CN112066974B - 一种用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路 - Google Patents

一种用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，包含：依次通过电路连接的控制器组件、并联电路、继电器驱动电路、继电器组件和光源驱动电路；其中，光源驱动电路包含：与主光源通过电路连接的主光源驱动电路，以及与备光源通过电路连接的备光源驱动电路；由控制器组件输出的光源切换信号经过并联电路形成两个光源控制信号，并经过继电器驱动电路放大后控制继电器组件进行切换，根据光源控制信号在主光源驱动电路和备光源驱动电路中择一切换连通，实现对主光源和备光源的切换使用。本发明可有效降低光纤陀螺组合系统的功耗，且提高电路寿命和可靠性。

Description

一种用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路
技术领域
本发明涉及一种双光源切换电路，具体是指一种用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，属于卫星姿态控制系统的技术领域。
背景技术
现有技术中，在卫星上使用的光纤陀螺组合系统，主要包括有陀螺仪组件、供电电源、转接电路、通讯电路等组件。陀螺仪组件是个独立的光纤陀螺仪，具有单独敏感角速度的功能，其内部设置的光路组件也是独立的，即一个光纤陀螺仪内部包含一个光源。光源是光纤陀螺仪的核心器件，同时也是功耗最大的器件。
因此，想要尽可能的降低光纤陀螺仪的功耗，减少其内部光源的使用数量是一个有效的途径。
基于上述，本发明提出一种用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，不仅能够有效降低光纤陀螺组合系统的功耗，而且不会降低寿命和可靠性，从而有效解决现有技术中存在的缺点和限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，可有效降低光纤陀螺组合系统的功耗，且提高电路寿命和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供一种用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，包含：依次通过电路连接的控制器组件、并联电路、继电器驱动电路、继电器组件和光源驱动电路；其中，所述光源驱动电路包含：与主光源通过电路连接的主光源驱动电路，以及与备光源通过电路连接的备光源驱动电路；由控制器组件输出的光源切换信号经过并联电路形成两个光源控制信号，并经过继电器驱动电路放大后控制继电器组件进行切换，根据光源控制信号在主光源驱动电路和备光源驱动电路中择一切换连通，实现对主光源和备光源的切换使用。
所述控制器组件包含：主FPGA，与主上位机连接；备FPGA，与备上位机连接；所述主上位机和备上位机轮流切换发送主光源信号和备光源信号；所述主光源信号传输至主FPGA解析后，输出两个主光源切换信号；所述备光源信号传输至备FPGA解析后，输出两个备光源切换信号。
两个所述主光源切换信号和两个所述备光源切换信号均为脉冲宽度为100ms的高电平有效的脉冲控制信号。
所述并联电路分别与主FPGA和备FPGA通过电路连接，轮流切换接收主FPGA输出的两个主光源切换信号以及备FPGA输出的两个备光源切换信号；所述并联电路将接收到的两个主光源切换信号合成为主光源控制信号并输出至继电器驱动电路，将接收到的两个备光源切换信号合成为备光源控制信号并输出至继电器驱动电路。
所述继电器驱动电路根据接收到的主光源控制信号或备光源控制信号，分别驱动继电器组件进行切换，将电源轮流连通至主光源驱动电路或备光源驱动电路，轮流为主光源或备光源供电。
所述继电器驱动电路包含：主晶体管，与并联电路连接，接收主光源控制信号以导通主晶体管；备晶体管，与并联电路连接，接收备光源控制信号以导通备晶体管。
所述继电器组件包含：第一继电器，该第一继电器的第一线包分别连接主晶体管和主光源驱动电路，该第一继电器的第二线包连接备光源驱动电路，该第一继电器的移动触点一端连接电源；第二继电器，该第二继电器的第一线包连接主光源驱动电路，该第二继电器的第二线包分别连接备晶体管和备光源驱动电路。
在主晶体管接收到主光源控制信号时，主晶体管导通，使得第一继电器的第一线包以及第二继电器的第一线包流过电流，将第一继电器的移动触点的另一端与第一线包导通，将第二继电器的移动触点的另一端与第一线包导通，使电源与主光源驱动电路连通，为主光源提供电源。
在备晶体管接收到备光源控制信号时，备晶体管导通，使得第一继电器的第二线包以及第二继电器的第二线包流过电流，将第一继电器的移动触点的另一端与第二线包导通，将第二继电器的移动触点的另一端与第二线包导通，使电源与备光源驱动电路连通，为备光源提供电源。
所述继电器组件还包含继电器线包泄放电路，具体为：第一继电器线包泄放二极管组件，由串联连接的两个泄放二极管组成，连接在主晶体管与第一继电器之间；第一继电器线包限流电阻组件，由并联连接的两个限流电阻组成，分别与第一继电器以及第一继电器线包泄放二极管组件连接；第二继电器线包泄放二极管组件，由串联连接的两个泄放二极管组成，连接在备晶体管与第二继电器之间；第二继电器线包限流电阻组件，由并联连接的两个限流电阻组成，分别与第二继电器以及第二继电器线包泄放二极管组件连接。
综上所述，本发明所提供的用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、采用相互冗余的热备份控制器组件对光源供电提供切换信号，可提高可靠性；
2、采用并联电路既能将两路光源切换信号进行合成，同时也能防止两个FPGA输出的光源切换信号之间的相互倒灌和相互干扰；
3、采用两个继电器并联使用构成继电器组件，降低每个继电器触点流过的电流，从而提高电路的可靠性。
4、实现主光源和备光源之间的切换使用，有效降低光纤陀螺组合系统的功耗。
附图说明
图1为本发明中的用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路的示意图；
图2为本发明中的继电器驱动电路和继电器组件的示意图。
具体实施方式
以下结合图1～图2，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
如图1所示，为本发明所提供的用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，包含：依次通过电路连接的控制器组件1、并联电路2、继电器驱动电路3、继电器组件4和光源驱动电路；其中，所述光源驱动电路包含：与主光源61通过电路连接的主光源驱动电路51，以及与备光源62通过电路连接的备光源驱动电路52；由控制器组件1输出的光源切换信号经过并联电路2后形成两个光源控制信号，并经过继电器驱动电路3放大后控制继电器组件4进行切换，根据光源控制信号在主光源驱动电路51和备光源驱动电路52中择一连通，实现对主光源61和备光源62之间的切换使用。
如图1所示，所述的控制器组件1包含两个冗余热备份的可编程逻辑阵列器件(FPGA)，分别为主FPGA 11和备FPGA 12；该主FPGA 11通过串口通讯芯片与主上位机连接，该备FPGA 12通过串口通讯芯片与备上位机连接；所述主上位机和备上位机按时序轮流切换发送主光源信号和备光源信号；其中，主光源信号通过串口通讯芯片转换后传输至主FPGA 11，经由主FPGA 11解析后，输出两个主光源切换信号G1_ON_A和G1_ON_B；备光源信号通过串口通讯芯片转换后传输至备FPGA 12，经由备FPGA 12解析后，输出两个备光源切换信号G2_ON_A和G2_ON_B。显然，在本发明中，两个FPGA分别与两个上位机进行通讯，相互独立，互不干扰；而两个FPGA分别接收光源信号，并产生各自的光源切换信号输出。在本发明的优选实施例中，所述的主FPGA 11和备FPGA 12均可采用型号为A54SX72A-CQ208的PFGA实现。
在本发明的优选实施例中，两个所述的主光源切换信号G1_ON_A、G1_ON_B和两个所述的备光源切换信号G2_ON_A、G2_ON_B均为脉冲宽度为100ms的高电平有效的脉冲控制信号。
所述的并联电路2分别与主FPGA 11和备FPGA 12通过电路连接，按时序轮流切换接收主FPGA 11输出的两个主光源切换信号G1_ON_A、G1_ON_B，以及备FPGA 12输出的两个备光源切换信号G2_ON_A、G2_ON_B；所述并联电路2将接收到的两个主光源切换信号G1_ON_A、G1_ON_B合成为主光源控制信号G1_ON并输出至继电器驱动电路3，将接收到的两个备光源切换信号G2_ON_A、G2_ON_B合成为备光源控制信号G2_ON并输出至继电器驱动电路3。在本发明的优选实施例中，所述的并联电路2可采用两个二极管并联的电路结构实现。
在本发明的优选实施例中，所述的并联电路2可同时防止两个FPGA输出的光源切换信号之间的相互倒灌和相互干扰。
所述的继电器驱动电路3根据接收到的主光源控制信号G1_ON或备光源控制信号G2_ON，分别驱动继电器组件4进行切换，将电源轮流连通至主光源驱动电路51或备光源驱动电路52，轮流为主光源61或备光源62供电。
如图2所示，所述的继电器驱动电路3包含晶体管开关电路，具体为：主晶体管Q1，其基极与并联电路2连接，接收主光源控制信号G1_ON以导通主晶体管Q1；备晶体管Q2，其基极与并联电路2连接，接收备光源控制信号G2_ON以导通备晶体管Q2。
如图1和图2所示，所述的继电器组件4包含：第一继电器K1，该第一继电器K1的第一线包分别连接主晶体管Q1的集电极和主光源驱动电路51，该第一继电器K1的第二线包连接备光源驱动电路52，该第一继电器K1的移动触点一端连接电源；第二继电器K2，该第二继电器K2的第一线包连接主光源驱动电路51，该第二继电器K2的第二线包分别连接备晶体管Q2的集电极和备光源驱动电路52。在本发明的优选实施例中，所述的第一继电器K1和第二继电器K2均可采用型号为2JB1-910/V5-1的继电器实现。
在主晶体管Q1接收到主光源控制信号G1_ON时，主晶体管Q1导通，使得第一继电器K1的第一线包(图2中K1的引脚5和引脚6)以及第二继电器K2的第一线包(图2中K2的引脚5和引脚6)流过电流，从而将第一继电器K1的移动触点的另一端与第一线包导通(图2中K1的触点8和9导通、4和2导通)，将第二继电器K2的移动触点的另一端与第一线包导通(图2中K2的触点8和9导通、4和2导通)，使得电源与主光源驱动电路51连通(图2中的电源+5V1和+5V3合并后与+5VA导通，输出+5V电压)，进而为主光源61提供电源。
在备晶体管Q2接收到备光源控制信号G2_ON时，备晶体管Q2导通，使得第一继电器K1的第二线包(图2中K1的引脚10和引脚1)以及第二继电器K2的第二线包(图2中K2的引脚10和引脚1)流过电流，从而将第一继电器K1的移动触点的另一端与第二线包导通(图2中K1的触点7和9导通、4和3导通)，将第二继电器K2的移动触点的另一端与第二线包导通(图2中K2的触点7和9导通、4和3导通)，使得电源与备光源驱动电路52连通(图2中的电源+5V1和+5V3合并后与+5VB导通，输出+5V电压)，进而为备光源62提供电源。
进一步，如图2所示，所述的继电器组件4还包含继电器线包泄放电路，具体为：第一继电器线包泄放二极管组件，由串联连接的两个泄放二极管D3、D4组成，连接在主晶体管Q1与第一继电器K1之间；第一继电器线包限流电阻组件，由并联连接的两个限流电阻R5、R6组成，分别与第一继电器K1以及第一继电器线包泄放二极管组件连接；第二继电器线包泄放二极管组件，由串联连接的两个泄放二极管D1、D2组成，连接在备晶体管Q2与第二继电器K2之间；第二继电器线包限流电阻组件，由并联连接的两个限流电阻R7、R8组成，分别与第二继电器K2以及第二继电器线包泄放二极管组件连接。
本发明中，继电器组件4采用两个继电器、泄放二极管组件采用两个泄放二极管串联、限流电阻组件采用两个限流电路并联，都是为了防止其中一个器件失效时，另一个器件能够继续使用，从而提高整体电路的可靠性。尤其是两个继电器采用相同位号引脚并联的方式，能够保证触点电流降额，并提高可靠性。
综上所述，本发明所提供的用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，不仅能够有效降低光纤陀螺组合系统的功耗，而且不会降低寿命和可靠性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，其特征在于，包含：依次通过电路连接的控制器组件、并联电路、继电器驱动电路、继电器组件和光源驱动电路；其中，
所述光源驱动电路包含：与主光源通过电路连接的主光源驱动电路，以及与备光源通过电路连接的备光源驱动电路；
由控制器组件输出的光源切换信号经过并联电路形成主光源控制信号和备光源控制信号，并经过继电器驱动电路放大后控制继电器组件进行切换，在主光源驱动电路和备光源驱动电路中择一切换连通，实现对主光源和备光源的切换使用；
所述继电器驱动电路根据接收到的主光源控制信号或备光源控制信号，分别驱动继电器组件进行切换，将电源轮流连通至主光源驱动电路或备光源驱动电路，轮流为主光源或备光源供电；
所述继电器驱动电路包含：主晶体管，与并联电路连接，接收主光源控制信号以导通主晶体管；备晶体管，与并联电路连接，接收备光源控制信号以导通备晶体管；
所述继电器组件包含：第一继电器，该第一继电器的第一线包分别连接主晶体管和主光源驱动电路，该第一继电器的第二线包连接备光源驱动电路，该第一继电器的移动触点一端连接电源；第二继电器，该第二继电器的第一线包连接主光源驱动电路，该第二继电器的第二线包分别连接备晶体管和备光源驱动电路；
在主晶体管接收到主光源控制信号时，主晶体管导通，使得第一继电器的第一线包以及第二继电器的第一线包流过电流，将第一继电器的移动触点的另一端与第一线包导通，将第二继电器的移动触点的另一端与第一线包导通，使电源与主光源驱动电路连通，为主光源提供电源；
在备晶体管接收到备光源控制信号时，备晶体管导通，使得第一继电器的第二线包以及第二继电器的第二线包流过电流，将第一继电器的移动触点的另一端与第二线包导通，将第二继电器的移动触点的另一端与第二线包导通，使电源与备光源驱动电路连通，为备光源提供电源；
所述继电器组件还包含继电器线包泄放电路，具体为：
第一继电器线包泄放二极管组件，由串联连接的两个泄放二极管组成，连接在主晶体管与第一继电器之间；
第一继电器线包限流电阻组件，由并联连接的两个限流电阻组成，分别与第一继电器以及第一继电器线包泄放二极管组件连接；
第二继电器线包泄放二极管组件，由串联连接的两个泄放二极管组成，连接在备晶体管与第二继电器之间；
第二继电器线包限流电阻组件，由并联连接的两个限流电阻组成，分别与第二继电器以及第二继电器线包泄放二极管组件连接。
2.如权利要求1所述的用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，其特征在于，所述控制器组件包含：主FPGA，与主上位机连接；备FPGA，与备上位机连接；
所述主上位机和备上位机轮流切换发送主光源信号和备光源信号；
所述主光源信号传输至主FPGA解析后，输出两个主光源切换信号；所述备光源信号传输至备FPGA解析后，输出两个备光源切换信号。
3.如权利要求2所述的用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，其特征在于，两个所述主光源切换信号和两个所述备光源切换信号均为脉冲宽度为100ms的高电平有效的脉冲控制信号。
4.如权利要求2所述的用于光纤陀螺组合系统的双光源切换电路，其特征在于，所述并联电路分别与主FPGA和备FPGA通过电路连接，轮流切换接收主FPGA输出的两个主光源切换信号以及备FPGA输出的两个备光源切换信号；
所述并联电路将接收到的两个主光源切换信号合成为主光源控制信号并输出至继电器驱动电路，将接收到的两个备光源切换信号合成为备光源控制信号并输出至继电器驱动电路。
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