CN113310368A - 一种基于恒流驱动的火工品点火电路 - Google Patents

一种基于恒流驱动的火工品点火电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于恒流驱动的火工品点火电路，包括相互连接的火工品正负母线开关电路、恒流功率电路、开关功率电路及静电防护电路，其中：火工品正负母线开关电路的输出端与恒流功率电路的第一输入端相连接，恒流功率电路的输出端与开关功率电路的输入端相连接，开关功率电路的输出端与静电防护电路的输入端相连接，静电防护电路的第一输出端与火工品正负母线开关电路的输入端相连接，静电防护电路的第二输出端与恒流功率电路的第二输入端相连接。本发明解决了火工品点火电流受回路阻抗制约的问题，通过火工品点火的恒流驱动，提高了航天器重要机构解锁的可靠性。

Description

一种基于恒流驱动的火工品点火电路
技术领域
本发明涉及航天器用火工品点火电路技术领域，具体地，涉及一种基于恒流驱动的火工品点火电路。
背景技术
航天领域需要使用大量的起爆装置完成航天器的星箭分离、器器分离、太阳阵展开解锁、天线展开解锁、电爆阀解锁等重要机构解锁。为确保起爆装置的可靠解锁，根据蓄电池电压、火工品桥丝阻抗及导线阻抗，在火工品驱动回路串接适当阻值的火工品专用限流电阻，通过火工品点火回路阻抗的调整，确保5～10A的火工品点火电流要求。
随着地面试验使用次数的增多，火工品专用限流电阻的阻值会增大，不利于火工品起爆电流控制。为确保起爆电流指标要求，航天器发射前需要控制地面使用次数或在发射前更换火工品专用限流电阻。根据此缺陷，取消火工品专用限流电阻，设计一种基于恒流驱动的航天器火工品点火电路，实现火工品点火电流的恒流控制，从而摆脱火工品点火对限流电阻的依赖，确保航天器起爆装置的可靠解锁
申请号为CN201611030169.7的专利公开一种火工品起爆恒流发火模块，包括前级限流电路、后级限流电路，所述前后两级限流电路包括限流电路、驱动及功率电路。本发明的有益效果是本发明的火工品起爆恒流发火模块选用固态开关MOSFET作为恒流保护开关用于替代以往航天器火工品中的发火电路，可根据指令进行恒流工作，并且具有指令容错功能，无需调试和更换限流电阻，可多路起爆装置共用一个发火模块，是一种可恢复的、重复使用的发火电路产品，因此具有操作简单，生产、调试时间短，可靠性高等优点。上述发明存在电路复杂，且存在火工品误起爆风险，不能确保火工品起爆控制的安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于恒流驱动的火工品点火电路。
根据本发明提供的一种基于恒流驱动的火工品点火电路，包括相互连接的火工品正负母线开关电路、恒流功率电路、开关功率电路及静电防护电路，其中：
所述火工品正负母线开关电路的输出端与所述恒流功率电路的第一输入端相连接；
所述恒流功率电路的输出端与所述开关功率电路的输入端相连接；
所述开关功率电路的输出端与所述静电防护电路的输入端相连接；
所述静电防护电路的第一输出端与所述火工品正负母线开关电路的输入端相连接，第二输出端与所述恒流功率电路的第二输入端相连接。
优选的，所述火工品正负母线开关电路包括继电器K1和继电器K2，所述继电器K1控制所述火工品正负母线开关电路的正极开关，所述继电器K2控制所述火工品正负母线开关电路的负极开关。
优选的，所述恒流功率电路,包括电流高端采样电路、MOS管Q5及三极管Q4；
所述电流高端采样电路的第一输出端连接所述MOS管Q5的栅极，所述电流高端采样电路的第二输出端连接所述三极管Q4的集电极；
所述MOS管Q5的源极连接所述电流高端采样电路的第二输入端，所述MOS管Q5的漏极连接所述静电防护电路的输入端；
所述三极管Q4的基极连接所述开关功率电路的第一输出端，所述三极管Q4的发射极接地。
优选的，所述高端采样电路包括采样电阻和电流检测电路，所述电流检测电路连接所述采样电阻的两端；所述采样电路的输入端连接所述火工品正负母线开关电路的输出端，所述采样电路的输出端连接所述MOS管Q5的源极。
优选的，所述采样电路包括电阻R1，所述电流检测电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1、三极管Q2、及三极管Q3；
所述电阻R1的一端连接所述电阻R2的一端和所述火工品正负母线开关电路的输出端，所述电阻R1的另一端连接所述电阻R3的一端和所述MOS管Q5的源极；
所述电阻R2的另一端连接所述三极管Q1的发射极和所述三极管Q3的发射极，所述电阻R3的另一端连接所述三极管Q2的发射极；
所述三极管Q1的基极连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q1的集电极连接所述电阻R4的一端和所述三极管Q2的基极，所述电阻R4的另一端连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接所述三极管Q2的集电极；
所述三极管Q3的基极连接所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q3的集电极连接所述三极管Q4的集电极和所述MOS管Q5的栅极。
优选的，所述电阻R1为mΩ级采样电阻。
优选的，所述电阻R2的阻值与所述电阻R3的阻值相同，所述电阻R4的阻值和所述电阻R5的阻值相同，所述三极管Q1的参数与所述三极管Q2的参数相同。
优选的，所述开关功率电路包括电阻R10和MOS管Q6；所述MOS管Q6的漏极连接所述静电防护电路的输出端，所述MOS管Q6的源极连接所述火工品正负母线开关电路的输入端，所述MOS管Q6的栅极连接所述电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端连接所述恒流功率电路的第二输入端。
优选的，所述静电防护电路包括电阻R11和电阻R12，所述电阻R11的输入端连接所述MOS管Q5的漏极，所述电阻R11的输出端接地，且连接所述电阻R12的输入端，所述电阻R12的输出端连接所述MOS管Q6的漏极。
优选的，所述静电防护电路包括电阻R11和电阻R12，所述电阻R11的一端与所述MOS管Q5的漏极相连，所述电阻R11的另一端接地，且连接所述电阻R2的一端，所述电阻R12的另一端与所述MOS管Q6的漏极相连。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明解决了火工品点火电流受回路阻抗制约的问题，通过火工品点火的恒流驱动，提高了航天器重要机构解锁的可靠性；
2、本发明解决了航天器在蓄电池电压动态范围大、火工品点火回路阻抗一致性差、火工品点火电流稳定性要求高的缺点；
3、本发明满足了应用环境下的火工品点火电流稳定控制需求，减小了火工品点火对限流电阻、电缆阻抗、蓄电池电压的依赖，提高了火工品点火电流控制精度，确保航天器起爆装置的可靠解锁与航天任务的正常执行；
4、本发明降低了火工品误起爆风险，确保火工品起爆控制的安全性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的基于恒流驱动的火工品点火电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明一种基于恒流驱动的火工品点火电路，包括四者相互连接的火工品正负母线开关电路、恒流功率电路、开关功率电路、静电防护电路。火工品正负母线开关电路的输出端与恒流功率电路的第一输入端相连接，恒流功率电路的输出端与开关功率电路的输入端相连接，开关功率电路的输出端与静电防护电路的输入端相连接，静电防护电路的第一输出端与火工品正负母线开关电路的输入端相连接，静电防护电路的第二输出端与恒流功率电路的第二输入端相连接。
火工品正负母线开关电路包括继电器K1和继电器K2，继电器K1与继电器K2采用型号相同的磁保持继电器，继电器K1控制火工品正母线的接通与断开，继电器K2控制火工品负母线的接通与断开。
恒流功率电路包括电流高端采样电路、MOS管Q5及三极管Q4，电流高端采样电路包括采样电阻和电流检测电路，采样电阻包括电阻R1，电阻R1为mΩ级高精度采样电阻。
电流检测电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1、三极管Q2及三极管Q3，其中R2＝R3、R4＝R5、Q1与Q2为参数一致的对管。电阻R2、三极管Q1、电阻R4串联，电阻R3、三极管Q2、电阻R5串联，三极管Q3的发射极接三极管Q1的发射极，三极管Q3的基极接三极管Q2的集电极。电阻R2接电阻R1前端、电阻R3接电阻R1后端。
电阻R1的一端连接电阻R2的一端和火工品正负母线开关电路的输出端，电阻R1的另一端连接电阻R3的一端和MOS管Q5的源极。电阻R2的另一端连接三极管Q1的发射极和三极管Q3的发射极，电阻R3的另一端连接三极管Q2的发射极。
三极管Q1的基极连接三极管Q2的基极，三极管Q1的集电极连接电阻R4的一端和所述三极管Q2的基极，电阻R4的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接三极管Q2的集电极。三极管Q3的基极连接三极管Q2的集电极，三极管Q3的集电极连接三极管Q4的集电极和MOS管Q5的栅极。
电阻R2/电阻R1为电阻R1电流与三极管Q3输出电流的比值，采样电阻R1电流为I，三极管Q3输出电流为I*R1/R2。电阻R6连接三极管Q3的集电集，电阻R6电压为I*R6*R1/R2。
恒流功率电路还包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9及稳压管V1。电阻R8的一端连接电阻R9，电阻R8的另一端连接三极管Q4基极，电阻R9的另一端接地并连接三极管Q4的发射极，电阻R7的一端连接三极管Q4集电极，电阻R7连接的另一端连接电阻R6、电阻R4及电阻R5，电阻R6的另一端连接三极管Q3的集电极。三极管Q4导通时，MOS管Q5进入恒流工作模式；三极管Q4关断时，MOS管Q5关断。
稳压管V1的一端连接电阻R2用于连接电阻R1的一端，稳压管V1的另一端连接电阻R6用于连接电阻R7的一端，V1采用12V稳压管，MOS管Q5的栅极驱动电压绝对值为12-I*R6*R1/R2。负载电流I增大时，MOS管Q5的栅极驱动电压绝对值减小，MOS管导通阻抗增大，负载电流减小；负载电流I减小时，MOS管Q5的栅极驱动电压绝对值减增大，MOS管内阻增导通阻抗减小，负载电流增大，从而形成基于电流负反馈的恒流驱动输出。
开关功率电路包括电阻R10、MOS管Q6，电阻R10的一端与MOS管Q5的栅极连接，电阻R10的另一端连接电阻R8用于连接电阻R9的一端。指令电压10～12V时，MOS管Q6饱和导通，指令电压为0时，MOS管Q6关断。
静电防护电路包括电阻R11、电阻R12，电阻R11的一端与MOS管Q5漏极相连，电阻R11的另一端接地，且连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端与MOS管Q6漏极相连，电阻值为51kΩ，为火工品桥丝提供静电释放通道。
本发明解决了航天器在蓄电池电压动态范围大、火工品点火回路阻抗一致性差、火工品点火电流稳定性要求高的应用环境下的火工品点火电流稳定控制需求，减小了火工品点火对限流电阻、电缆阻抗、蓄电池电压的依赖，提高了火工品点火电流控制精度，确保航天器起爆装置的可靠解锁与航天任务的正常执行。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于恒流驱动的火工品点火电路，其特征在于，包括相互连接的火工品正负母线开关电路、恒流功率电路、开关功率电路及静电防护电路，其中：
所述火工品正负母线开关电路的输出端与所述恒流功率电路的第一输入端相连接；
所述恒流功率电路的输出端与所述开关功率电路的输入端相连接；
所述开关功率电路的输出端与所述静电防护电路的输入端相连接；
所述静电防护电路的第一输出端与所述火工品正负母线开关电路的输入端相连接，第二输出端与所述恒流功率电路的第二输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的基于恒流驱动的火工品点火电路，其特征在于，所述火工品正负母线开关电路包括继电器K1和继电器K2，所述继电器K1控制所述火工品正负母线开关电路的正极开关，所述继电器K2控制所述火工品正负母线开关电路的负极开关。
3.根据权利要求1所述的基于恒流驱动的火工品点火电路，其特征在于，所述恒流功率电路,包括电流高端采样电路、MOS管Q5及三极管Q4；
所述电流高端采样电路的第一输出端连接所述MOS管Q5的栅极，所述电流高端采样电路的第二输出端连接所述三极管Q4的集电极；
所述MOS管Q5的源极连接所述电流高端采样电路的第二输入端，所述MOS管Q5的漏极连接所述静电防护电路的输入端；
所述三极管Q4的基极连接所述开关功率电路的第一输出端，所述三极管Q4的发射极接地。
4.根据权利要求3所述的基于恒流驱动的火工品点火电路，其特征在于，所述高端采样电路包括采样电阻和电流检测电路，所述电流检测电路连接所述采样电阻的两端；所述采样电路的输入端连接所述火工品正负母线开关电路的输出端，所述采样电路的输出端连接所述MOS管Q5的源极。
5.根据权利要求4所述的基于恒流驱动的火工品点火电路，其特征在于，所述采样电路包括电阻R1，所述电流检测电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1、三极管Q2、及三极管Q3；
所述电阻R1的一端连接所述电阻R2的一端和所述火工品正负母线开关电路的输出端，所述电阻R1的另一端连接所述电阻R3的一端和所述MOS管Q5的源极；
所述电阻R2的另一端连接所述三极管Q1的发射极和所述三极管Q3的发射极，所述电阻R3的另一端连接所述三极管Q2的发射极；
所述三极管Q1的基极连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q1的集电极连接所述电阻R4的一端和所述三极管Q2的基极，所述电阻R4的另一端连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接所述三极管Q2的集电极；
所述三极管Q3的基极连接所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q3的集电极连接所述三极管Q4的集电极和所述MOS管Q5的栅极。
6.根据权利要求5所述的基于恒流驱动的火工品点火电路，其特征在于，所述电阻R1为mΩ级采样电阻。
7.根据权利要求5所述的基于恒流驱动的火工品点火电路，其特征在于，所述电阻R2的阻值与所述电阻R3的阻值相同，所述电阻R4的阻值和所述电阻R5的阻值相同，所述三极管Q1的参数与所述三极管Q2的参数相同。
8.根据权利要求1所述的基于恒流驱动的火工品点火电路，其特征在于，所述开关功率电路包括电阻R10和MOS管Q6；所述MOS管Q6的漏极连接所述静电防护电路的输出端，所述MOS管Q6的源极连接所述火工品正负母线开关电路的输入端，所述MOS管Q6的栅极连接所述电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端连接所述恒流功率电路的第二输入端。
9.根据权利要求1所述的基于恒流驱动的火工品点火电路，其特征在于，所述静电防护电路包括电阻R11和电阻R12，所述电阻R11的输入端连接所述MOS管Q5的漏极，所述电阻R11的输出端接地，且连接所述电阻R12的输入端，所述电阻R12的输出端连接所述MOS管Q6的漏极。
10.根据权利要求1所述的基于恒流驱动的火工品点火电路，其特征在于，所述静电防护电路包括电阻R11和电阻R12，所述电阻R11的一端与所述MOS管Q5的漏极相连，所述电阻R11的另一端接地，且连接所述电阻R2的一端，所述电阻R12的另一端与所述MOS管Q6的漏极相连。
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