CN116667305A - 一种完全隔离二次储能式火工品激活电路及时序控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于时序电路设计技术领域，公开了一种完全隔离二次储能式火工品激活电路及时序控制方法。该方法基于母线供电单元接收控制器输出的母线供电指令，充电单元对储能电路执行充电动作，并将储能电路充电实时状态反馈控制器；控制器接收储能电路充电完成信号，响应发出火工品的激活信号，并断开充电单元充电动作；控制器经固定延时后，驱动储能电路向脉冲电压输出单元供电，激活脉冲电压输出单元中的火工品。本发明采用含有具有两组动合触点的继电器可以实现母线回路的供电和断开。本发明增加中间储能电路，直接输出脉冲能量电压作用于火工品，避免输出的高脉冲信号，冲击电源和产生地干扰信号。

Description

一种完全隔离二次储能式火工品激活电路及时序控制方法
技术领域
本发明属于时序电路设计技术领域，尤其涉及一种完全隔离二次储能式火工品激活电路及时序控制方法。
背景技术
随着火箭、导弹、无人机等飞行器技术的发展，对电气系统控制的时序输出需求越来越多，少则几路时序，多则几十路时序，并伴随在飞行器从起飞到落地的各个阶段。时序包含多级发动机点火、不同功能的发动机点火、空中分离爆炸螺栓解锁、落地减速开伞等。
现有技术常用的时序输出要求：5A-10A，响应时间100ms。时序输出电路设计方案为MCU、驱动电路、脉冲电压输出电路。即在达到时序输出条件时刻，通过MCU输出控制信号，经光耦、三极管、MOS管等开关元件组成的驱动电路，控制继电器组成的电压输出电路，完成脉冲信号的输出。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的电路设计方案在高脉冲电压输出时刻，供电电源的拉低的同时地信号也产生波动，该过程若叠加到控制信号，会对控制系统产生一定的影响。若几路时序同时输出，供电电压会下降更低。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明提供了一种完全隔离二次储能式火工品激活电路及时序控制方法。具体涉及信号二次电源储能、输出控制逻辑、瞬时高功率脉冲输出形式和火工品保护。
所述技术方案如下：完全隔离二次储能式火工品激活电路，包括：
母线供电单元，用于接收控制器输出的母线供电指令，实现充电单元对储能电路执行充电的断开或闭合的操作；
充电单元，用于对储能电路执行充电动作；
储能电路，用于向脉冲电压输出单元提供脉冲电压；
脉冲电压输出单元，用于控制火工品激化动作的断开与闭合；
控制器，用于调控母线供电单元、充电单元、储能电路、脉冲电压输出单元的控制指令。
进一步，所述控制器发出母线供电的指令的第一驱动电路通过信号线向包含两路动合触点的继电器发送闭合与断开指令，其中一路用于闭合或断开电源负极回路线，另一路用于闭合或断开充电电阻/>；
充电电阻的电源输入端连接电源正极，充电电阻/>的电源输出端通过继电器依次连接电容/>放电端、电容/>放电端、放电电阻/>放电端、限流电阻/>输入端；电容的回路端、电容/>的回路端、放电电阻/>的回路端分别连接电源负极回路线；充电电阻分别与电容/>、电容/>采用并联方式；
控制器发出火工品激活或断开指令的第二驱动电路，驱动含两路动合触点的继电器/>通过常开端断开或闭合火工品/>；常开端的一路用于闭合或断开限流电阻/>的输出端与火工品/>的输入端，常开端的另一路用于闭合或断开火工品/>的输出端，所述火工品/>的输出端连接电源负极回路线。
进一步，所述继电器上还设置有常闭端，用于将火工品的回环短路，进行火工品自主保护。
本发明的另一目的在于提供一种时序控制方法，该方法用于对所述的完全隔离二次储能式火工品激活电路进行控制，该方法包括以下步骤：
S1，基于母线供电单元接收控制器输出的母线供电指令，充电单元对储能电路执行充电动作，并将储能电路充电实时状态反馈控制器；
S2，控制器接收储能电路充电完成信号，响应发出火工品的激活信号，并断开充电单元充电动作；
S3，控制器经固定延时后，驱动储能电路向脉冲电压输出单元供电，激活脉冲电压输出单元中的火工品。
在步骤S1中，母线供电单元包括包含两路动合触点的继电器，继电器/>吸合时为储能电路充电；
继电器断开时，使激活脉冲电压输出单元中的火工品/>激活时激活回路与供电电源完全隔离。
在步骤S1中，充电单元通过充电电阻满足储能电路充电时间/>，储能电路充电时间/>时刻不响应激活信号，储能电路充电时间/>计算公式为：
式中，为储能电路充电时间，/>为充电电阻，/>均为电容。
在步骤S2中，储能电路充电完成的储能计算公式为：
其中，为充电电压，/>为供电电压，/>为常数，/>为储能电路充电时间，为充电电阻，/>均为电容。
在步骤S3中，储能电路向脉冲电压输出单元供电中，在储能电路增加放电电阻，满足脉冲电压输出单元脉冲放电的情况下的放电时间/>，计算公式为：
式中，为放电时间，/>为放电电阻，/>均为电容，/>为充电电压，为脉冲电压。
在步骤S3中，激活脉冲电压输出单元中的火工品中，用于激活火工品/>的电流计算公式为：
式中，为激活电流，/>为脉冲电压，/>为限流电阻，/>为火工品，/>为限流电阻/>连接火工品/>的线组。
进一步，激活脉冲电压输出单元中的火工品前，火工品/>处于短路状态。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提出的完全隔离二次储能式火工品激活电路在母线回路中采用含有具有两组动合触点的继电器实现母线回路的供电和断开，其中包含电源正极和电源负极，实现了供电电源与激活回路完全隔离。
本发明增加中间储能电路，直接输出脉冲能量电压作用于火工品，避免输出的高脉冲信号，冲击电源和产生地干扰信号。
本发明的脉冲电压输出上采用具有两组转换触点的继电器，其中常闭端将火工品/>短路，实现自主保护，避免误触发，常开端用于闭合后激活火工品/>。
本发明提出的完全隔离二次储能式火工品激活电路在控制程序上，在控制储能电路充电和断开时刻上，控制器（MCU）控制继电器吸合从开始充电到储能电容充满的时间小于控制器（MCU）控制继电器/>断开的时间；在储能电容充电断开到脉冲电压输出时刻上，控制器（MCU）控制继电器/>断开的时刻早于MCU控制继电器/>吸合的时间，上述转换时间远远小于储能电路未激活火工品前的放电时间。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理；
图1是本发明提供的完全隔离二次储能式火工品激活电路示意图；
图2是本发明提供的时序控制方法流程图；
图中：1、母线供电单元；2、充电单元；3、储能电路；4、脉冲电压输出单元；5、控制器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明实施例提供一种对完全隔离二次储能式火工品激活电路的时序控制方法，包括以下步骤：
S1，基于母线供电单元1接收控制器5输出的母线供电指令，充电单元2对储能电路3执行充电动作，并将储能电路3充电实时状态反馈控制器5；
S2，控制器5接收储能电路3充电完成信号，响应发出火工品的激活信号，并断开充电单元2充电动作；
S3，控制器5经固定延时后，驱动储能电路3向脉冲电压输出单元4供电，激活脉冲电压输出单元4中的火工品。
本发明实施例还提供一种完全隔离二次储能式火工品激活电路，包括：
母线供电单元1，用于接收控制器5输出的母线供电指令，实现充电单元2对储能电路3执行充电的断开或闭合的操作；
充电单元2，用于对储能电路3执行充电动作；
储能电路3，用于向脉冲电压输出单元4提供脉冲电压；
脉冲电压输出单元4，用于控制火工品激化动作的断开与闭合；
控制器5，用于调控母线供电单元1、充电单元2、储能电路3、脉冲电压输出单元4的控制指令。
实施例1，为解决电气系统在时序输出时刻，对供电系统的冲击和“地”的干扰。本发明从设计原理、控制流程两个方面进行设计。提出一种完全隔离二次储能式火工品激活电路。
具体地，如图1所示，本发明实施例提供的完全隔离二次储能式火工品激活电路包括：
母线供电单元，包括包含两路动合触点的继电器，继电器/>吸合时为储能电路充电；继电器/>在断开时，实现火工品激活时激活回路与供电电源完全隔离。
充电单元，根据实际工作流程，选择合适的充电电阻，既满足储能电容充电的要求，同时又满足激活时间的要求。在经历5个电路时间常数后充电电压可达到99%；其中，为1个时间常数，与5相乘，即为5个时间常数；
充电单元2通过充电电阻满足储能电路充电时间/>，储能电路充电时间/>时刻不响应激活信号，储能电路充电时间/>计算公式为：
式中，为储能电路充电时间，/>为充电电阻，/>均为电容。
储能电路，根据火工品的技术指标，储能电路应保证一个电容的储能可以有效的激活火工品。采用两个电容和/>并联的方式，提高点火的可靠性。电容储能计算如下：
其中，为充电电压，/>为供电电压，/>为常数，/>为储能电路充电时间，/>为充电电阻，/>均为电容。
同时增加放电电阻，在激活火工品/>故障时，同时也能将储能能力释放。满足脉冲放电的情况下允许的放电时间，计算公式为：
式中，为放电时间，/>为放电电阻，/>均为电容，/>为充电电压，为脉冲电压。
脉冲电压输出单元，包括：
（1）脉冲电压输出根据实际的火工品选择合适的限流电阻，同时在考虑线组的情况下，保证作用于火工品/>上的电流满足激活要求，火工品/>上的电流计算公式为：
式中，为激活电流，/>为脉冲电压，/>为限流电阻，/>为火工品，/>为限流电阻/>连接火工品/>的线组。
（2）含两路动合触点的继电器的两路常闭端在电路设计时进行短路，确保火工品的安全性，避免静电使火工品误激活；
示例性，如图1所示，本发明实施例提供的完全隔离二次储能式火工品激活电路硬件包括：
控制器5发出母线供电的指令的第一驱动电路通过信号线向包含两路动合触点的继电器发送闭合与断开指令，其中一路用于闭合或断开电源负极回路线，另一路用于闭合或断开充电电阻/>；
充电电阻的电源输入端连接电源正极，充电电阻/>的电源输出端通过继电器依次连接电容/>放电端、电容/>放电端、放电电阻/>放电端、限流电阻/>输入端；电容的回路端、电容/>的回路端、放电电阻/>的回路端分别连接电源负极回路线；充电电阻分别与电容/>、电容/>采用并联方式；
控制器5发出火工品激活或断开指令的第二驱动电路，驱动含两路动合触点的继电器/>通过常开端断开或闭合火工品/>；常开端的一路用于闭合或断开限流电阻/>的输出端与火工品/>的输入端，常开端的另一路用于闭合或断开火工品/>的输出端，所述火工品/>的输出端连接电源负极回路线。
所述继电器上还设置有常闭端，用于将火工品的回环短路，进行火工品自主保护。
实施例2，如图2所示，本发明实施例提供的时序控制方法包括：
电路系统供电；
控制器5输出控制信号驱动继电器吸合，作为/>时刻；
控制器5在时刻不响应激活信号；
控制器5在时刻开始接收并响应激活信号；
控制器5在时刻控制继电器/>断开；
控制器5在时刻控制继电器/>吸合；
要求；
根据火工品的激活脉宽要求，控制器5在时刻控制继电器/>吸合；
至此，完成火工品的激活。
其中，为控制器5控制继电器/>吸合后至储能电路3充电完成的时间；
为控制器5接收到激活信号并开始激活的时间；
为激活信号被激活后控制器5控制继电器/>断开（离开）的响应时间；
为继电器/>断开（离开）后控制器5控制继电器/>吸合时的固定延时时间；
为控制器5控制继电器/>吸合至控制器5控制继电器/>断开时的固定延时时间；控制器5为图2中的描述的MCU。
本发明中的母线继电器选择为两路动合触点，实现了供电电源的正极和负极的同时吸合和断开；本发明中的脉冲高压输出选择带两组转换触点的继电器，进行火工品的回环短路保护。本发明中的两组继电器吸合和断开实现了顺序及延时时间的控制。
实施例3，设计的母线电压为20V，充电电阻为510（1W）欧姆，电容C1和电容C2均为100微法，火工品/>的电阻为1欧姆，限流电阻/>为1欧姆（3W），此时保证作用到火工品的电压在7V以上，作用在火工品/>上2V以上的脉宽时间大于5ms，即可进行激活火工品，放电电阻/>选择为100K，此时为敏感点火头；
设计的母线电压为28V，充电电阻为510（1W）欧姆，电容C1和电容C2均为1500微法，火工品/>的电阻为1欧姆，限流电阻/>为2欧姆（2W），此时保证作用到火工品/>上的电压在10V以上，在5V以上的脉宽时间大于50ms，即可进行激活火工品/>。放电电阻/>选择为100K，此时为顿感点火头。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种完全隔离二次储能式火工品激活电路，其特征在于，该电路包括：
母线供电单元（1），用于接收控制器（5）输出的母线供电指令，实现充电单元（2）对储能电路（3）执行充电的断开或闭合的操作；
充电单元（2），用于对储能电路（3）执行充电动作；
储能电路（3），用于向脉冲电压输出单元（4）提供脉冲电压；
脉冲电压输出单元（4），用于控制火工品激化动作的断开与闭合；
控制器（5），用于调控母线供电单元（1）、充电单元（2）、储能电路（3）、脉冲电压输出单元（4）的控制指令。
2.根据权利要求1所述的完全隔离二次储能式火工品激活电路，其特征在于，所述控制器（5）发出母线供电的指令的第一驱动电路通过信号线向包含两路动合触点的继电器发送闭合与断开指令，其中一路用于闭合或断开电源负极回路线，另一路用于闭合或断开充电电阻/>；
充电电阻的电源输入端连接电源正极，充电电阻/>的电源输出端通过继电器/>依次连接电容/>放电端、电容/>放电端、放电电阻/>放电端、限流电阻/>输入端；电容/>的回路端、电容/>的回路端、放电电阻/>的回路端分别连接电源负极回路线；充电电阻/>分别与电容/>、电容/>采用并联方式；
控制器（5）发出火工品激活或断开指令的第二驱动电路，驱动含两路动合触点的继电器/>通过常开端断开或闭合火工品/>；常开端的一路用于闭合或断开限流电阻/>的输出端与火工品/>的输入端，常开端的另一路用于闭合或断开火工品/>的输出端，所述火工品/>的输出端连接电源负极回路线。
3.根据权利要求2所述的完全隔离二次储能式火工品激活电路，其特征在于，所述继电器上还设置有常闭端，用于将火工品的回环短路，进行火工品自主保护。
4.一种时序控制方法，该方法用于对权利要求1-3任意一项所述的完全隔离二次储能式火工品激活电路进行控制，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1，基于母线供电单元（1）接收控制器（5）输出的母线供电指令，充电单元（2）对储能电路（3）执行充电动作，并将储能电路（3）充电实时状态反馈控制器（5）；
S2，控制器（5）接收储能电路（3）充电完成信号，响应发出火工品的激活信号，并断开充电单元（2）充电动作；
S3，控制器（5）经固定延时后，驱动储能电路（3）向脉冲电压输出单元（4）供电，激活脉冲电压输出单元（4）中的火工品。
5.根据权利要求4所述的时序控制方法，其特征在于，在步骤S1中，母线供电单元（1）包括包含两路动合触点的继电器，继电器/>吸合时为储能电路（3）充电；
继电器断开时，使激活脉冲电压输出单元（4）中的火工品/>激活时激活回路与供电电源完全隔离。
6.根据权利要求4所述的时序控制方法，其特征在于，在步骤S1中，充电单元（2）通过充电电阻满足储能电路充电时间/>，储能电路充电时间/>时刻不响应激活信号，储能电路充电时间/>计算公式为：
式中，为储能电路充电时间，/>为充电电阻，/>均为电容。
7.根据权利要求4所述的时序控制方法，其特征在于，在步骤S2中，储能电路（3）充电完成的储能计算公式为：
其中，为充电电压，/>为供电电压，/>为常数，/>为储能电路充电时间，/>为充电电阻，/>均为电容。
8.根据权利要求4所述的时序控制方法，其特征在于，在步骤S3中，储能电路（3）向脉冲电压输出单元（4）供电中，在储能电路（3）增加放电电阻，满足脉冲电压输出单元（4）脉冲放电的情况下的放电时间/>，计算公式为：
式中，为放电时间，/>为放电电阻，/>均为电容，/>为充电电压，/>为脉冲电压。
9.根据权利要求4所述的时序控制方法，其特征在于，在步骤S3中，激活脉冲电压输出单元（4）中的火工品中，用于激活火工品/>的电流计算公式为：
式中，为激活电流，/>为脉冲电压，/>为限流电阻，/>为火工品，/>为限流电阻/>连接火工品/>的线组。
10.根据权利要求9所述的时序控制方法，其特征在于，激活脉冲电压输出单元（4）中的火工品前，火工品/>处于短路状态。
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