CN210108728U - 固体集成时序控制点火装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种固体集成时序控制点火装置，由指令检测电路、时序控制电路和固体集成点火电路构成。利用独立的微控制器和至少一路固体继电器作为主要部件，微控制器主要用于实现时序控制，固体继电器主要用于实现点火控制，其不仅可实现多种点火模式，而且能够大大减小装置的体积。本实用新型无需依附于航天、航空、舰船、兵器系统的整机系统，便能够形成相对单独的产品来供用户选用，具有更强的灵活性，且能够使得本点火装置与整机系统之间的连线更为简洁，安全系数更高。

Description

固体集成时序控制点火装置

技术领域

本实用新型涉及点火装置技术领域，具体涉及一种固体集成时序控制点火装置。

背景技术

目前航天、航空、舰船、兵器系统等领域所使用的点火装置主要由点火控制部分和点火驱动部分两大部分组成。点火控制部分一般分布在航天、航空、舰船、兵器系统内部的多个控制计算机中，由多个控制计算机共同协同来完成时序点火控制。点火驱动部分则一般采用电磁继电器实现。然而，现有的点火装置一般都是在航天、航空、舰船、兵器系统整机设计时一并设计而成，即需要依附于航天、航空、舰船、兵器系统而存在，独立性差，且装置之间连线复杂繁琐。此外，多个控制计算机再加上电磁继电器所组成的点火装置，存在体积庞大，功能扩展性差的问题，其越来越无法满足航天、航空、舰船、兵器系统等领域向小型化和集成化发展的需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有点火装置存在独立性差、

体积庞大和功能扩展性差的问题，提供一种固体集成时序控制点火装置。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

固体集成时序控制点火装置，由指令检测电路、时序控制电路和固体集成点火电路构成；其中固体集成点火电路包括N个固体集成点火单元；指令检测电路的输入端输入外部点火控制信号，指令检测电路的输出端与时序控制电路的输入端连接；时序控制电路的电源端主要由微控制器组成，其中微控制器内存储有点火时序；时序控制电路的电源端与外部供电电源连接，时序控制电路的N个输出端分别连接N个固体集成点火单元的输入端；固体集成点火电路的N个固体集成点火单元的输入电源端均与供电电源连接，N个固体集成点火单元的输出电源端均与外部点火电源连接；每个固体集成点火单元的点火输出端输出点火控制信号，每个固体集成点火单元的检测输出端输出点火检测信号；上述N为大于等于1的正整数。

上述方案中，每个固体集成点火单元包括固体点火电路和点火检测电路。

上述固体点火电路由电阻Ri1和Ri2，场效应管Qi1和固体继电器Ki1构成；时序控制电路的i个输出端Outi连接电阻Ri1的一端，电阻Ri1的另一端与电阻Ri2的一端和场效应管Qi1的栅极连接；电阻Ri2的另一端和场效应管Qi1的源极相接后形成固体集成点火单元的输入电源端负极，与供电电源负极连接；场效应管Qi1的漏极与固体继电器Ki1的线圈负极连接，固体继电器Ki1的线圈正极形成固体集成点火单元的输入电源端正极，与供电电源正极连接；固体继电器Ki1的第一组触点的一端形成固体集成点火单元的输出电源端正极，与外部点火电源正极连接；固体继电器Ki1的第一组触点的另一端形成固体集成点火单元的点火输出端正极，输出点火控制信号正极；固体继电器Ki1的第二组触点的一端形成固体集成点火单元的输出电源端负极，与外部点火电源负极连接；固体继电器Ki1的第二组触点的另一端形成固体集成点火单元的点火输出端负极，输出点火控制信号负极；

上述点火检测电路由电阻Ri3和Ri4，二极管Di1和光电耦合器Ui1构成构成；光电耦合器Ui1的输入端正极经电阻Ri3与固体继电器Ki1的第一组触点的另一端连接，光电耦合器Ui1的输入端负极经电阻Ri3与固体继电器Ki1的第二组触点的另一端连接；二极管Di1的阳极接光电耦合器Ui1的输入端负极，二极管Di1的阴极接光电耦合器Ui1的输入端正极；光电耦合器Ui1的输出端正极形成固体集成点火单元的检测输出端正极，输出点火检测信号正极，光电耦合器Ui1的输出端负极形成固体集成点火单元的检测输出端负极，输出点火检测信号负极；

上述i∈[1，N]；N为大于等于1的正整数。

上述方案中指令检测电路包括防反二极管D1，限流电阻R1～R3，二极管D2、D3，三极管V1，以及光电耦合器U1；防反二极管D1的阳极形成指令检测电路的输入端正极，输入外部点火控制信号正极；防反二极管D1的阴极分别与限流电阻R1和R2的一端连接；限流电阻R1的另一端分别与二极管D2的阳极和三极管V1的基极连接；二极管D2的阴极与二极管D3的阳极连接，二极管D3的阴极与外部点火控制信号的负端连接；限流电阻R2的另一端与光电耦合器U1的输入端正极连接；光电耦合器U1的输入端负极与三极管V1的集电极连接，三极管V1的发射极与限流电阻R3的一端连接；限流电阻R3的另一端与二极管D3的阴极相连后形成指令检测电路的输入端负极，输入外部点火控制信号的负极；光电耦合器U1的输出端正极形成指令检测电路的输出端正极，与时序控制电路的输入端连接；光电耦合器U1的输出端负极形成指令检测电路的输出端负极，与供电电源负极连接。

上述方案中，时序控制电路包括二极管D4，三极管V2，电阻R4～R8，滤波电容C1～C3，稳压二极管D5、D6，微控制器U3，以及晶体谐振器G1；二极管D4的阳极形成时序控制电路的电源端正极，与外部供电电源正端连接；二极管D4的阴极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与稳压二极管D5的阴极连接；稳压二极管D5的阳极形成时序控制电路的电源端负极，与外部供电电源的负端连接；滤波电容C1的两端分别连接在稳压二极管的阴极与阳极上；微控制器U3的电源正端VCC与稳压二极管D5的阴极连接，微控制器U3的电源负端GND与稳压二极管D5的阳极连接；微控制器U3的输入控制端IN形成时序控制电路的输入端；电阻R5的一端与微控制器U3的电源正端VCC连接，电阻R5的另一端与微控制器U3的输入控制端IN；晶体谐振器G1的两端分别与微控制器U3的两个外部振荡器接口连接；电容C2的一端与晶体振荡器G1的一端连接，另一端与微控制器U3的电源负端GND相连；电容C3的一端与晶体振荡器G1的一端连接，另一端与微控制器U3的电源负端GND相连；微控制器U3的复位端Reset分为2路，一路经电阻R6连接微控制器U3的电源负端GND，另一路与三极管V2的集电极连接；三极管V2的发射极连接微控制器U3的电源正端VCC；三极管V2的基极分为两路，一路通过电阻R7连接微控制器U3的电源正端VCC，另一路通过电阻R8连接稳压二极管D6的阴极，稳压二极管D6的阳极与微控制器U3的电源负端GND连接；微控制器U3的输出控制端Out1～OutN形成时序控制电路的N个输出端，分别与固体集成点火电路的N个固体集成点火单元的输入端连接。

上述方案中，时序控制电路还进一步包括总线通信模块U2；总线通信模块U2的一端与微控制器U3的总线通信端TXD和RXD连接，总线通信模块U2的另一端形成时序控制电路的通信接口。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1、本点火装置由自身的指令检测电路、时序控制电路和固体集成点火电路所集成，而无需依附于航天、航空、舰船、兵器系统的整机系统，便能够形成相对单独的产品来供用户选用，具有更强的灵活性，且能够使得本点火装置与整机系统之间的连线更为简洁，安全系数更高；

2、本点火装置利用独立的微控制器和至少一路固体继电器作为主要部件，微控制器主要用于实现时序控制，固体继电器主要用于实现点火控制，其不仅可实现同时多路点火、同时单路点火、分时不同路点火、分时分段点火等多种模式；而且能够大大减小装置的体积；此外，独立的微控制器相对于共用的控制计算机而言，其运行可靠性更高；而固体继电器相对于电磁继电器而言，具有更强的带载能力、力学环境适应性、抗干扰性和使用寿命；

3、固体集成点火电路具有点火检测电路构成，在执行点火的同时，能够根据用户需求对点火输出情况进行监测；

4、采用恒流驱动指令检测电路，使得指令信号输入的电压可以从3V～36V，电压范围较宽；

5、时序控制电路的时序既可以预先存储在微控制器中，也可以利用总线通信电路在后期输入，时序根据型号需求可在线调整，从而能够大大提高时序控制的灵活性。

附图说明

图1为固体集成时序控制点火装置的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本实用新型进一步详细说明。

一种固体集成时序控制点火装置，如图1所示，由指令检测电路、时序控制电路和固体集成点火电路构成。指令检测电路、时序控制电路和固体集成点火电路可以集成在一个壳体中。指令检测电路的输入端输入外部点火控制信号，指令检测电路的输出端与时序控制电路的输入端连接。时序控制电路的电源端主要由微控制器组成。时序控制电路的电源端与外部供电电源连接，时序控制电路的N个输出端分别连接N个固体集成点火单元的输入端。其中固体集成点火电路包括N个固体集成点火单元，N个固体集成点火单元的输入电源端均与供电电源连接，N个固体集成点火单元的输出电源端均与外部点火电源连接。每个固体集成点火单元的点火输出端输出点火控制信号，每个固体集成点火单元的检测输出端输出点火检测信号。上述N为大于等于1的正整数。

指令检测电路接收外部开关指令控制，将外部控制信号转换为逻辑电平，输入到时序控制电路。指令检测电路包括防反二极管D1，限流电阻R1～R3，二极管D2、D3，三极管V1，以及光电耦合器U1。其中二极管D2和D3、三极管V1和限流电阻R3构成的恒流驱动电路。防反二极管D1的阳极形成指令检测电路的输入端正极，输入外部点火控制信号正极。防反二极管D1的阴极分别与限流电阻R1和R2的一端连接。限流电阻R1的另一端分别与二极管D2的阳极和三极管V1的基极连接。二极管D2的阴极与二极管D3的阳极连接，二极管D3的阴极与外部点火控制信号的负端连接。限流电阻R2的另一端与光电耦合器U1的输入端正极连接。光电耦合器U1的输入端负极与三极管V1的集电极连接，三极管V1的发射极与限流电阻R3的一端连接。限流电阻R3的另一端与二极管D3的阴极相连后形成指令检测电路的输入端负极，输入外部点火控制信号的负极。光电耦合器U1的输出端正极形成指令检测电路的输出端正极，与时序控制电路的输入端连接。光电耦合器U1的输出端负极形成指令检测电路的输出端负极，与供电电源负极连接。指令检测电路输入电压范围可以通过改变限流电阻R1的阻值来调整，恒流电路的恒流驱动的电流大小可以通过改变限流电阻R3的阻值来调整。调整电压范围宽，可从3V～36V，电压调整范围宽。

时序控制电路根据指令检测电路送来的信号，启动点火时序，并按照点火时序输出多路点火控制信号，可实现同时多路点火、同时单路点火、分时不同路点火、分时分段点火等多种模式。时序控制电路包括二极管D4，三极管V2，电阻R4～R8，滤波电容C1～C3，稳压二极管D5、D6，微控制器U3，以及晶体谐振器G1。二极管D4的阳极形成时序控制电路的电源端正极，与外部供电电源正端连接。二极管D4的阴极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与稳压二极管D5的阴极连接。稳压二极管D5的阳极形成时序控制电路的电源端负极，与外部供电电源的负端连接。滤波电容C1的两端分别连接在稳压二极管的阴极与阳极上。微控制器U3的电源正端VCC与稳压二极管D5的阴极连接，微控制器U3的电源负端GND与稳压二极管D5的阳极连接。微控制器U3的输入控制端IN形成时序控制电路的输入端。电阻R5的一端与微控制器U3的电源正端VCC连接，电阻R5的另一端与微控制器U3的输入控制端IN。晶体谐振器G1的两端分别与微控制器U3的两个外部振荡器接口连接。电容C2的一端与晶体振荡器G1的一端连接，另一端与微控制器U3的电源负端GND相连。电容C3的一端与晶体振荡器G1的一端连接，另一端与微控制器U3的电源负端GND相连。微控制器U3的复位端Reset分为2路，一路经电阻R6连接微控制器U3的电源负端GND，另一路与三极管V2的集电极连接。三极管V2的发射极连接微控制器U3的电源正端VCC。三极管V2的基极分为两路，一路通过电阻R7连接微控制器U3的电源正端VCC，另一路通过电阻R8连接稳压二极管D6的阴极，稳压二极管D6的阳极与微控制器U3的电源负端GND连接。微控制器U3的输出控制端Out1～OutN形成时序控制电路的N个输出端，分别与固体集成点火电路的N个固体集成点火单元的输入端连接。微控制器U3中存储的点火时序可以根据使用需求设计。点火时序可以在前期的生产过程中预先存储在微控制器U3中；也可以在后期的使用过程中通过增设的总线通信模块U2写入，此时时序控制电路还进一步包括总线通信模块U2。总线通信模块U2的一端与微控制器U3的总线通信端TXD和RXD连接，总线通信模块U2的另一端形成时序控制电路的通信接口，这样通信接口与外部总线相连，并具备总线通信功能，用于点火时序的参数设置，以实现时序可自定义调节功能。总线通信模块U2可实现灵活更换，如CAN、RS422、RS485，便于根据不同的电路应用需求实现。

固体集成点火电路的多个固体集成点火单元根据时序控制电路输出的多路点火控制信号执行点火控制，并将对应的点火脉冲转换为点火检测信号，以供检测装置检测。

固体集成点火单元包括固体点火电路和点火检测电路。在本实用新型中，每个固体集成点火单元必须包括固体点火电路，但是点火检测电路则是根据需要进行设置，即当需要对该路固体点火电路输出的点火脉冲进行检测时，则在该路上设置点火检测电路，当不需要对该路固体点火电路输出的点火脉冲进行检测时，则不在该路上设置点火检测电路或让该路上的点火检测电路悬置。

固体点火电路由电阻Ri1和Ri2，场效应管Qi1和固体继电器Ki1构成，其中i∈[1，N]。时序控制电路的i个输出端Outi连接电阻Ri1的一端，电阻Ri1的另一端与电阻Ri2的一端和场效应管Qi1的栅极连接。电阻Ri2的另一端和场效应管Qi1的源极相接后形成固体集成点火单元的输入电源端负极，与供电电源负极连接。场效应管Qi1的漏极与固体继电器Ki1的线圈负极连接，固体继电器Ki1的线圈正极形成固体集成点火单元的输入电源端正极，与供电电源正极连接。固体继电器Ki1的第一组触点的一端形成固体集成点火单元的输出电源端正极，与外部点火电源正极连接。固体继电器Ki1的第一组触点的另一端形成固体集成点火单元的点火输出端正极，输出点火控制信号正极。固体继电器Ki1的第二组触点的一端形成固体集成点火单元的输出电源端负极，与外部点火电源负极连接。固体继电器Ki1的第二组触点的另一端形成固体集成点火单元的点火输出端负极，输出点火控制信号负极。固体点火电路运用场效应管的电子开关作用实现点火，集成多路独立输出于一体，便于实现点火电路的冗余，且易于实现点火电路的正负线双控、控正和控负等模式，点火可靠性系数高。

点火检测电路由电阻Ri3和Ri4，二极管Di1和光电耦合器Ui1构成，其中i∈[1，N]。光电耦合器Ui1的输入端正极经电阻Ri3与固体继电器Ki1的第一组触点的另一端连接，光电耦合器Ui1的输入端负极经电阻Ri3与固体继电器Ki1的第二组触点的另一端连接。二极管Di1的阳极接光电耦合器Ui1的输入端负极，二极管Di1的阴极接光电耦合器Ui1的输入端正极。光电耦合器Ui1的输出端正极形成固体集成点火单元的检测输出端正极，输出点火检测信号正极，光电耦合器Ui1的输出端负极形成固体集成点火单元的检测输出端负极，输出点火检测信号负极。点火检测电路将光电耦合器的输出端与计算机或其它逻辑电路连接，通过将检测电路输出的开关信号转换为逻辑信号对点火输出情况进行实时监测。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (5)

1.固体集成时序控制点火装置，其特征是，由指令检测电路、时序控制电路和固体集成点火电路构成；其中固体集成点火电路包括N个固体集成点火单元；

指令检测电路的输入端输入外部点火控制信号，指令检测电路的输出端与时序控制电路的输入端连接；

时序控制电路的电源端主要由微控制器组成，其中微控制器内存储有点火时序；时序控制电路的电源端与外部供电电源连接，时序控制电路的N个输出端分别连接N个固体集成点火单元的输入端；

固体集成点火电路的N个固体集成点火单元的输入电源端均与供电电源连接，N个固体集成点火单元的输出电源端均与外部点火电源连接；每个固体集成点火单元的点火输出端输出点火控制信号，每个固体集成点火单元的检测输出端输出点火检测信号；

上述N为大于等于1的正整数。

2.根据权利要求1所述的固体集成时序控制点火装置，其特征是，每个固体集成点火单元包括固体点火电路和点火检测电路；

上述固体点火电路由电阻Ri1和Ri2，场效应管Qi1和固体继电器Ki1构成；

时序控制电路的i个输出端Outi连接电阻Ri1的一端，电阻Ri1的另一端与电阻Ri2的一端和场效应管Qi1的栅极连接；电阻Ri2的另一端和场效应管Qi1的源极相接后形成固体集成点火单元的输入电源端负极，与供电电源负极连接；场效应管Qi1的漏极与固体继电器Ki1的线圈负极连接，固体继电器Ki1的线圈正极形成固体集成点火单元的输入电源端正极，与供电电源正极连接；固体继电器Ki1的第一组触点的一端形成固体集成点火单元的输出电源端正极，与外部点火电源正极连接；固体继电器Ki1的第一组触点的另一端形成固体集成点火单元的点火输出端正极，输出点火控制信号正极；固体继电器Ki1的第二组触点的一端形成固体集成点火单元的输出电源端负极，与外部点火电源负极连接；固体继电器Ki1的第二组触点的另一端形成固体集成点火单元的点火输出端负极，输出点火控制信号负极；

上述点火检测电路由电阻Ri3和Ri4，二极管Di1和光电耦合器Ui1构成构成；

光电耦合器Ui1的输入端正极经电阻Ri3与固体继电器Ki1的第一组触点的另一端连接，光电耦合器Ui1的输入端负极经电阻Ri3与固体继电器Ki1的第二组触点的另一端连接；二极管Di1的阳极接光电耦合器Ui1的输入端负极，二极管Di1的阴极接光电耦合器Ui1的输入端正极；光电耦合器Ui1的输出端正极形成固体集成点火单元的检测输出端正极，输出点火检测信号正极，光电耦合器Ui1的输出端负极形成固体集成点火单元的检测输出端负极，输出点火检测信号负极；

上述i∈[1，N]；N为大于等于1的正整数。

3.根据权利要求1所述的固体集成时序控制点火装置，其特征是，指令检测电路包括防反二极管D1，限流电阻R1～R3，二极管D2、D3，三极管V1，以及光电耦合器U1；

防反二极管D1的阳极形成指令检测电路的输入端正极，输入外部点火控制信号正极；防反二极管D1的阴极分别与限流电阻R1和R2的一端连接；限流电阻R1的另一端分别与二极管D2的阳极和三极管V1的基极连接；二极管D2的阴极与二极管D3的阳极连接，二极管D3的阴极与外部点火控制信号的负端连接；限流电阻R2的另一端与光电耦合器U1的输入端正极连接；光电耦合器U1的输入端负极与三极管V1的集电极连接，三极管V1的发射极与限流电阻R3的一端连接；限流电阻R3的另一端与二极管D3的阴极相连后形成指令检测电路的输入端负极，输入外部点火控制信号的负极；光电耦合器U1的输出端正极形成指令检测电路的输出端正极，与时序控制电路的输入端连接；光电耦合器U1的输出端负极形成指令检测电路的输出端负极，与供电电源负极连接。

4.根据权利要求1所述的固体集成时序控制点火装置，其特征是，时序控制电路包括二极管D4，三极管V2，电阻R4～R8，滤波电容C1～C3，稳压二极管D5、D6，微控制器U3，以及晶体谐振器G1；

二极管D4的阳极形成时序控制电路的电源端正极，与外部供电电源正端连接；二极管D4的阴极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与稳压二极管D5的阴极连接；稳压二极管D5的阳极形成时序控制电路的电源端负极，与外部供电电源的负端连接；滤波电容C1的两端分别连接在稳压二极管的阴极与阳极上；微控制器U3的电源正端VCC与稳压二极管D5的阴极连接，微控制器U3的电源负端GND与稳压二极管D5的阳极连接；微控制器U3的输入控制端IN形成时序控制电路的输入端；电阻R5的一端与微控制器U3的电源正端VCC连接，电阻R5的另一端与微控制器U3的输入控制端IN；晶体谐振器G1的两端分别与微控制器U3的两个外部振荡器接口连接；电容C2的一端与晶体振荡器G1的一端连接，另一端与微控制器U3的电源负端GND相连；电容C3的一端与晶体振荡器G1的一端连接，另一端与微控制器U3的电源负端GND相连；微控制器U3的复位端Reset分为2路，一路经电阻R6连接微控制器U3的电源负端GND，另一路与三极管V2的集电极连接；三极管V2的发射极连接微控制器U3的电源正端VCC；三极管V2的基极分为两路，一路通过电阻R7连接微控制器U3的电源正端VCC，另一路通过电阻R8连接稳压二极管D6的阴极，稳压二极管D6的阳极与微控制器U3的电源负端GND连接；微控制器U3的输出控制端Out1～OutN形成时序控制电路的N个输出端，分别与固体集成点火电路的N个固体集成点火单元的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的固体集成时序控制点火装置，其特征是，时序控制电路还进一步包括总线通信模块U2；总线通信模块U2的一端与微控制器U3的总线通信端TXD和RXD连接，总线通信模块U2的另一端形成时序控制电路的通信接口。

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