单稳态触发器使能端的RC网络；通过RC网络延迟使能端上电。
7.根据权利要求1所述一种短延时触发点火电路，其特征在于：一级单稳态触发器的Q输出端反馈连接到其下降沿触发端；二级单稳态触发器的Q输出端反馈连接到其上升沿触发端。
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