CN113513947B - 一种高可靠火工品驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高可靠火工品驱动电路，电阻R1与电阻R2串联，电阻R1、电阻R2与稳压管V1连接，稳压管V1与电阻R3连接，电阻R3、电阻R4与三极管D1基极连接，电阻R5与电阻R6串联，电阻R5、电阻R6与MOS管Q2栅极连接，电阻R7与电阻R8串联，电阻R7、电阻R8与MOS管Q1栅极连接，电阻R1、电阻R3、电阻R7、三极管D1发射极、MOS管Q1源极均与继电器K1连接，电阻R6、MOS管Q2源极与继电器K2连接。电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13与MOS管Q1的漏极连接，电阻R14与MOS管Q2的漏极连接。本发明应用灵活、抗干扰能力强、可靠性高、便于通用化设计。

Description

一种高可靠火工品驱动电路
技术领域
本发明涉及火工品驱动电路，具体地，涉及一种高可靠火工品驱动电路。
背景技术
航天领域，大量使用火工品实现太阳帆板压紧机构解锁、数传天线机构解锁、推进系统电爆阀解锁、器器分离解锁等，火工品起爆控制主要采用电磁继电器进行正端控制，也有采用光耦驱动MOS管的隔离驱动设计方式。部分长寿命应用场合，火工品驱动电路寿命由原来的3个月延长到1年甚至多年，光耦无法满足长寿命、抗辐照需求下可靠性要求。此外，继电器驱动方案已不适应航天器对减重的迫切要求。根据此缺陷，本发明提出一种高可靠火工品驱动电路，通过三极管将OC门指令转换为电平指令驱动MOS管实现火工品点火驱动，提高了航天器火工品驱动的可靠性与控制的灵活性。
专利文献为CN201710993289.5的发明专利公开了一种星载火工品的VMOS驱动电路及其控制方法，该电路包括第一继电器等，第一继电器与第一三极管的漏极连接，第一电阻与第二电阻串联，第一电阻、第二电阻都与第一三极管的栅极连接，第六电阻与第七电阻串联，第六电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻都与第一三极管的源极连接，第一电阻、第十二电阻、第十三电阻都与第二继电器连接，第七电阻与第二三极管的漏极连接，第三继电器与第二三极管的源极连接。本发明应用灵活，响应速度快，可靠性高，支持集成化设计。该方案采用射随指令控制VMOS实现火工品驱动。与其相比，本发明采用三极管实现OC指令接收与转换，并进行了抗干扰设计，适用于卫星综合电子系统OC门指令控制，具备较强的抗干扰性能，确保火工品控制安全。
专利文献为CN103499244A的发明专利公开了一种MOSFET控制的火工装置起爆控制系统，该系统包括火工品脉冲母线开关电路、起爆电流测量电路、程控单元以及N套并联的火工装置起爆控制电路。火工品脉冲母线开关电路通过脉冲指令实施对串联在火工品点火装置起爆通路正线、回线中的磁保持继电器开关的通断控。制。该方案采用射随指令控制VMOS实现火工品驱动。与其相比，本发明采用双MOSFET串联的安全性设计措施，可以有效避免单只MOSFET短路失效的故障模式，同时采用具有抗干扰能力较强的OC指令驱动方案，具有较高的控制安全性。
专利文献为CN104457462A的发明专利公开了一种电子雷管起爆网络控制系统，该系统包括，包括上位机控制模块、驱动器模块、起爆器控制模块、切换开关和起爆网络。该方案主要应用于地面电子雷管系统控制，侧重于系统方案设计。与其相比，本发明重点针对航天器用火工品的可靠性与安全性设计，与其相比，本发具有更高的可靠性与安全性，以适应航天器的对火工品控制的要求。
专利文献为CN201410454194.2的发明专利公开了一种飞行器火工品安全起爆电路及起爆方法，该方案首先火工品供电正端和继电器供电正端禁止供电，将火工品电路置于初始安全状态；火工品供电正端供电，一定时间间隔后继电器供电正端开始供电，供电火工品电路进入上电安全状态；将飞行器起飞信号接入电磁线圈的开路端，火工品电路进入一次解锁状态；将飞行器与火箭分离信号接入电磁线圈，火工品电路进入二次解锁状态；将起爆指令瞬间施加到电磁线圈的开路端，火工品起爆；断开火工品供电正端和继电器供电正端的供电，飞行器起飞信号和飞行器与火箭分离信号断开，火工品处于恢复初始安全状态。本发明通过自动解锁和起爆电路以及五级起爆过程，使得火工品起爆高效、安全可靠。由上述可知，该方案采用继电器时候火工品起爆的安全策略。与其相比，本发明采用MOS管实现火工品驱动控制，集成度高、可靠性高、寿命长。
专利文献为CN201320759109.4的实用新型专利公开了一种贮能式钝感火工品驱动电路，通过贮能输出脉冲大电流，用于引爆钝感火工品；其中，采用法拉电容作为储能元件。其中，串并联多个法拉电容，组成法拉电容网络。其中，法拉电容网络由M×N只电容组成，每M只并联为一排，总计由N排串联。本实用新型提出了一种贮能式钝感火工品驱动电路，不使用功率电池，而使用法拉电容缓慢贮存电能，并在需要驱动火工品的时刻将贮存的电能集中释放。相比于传统方案有以下两个优点：第一、减轻设备重量，法拉电容对于短时间输出大电流的应用具有明显优势。第二、改善测试性。法拉电容没有充放电次数的限制，因此可以在系统测试中反复使用，可消除不可测试项目，提高可靠性。该方案侧重于火工品驱动电源设计。与其相比，本发明主要是针对火工品功率驱动电路的环境适应性、可靠性及安全性设计。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高可靠火工品驱动电路。
根据本发明提供的一种高可靠火工品驱动电路，包括电阻R1至电阻R14、继电器K1、继电器K2、稳压管V1、MOS管Q1、MOS管Q2以及三极管D1，其中：
继电器K1连接电阻R1的一端、电阻R3的一端、电阻R7的一端、三极管D1发射极、MOS管Q1源极；
电阻R1的另一端连接电阻R2的一端、稳压管V1正极；
稳压管V1负极连接电阻R4一端；
电阻R3另一端、电阻R4另一端连接三极管D1基极；
电阻R7的另一端连接电阻R8的一端、MOS管Q1栅极；
电阻R2的另一端、电阻R8的另一端接入点火指令；
电阻R5的另一端连接MOS管Q2栅极、电阻R6的一端；
电阻R6的另一端连接继电器K2、MOS管Q2源极；
MOS管Q1的漏极连接电阻R13的一端并经过电阻R9-R12输出正向电路，MOS管Q2的漏极连接电阻R14的一端并输出负向电路；
电阻R13的另一端和电阻R14的另一端接地。
优选地，MOS管Q1的漏极连接电阻R9-R12的一端，电阻R9-R12的另一端输出正向电路。
优选地，MOS管Q1的漏极引出检测电阻R9-R12的检测点。
优选地，继电器K1、继电器K2为型号相同的磁保持继电器。
优选地，继电器K1接通或断开实现火工品正母线总开关的通断控制，继电器K2接通或断开实现火工品负母线总开关的通断控制。
优选地，MOS管Q1为P型MOSFET，MOS管Q2为N型MOSFET。
优选地，电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12为火工品限流电阻。
优选地，电阻R13、电阻R14为火工品桥丝静电释放电阻。
优选地，点火指令为低电平时，电阻R7、电阻R8分压驱动MOS管Q1栅极，MOS管Q2导通为火工品正端供电。
优选地，点火指令为低电平时，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压管V1组成的分压网络驱动三极管D1导通，电阻R5与电阻R6分压驱动MOS管Q2，MOS管Q2导通为火工品负端供电。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过设置稳压管V1与电阻R3、电阻R4串联后与电阻R1并联结构，实现了抗干扰的功能。
2、本发明通过设置具有抗辐照指标的MOS管Q1、MOS管Q2串联后输出。满足航天器对长寿命与抗辐照需求。
3、本发明通过设置的抗辐照三极管D1、电阻R5、电阻R6串联驱动MOS管Q2，电阻R7、电阻R8分压驱动MOS管Q1，通过高可靠性器件与独立的驱动电路提高电路的寿命与可靠性，解决了航天器对于长寿命火工品驱动的可靠性问题，确保航天器火工品解锁装置的可靠解锁。
4、本发明应用灵活、抗干扰能力强、可靠性高、便于通用化设计。
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为高可靠火工品驱动电路的具体电路示意图。
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，本发明一种高可靠火工品驱动电路，包括继电器K1、继电器K2、电阻R1-R14、稳压管V1、MOS管Q1、MOS管Q2以及三极管D1，电阻R1与电阻R2串联，电阻R1、电阻R2与稳压管V1连接，稳压管V1与电阻R3连接，电阻R3、电阻R4与三极管D1基极连接，电阻R5与电阻R6串联，电阻R5、电阻R6与MOS管Q2栅极连接，电阻R7与电阻R8串联，电阻R7、电阻R8与MOS管Q1栅极连接，电阻R1、电阻R3、电阻R7、三极管D1发射极、MOS管Q1源极均与继电器K1连接，电阻R6、MOS管Q2源极与继电器K2连接。电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13与MOS管Q1的漏极连接，电阻R14与MOS管Q2的漏极连接。
继电器K1、继电器K2是型号相同的磁保持继电器，继电器K1接通或断开实现火工品正母线总开关的通断控制，继电器K2接通或断开实现火工品负母线总开关的通断控制。
MOS管Q1是P型MOSFET，MOS管Q2是N型MOSFET。
电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12为火工品专用限流电阻。限流电阻阻值根据蓄电池电压、回路导线阻抗、火工品桥丝阻抗确定，满足5A～10A的点火需求。
电阻R13、电阻R14为火工品桥丝静电释放电阻，阻值范围30kΩ～100kΩ，可选用51kΩ。
点火指令为低电平时，电阻R7、电阻R8分压驱动MOS管Q1栅极，MOS管Q2导通为火工品正端供电，栅极驱动电压绝对值10V～12V，确保MOS管Q1处于饱和导通状态。
点火指令为低电平时，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压管V1组成的分压网络驱动三极管D1导通，电阻R5与电阻R6分压驱动MOS管Q2，MOS管Q2导通为火工品负端供电。
稳压管V1稳压值为6V，电阻R1、电阻R2为2kΩ，当OC门漏电流小于3mA时，稳压管V1上的压降小于6V，三极管D1驱动电压为0V，三极管D1处于截止状态。通过稳压管V1起到良好的抗干扰效果，确保火工品控制的安全性。具体的，稳压管V1与电阻R3、电阻R4串联后与电阻R1并联，当电阻R1压降小于稳压管V1的稳压值时，三极管D1截止，从而起到抗干扰的目的。
电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12引出公共检测点，用于火工品限流电阻过程测试。
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)

1.一种高可靠火工品驱动电路，其特征在于，包括电阻R1至电阻R14、继电器K1、继电器K2、稳压管V1、MOS管Q1、MOS管Q2以及三极管D1，其中：
继电器K1连接电阻R1的一端、电阻R3的一端、电阻R7的一端、三极管D1发射极、MOS管Q1源极；
电阻R1的另一端连接电阻R2的一端、稳压管V1正极；
稳压管V1负极连接电阻R4一端；
电阻R3另一端、电阻R4另一端连接三极管D1基极；
电阻R7的另一端连接电阻R8的一端、MOS管Q1栅极；
电阻R2的另一端、电阻R8的另一端接入点火指令；
电阻R5的另一端连接MOS管Q2栅极、电阻R6的一端；
电阻R6的另一端连接继电器K2、MOS管Q2源极；
MOS管Q1的漏极连接电阻R13的一端并经过电阻R9-R12输出正向电路，MOS管Q2的漏极连接电阻R14的一端并输出负向电路；
电阻R13的另一端和电阻R14的另一端接地；
电阻R5的一端连接三极管D1集电极。
2.根据权利要求1所述的高可靠火工品驱动电路，其特征在于，MOS管Q1的漏极连接电阻R9-R12的一端，电阻R9-R12的另一端输出正向电路。
3.根据权利要求1所述的高可靠火工品驱动电路，其特征在于，MOS管Q1的漏极引出检测电阻R9-R12的检测点。
4.根据权利要求1所述的高可靠火工品驱动电路，其特征在于，继电器K1、继电器K2为型号相同的磁保持继电器。
5.根据权利要求1所述的高可靠火工品驱动电路，其特征在于，继电器K1接通或断开实现火工品正母线总开关的通断控制，继电器K2接通或断开实现火工品负母线总开关的通断控制。
6.根据权利要求1所述的高可靠火工品驱动电路，其特征在于，MOS管Q1为P型MOSFET，MOS管Q2为N型MOSFET。
7.根据权利要求1所述的高可靠火工品驱动电路，其特征在于，电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12为火工品限流电阻。
8.根据权利要求1所述的高可靠火工品驱动电路，其特征在于，电阻R13、电阻R14为火工品桥丝静电释放电阻。
9.根据权利要求1所述的高可靠火工品驱动电路，其特征在于，点火指令为低电平时，电阻R7、电阻R8分压驱动MOS管Q1栅极，MOS管Q2导通为火工品正端供电。
10.根据权利要求1所述的高可靠火工品驱动电路，其特征在于，点火指令为低电平时，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压管V1组成的分压网络驱动三极管D1导通，电阻R5与电阻R6分压驱动MOS管Q2，MOS管Q2导通为火工品负端供电。
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