CN112311054B - 一种箭载供配电系统 - Google Patents

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Abstract

一种箭载供配电系统，包括：供电电源、紧急断电开关、普通负载配电开关、火工品母线控制开关、以及紧急断电控制电路，所述供电电源与所述紧急断电开关的一端相连，所述紧急断电开关的另一端分别连接所述普通负载配电开关、火工品母线控制开关；所述普通负载配电开关用于连接普通负载，所述火工品母线控制开关用于通过火工品母线与火工品负载配电开关连接；所述火工品负载配电开关用于连接火工品负载；在运载火箭地面测试过程中，所述紧急断电控制电路用于根据接收到的紧急断电指令控制所述紧急断电开关断开。采用本申请中的方案，若发生故障等突发事件，通过控制紧急断电开关断开供电电源，可实现箭上紧急断电，保证负载安全性。

Description

一种箭载供配电系统
技术领域
本申请涉及运载火箭配电技术，具体地，涉及一种箭载供配电系统。
背景技术
供配电系统是运载火箭电气系统的关键设计之一，保证供配电系统正常稳定工作关系到运载火箭地面测试安全性以及火箭能否成功发射。火箭电气负载类型众多、特性复杂，若发生故障将会导致整个供配电系统发生瘫痪。同时，对于火工品一类负载属于危险品，在测试过程中若通过电流超出安全值，则可能会引爆火工品造成严重后果。
现有技术中存在的问题：
目前的火箭供配电系统仅具备基本的配电输出功能，存在安全风险。
发明内容
本申请实施例中提供了一种箭载供配电系统，以解决上述技术问题。
本申请实施例提供的一种箭载供配电系统，包括：供电电源、紧急断电开关、普通负载配电开关、火工品母线控制开关、以及紧急断电控制电路。
其中，所述供电电源与所述紧急断电开关的一端相连，所述紧急断电开关的另一端分别连接所述普通负载配电开关、火工品母线控制开关；所述普通负载配电开关用于连接普通负载，所述火工品母线控制开关用于通过火工品母线与火工品负载配电开关连接；所述火工品负载配电开关用于连接火工品负载；
在运载火箭地面测试过程中，所述紧急断电控制电路用于根据接收到的紧急断电指令控制所述紧急断电开关断开。
采用本申请实施例中提供的箭载供配电系统，若发生故障等突发事件，通过控制紧急断电开关断开供电电源，可实现箭上紧急断电，保证负载安全性，提高运载火箭供配电系统安全性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例中箭载供配电系统的结构示意图；
图2示出了本申请实施例中紧急断电电路的结构示意图；
图3示出了本申请实施例中火工品在线检测电路的结构示意图。
具体实施方式
针对现有技术存在的技术问题，本申请实施例中提供了一种安全性约束下的箭载供配电系统设计，在现有火箭供配电系统的基本配电输出功能基础上增加了可靠性、安全性设计，包括紧急断电电路设计以及确保电气系统在地面测试和飞行过程中可靠稳定。
本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，Verilog或者VHDL语言等。
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
图1示出了本申请实施例一中箭载供配电系统的结构示意图。
如图所示，所述箭载供配电系统包括：供电电源、紧急断电开关、普通负载配电开关、火工品母线控制开关、以及紧急断电控制电路。
其中，所述供电电源与所述紧急断电开关的一端相连，所述紧急断电开关的另一端分别连接所述普通负载配电开关、火工品母线控制开关；所述普通负载配电开关用于连接普通负载，所述火工品母线控制开关用于通过火工品母线与火工品负载配电开关连接；所述火工品负载配电开关用于连接火工品负载；
在运载火箭地面测试过程中，所述紧急断电控制电路用于根据接收到的紧急断电指令控制所述紧急断电开关断开。
具体实施时，为了确保安全性，本申请实施例中所述火工品母线控制开关可以包括第一开关BF1和第二开关BF2，采用两级开关串联；所述火工品负载配电开关可以为1～n个，每个火工品负载配电开关可以分别连接对应的火工品负载，所述火工品负载可以为火工品电阻。
采用本申请实施例中提供的箭载供配电系统，若发生故障等突发事件，通过控制紧急断电开关断开供电电源，保证负载安全性，提高运载火箭供配电系统安全性，可实现箭上紧急断电。
在一种实施方式中，所述供电电源包括地面供电电池+MB、以及箭上控制电池+B，其中，所述地面供电电池+MB、以及箭上控制电池+B分别与所述紧急断电开关相连。
在一种实施方式中，所述普通负载配电开关包括B1～Bn，每个普通负载配电开关用于连接对应的普通负载。
具体实施时，普通负载配电开关包括B1～Bn，每个普通负载配电开关用于连接对应的普通负载1～n。
在一种实施方式中，所述普通负载包括多级负载，每个普通负载配电开关用于连接对应的一级负载，后续每级负载与前一级负载连接。
具体实施时，普通负载1～n中每个负载均可以连接下一级负载，例如：普通负载1不连接下一级负载，普通负载2、普通负载3分别连接各自的下一级负载。
在一种实施方式中，每级负载可以为多个。
具体实施时，普通负载2的二级负载可以包括负载a、b、c，普通负载3的二级负载可以包括负载d、e。
在一种实施方式中，所述普通负载包括以下一种或多种：遥外测系统、惯组、或二次电源等。
图2示出了本申请实施例中紧急断电控制电路的结构示意图。
在一种实施方式中，所述紧急断电控制电路，包括：紧急断电指令检测电路、光耦驱动电路、D触发器锁存电路以及紧急断电开关管驱动电路，所述紧急断电指令检测电路的检测端用于检测紧急断电指令、另一端与所述光耦驱动电路连接，所述光耦驱动电路另一端与所述D触发器锁存电路连接，用于输出检测结果；所述D触发器锁存电路用于根据所述检测结果控制紧急断电开关管驱动电路关断所述紧急断电开关。
图3示出了本申请实施例中紧急断电控制电路的具体结构示意图。
如图所示，在一种实施方式中，所述光耦驱动电路的第一端通过三极管分别与第一电压端Emer+、紧急断电指令检测电路连接；所述光耦驱动电路的第二端与第二电压端Emer-连接；所述光耦驱动电路的第一输出端用于输出紧急断电检测结果EMC，所述光耦驱动电路的第一输入端用于输入紧急断电封锁指令EM_LOCK；在所述EM_LOCK为第一电平且在所述紧急断电指令有效时，紧急断电指令检测电路输出第二电平使三极管导通进而导通光耦驱动电路，EMC为第一电平，通过D触发器锁存电路的第二二极管使得Q端输出第一电平，所述紧急断电开关被关断并保持关断状态；在所述EM_LOCK为第二电平且在所述紧急断电指令有效时，紧急断电指令检测电路输出第二电平使三极管导通进而导通光耦驱动电路，EM_LOCK为第二电平将EMC拉高至第二电平，通过D触发器锁存电路的第二二极管关断使得Q端跟随D端输出第二电平，所述紧急断电开关被导通并保持导通状态；在所述紧急断电指令无效时，紧急断电指令检测电路输出第一电平使三极管关断、光耦驱动电路不工作，EMC为第二电平，D触发器锁存电路的第二二极管关断，使得Q端输出跟随D端输出第二电平，所述紧急断电开关被导通并保持导通状态；
具体实施时，所述光耦驱动的第一输出端通过第三电阻与3.3V供电电源连接，所述光耦驱动的第二输出端通过第四电阻接地。
在一种实施方式中，所述第一电平为低电平，所述第二电平为高电平。
在一种实施方式中，所述光耦驱动电路，包括：第一前向电阻、第一二极管、第一电容、第二前向电阻和光耦驱动；所述第一二极管、第一电容、第二前向电阻的两端均连接至所述光耦驱动的第一端和第二端；所述第一前向电阻和第二前向电阻用于计算得到回采光耦的导通阈值电压；第一前向电阻通过三极管与所述紧急断电指令检测电路的检测端连接。
在一种实施方式中，所述D触发器锁存电路包括：可编程逻辑电路FPGA以及清除端CLR、时钟信号CLK端、D端、Q端；光耦驱动电路的输出信号EMC通过第二二极管接入所述清除端CLR，所述时钟信号CLK端和D端通过FPGA控制，Q端输出信号用于控制紧急断电开关。
具体实施时，所述控制指令锁存电路可以包括Q端、GND端、CLR端、PRE端、D端、Vcc端和CLK端，所述CLR端可以连接第四二极管以接入紧急断电检测结果EMC，还可以经电阻连接至3.3V供电电源；所述PRE端可以经电阻与Vcc端均连接至3.3V供电电源、并连接至电容后接地；所述CLK端与电容和电阻的并联电路连接后接地。
实施例二
为了便于本申请的实施，本申请实施例以一具体实例进行说明。
本申请实施例提供了一种安全性约束下的箭载供配电系统设计实现，具体如下：
一、供配电系统设计描述
如图1所示，箭上配电系统主要由供电电源、配电开关及功率负载构成。本申请实施例中供电电源为地面供电电池+MB及箭上控制电池+B两种供电电源构成；配电开关根据负载种类不同分为B1～Bn普通负载配电开关及BF1、BF2及S1～Sn火工品负载配电开关。
其中，BF1、BF2为火工品母线控制开关，防止火工品通路误导通以及确保火工品在线测试时供电电源断开。功率负载分为两类，一类为普通负载(负载1～负载n，负载a至负载e)，例如，遥外测系统、惯组、二次电源等；另一类为火工品负载，对在线测试电流的大小要求严格。
二、紧急断电设计描述
如图2所示，在运载火箭地面测试过程中，由于测试故障或者其他原因需要终止箭上供电时，需要设计一种紧急断电电路。该电路可以控制紧急断电开关A1断开，从而切断地面电源+MB或上面级控制电池+B输出，实现紧急切断箭上供电的功能。其中，紧急断电指令可通过地面远控设备等控制器发出，指令传出至箭上供配电系统中的紧急断电控制电路。
紧急断电控制电路主要由紧急断电指令检测电路、光耦驱动电路、D触发器锁存电路等组成。紧急断电指令检测电路使用光耦隔离电路。当控制指令有效时，即Emer+与Emer-间施加28V直流电源，驱动电流为5mA～10mA时，控制命令检测结果EMC为低电平，通过二极管将D触发器锁存电路的CLR端拉低，从而通过驱动电路关断功率场效应管A1并锁存关断状态。
在一种实施方式中，光耦型号为TLP293，D触发器型号为SN74LVC2G74。当紧急断电指令发出后，紧急断电检测电路检测到该指令后，使得三极管导通，光耦驱动电路导通，之后光耦输出信号作为D触发器的清除端的输入信号，控制D触发器Q端输出电平。此电平输出至紧急断电开关的功率驱动部分，控制紧急断电开关A1关断。
在一种实施方式中，光耦隔离部分，通过配置前向电阻R13和R14，计算得到回采光耦的导通阈值电压为Vth。
D触发器部分，光耦输出信号EMC通过二极管接入D触发器清除端(CLR)，清除端接R22电阻上拉至3.3V，R22阻值大小为10kΩ。D触发器的时钟信号CLK和D端由FPGA控制，Q端输出至紧急断电开关A1功率驱动端。若CLR端的紧急断电信号低电平有效则直接将Q端置低，A1开关管关断。CLK端设置有100pF电容和10kΩ电阻。
在地面测试阶段，要求紧急断电处于正常响应状态，此时FPGA输出低电平使引脚EM_LOCK保持置低状态。Emer+与Emer-间施加28V电源信号，当紧急断电指令有效时，指令检测电路输出高电平使三极管导通，光耦驱动电路导通，EMC被置为低电平。此时，通过D触发器中的二极管将CLR端拉低并有效，使D触发器锁存Q端输出低电平置。由于作为紧急断电功率开关管驱动电路输入信号的Q端为低电平，因此紧急断电开关A1被关断并保持关断状态。
当处于飞行阶段，要求紧急断电处于封锁状态，此时FPGA输出高电平使引脚EM_LOCK保持置高电平状态。即使收到“紧急断电”指令，光耦导通，因EM_LOCK保持置高状态，使得EMC同样始终处于高电平，CLR端为高电平无效，因此Q端一直保持高电平，使得作为紧急断电功率开关管驱动电路输入信号的Q端始终保持高电平，因此紧急断电开关A1始终为导通状态并保持导通状态从而实现对紧急断电信号的封锁，确保火箭起飞后不误断电。
本申请实施例所提供的箭载供配电系统具备多路负载的供电和配电功能，供电电源主要由地面及箭上电池构成，在测试过程中，若发生故障等突发事件，通过控制紧急断电开关断开供电电源，保证负载安全性。
本申请实施例提高了运载火箭供配电系统安全性，可实现箭上紧急断电。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种箭载供配电系统，其特征在于，包括：供电电源、紧急断电开关、普通负载配电开关、火工品母线控制开关、以及紧急断电控制电路，其中，
所述供电电源与所述紧急断电开关的一端相连，所述紧急断电开关的另一端分别连接所述普通负载配电开关、火工品母线控制开关；所述普通负载配电开关用于连接普通负载，所述火工品母线控制开关用于通过火工品母线与火工品负载配电开关连接；所述火工品负载配电开关用于连接火工品负载；
在运载火箭地面测试过程中，所述紧急断电控制电路用于根据接收到的紧急断电指令控制所述紧急断电开关断开，
所述紧急断电控制电路，包括：紧急断电指令检测电路、光耦驱动电路、D触发器锁存电路以及紧急断电开关管驱动电路，所述紧急断电指令检测电路的检测端用于检测紧急断电指令、另一端与所述光耦驱动电路连接，所述光耦驱动电路另一端与所述D触发器锁存电路连接，用于输出检测结果；所述D触发器锁存电路用于根据所述检测结果控制紧急断电开关管驱动电路关断所述紧急断电开关。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供电电源包括地面供电电池+MB、以及箭上控制电池+B，其中，所述地面供电电池+MB、以及箭上控制电池+B分别与所述紧急断电开关相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述普通负载配电开关包括B1～Bn，每个普通负载配电开关用于连接对应的普通负载。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述普通负载包括多级负载，每个普通负载配电开关用于连接对应的一级负载，后续每级负载与前一级负载连接。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，每级负载为多个。
6.根据权利要求1至5任一所述的系统，其特征在于，所述普通负载包括以下一种或多种：遥外测系统、惯组、或二次电源。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光耦驱动电路的第一端通过三极管分别与第一电压端Emer+、紧急断电指令检测电路连接；所述光耦驱动电路的第二端与第二电压端Emer-连接；所述光耦驱动电路的第一输出端用于输出紧急断电检测结果EMC，所述光耦驱动电路的第一输入端用于输入紧急断电封锁指令EM_LOCK；在所述EM_LOCK为第一电平且在所述紧急断电指令有效时，紧急断电指令检测电路输出第二电平使三极管导通进而导通光耦驱动电路，EMC为第一电平，通过D触发器锁存电路的第二二极管使得Q端输出第一电平，所述紧急断电开关被关断并保持关断状态；在所述EM_LOCK为第二电平且在所述紧急断电指令有效时，紧急断电指令检测电路输出第二电平使三极管导通进而导通光耦驱动电路，EM_LOCK为第二电平将EMC拉高至第二电平，通过D触发器锁存电路的第二二极管关断使得Q端跟随D端输出第二电平，所述紧急断电开关被导通并保持导通状态；在所述紧急断电指令无效时，紧急断电指令检测电路输出第一电平使三极管关断、光耦驱动电路不工作，EMC为第二电平，D触发器锁存电路的第二二极管关断，使得Q端输出跟随D端输出第二电平，所述紧急断电开关被导通并保持导通状态。
8.根据权利要求1或7所述的系统，其特征在于，所述光耦驱动电路，包括：第一前向电阻、第一二极管、第一电容、第二前向电阻和光耦驱动；所述第一二极管、第一电容、第二前向电阻的两端均连接至所述光耦驱动的第一端和第二端；所述第一前向电阻和第二前向电阻用于计算得到回采光耦的导通阈值电压；第一前向电阻通过三极管与所述紧急断电指令检测电路的检测端连接。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述D触发器锁存电路包括：可编程逻辑电路FPGA以及清除端CLR、时钟信号CLK端、D端、Q端；光耦驱动电路的输出信号EMC通过第二二极管接入所述清除端CLR，所述时钟信号CLK端和D端通过FPGA控制，Q端输出信号用于控制紧急断电开关。
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