JP2015531468A - 高電圧発火ユニット、軍需品システム、およびその動作方法 - Google Patents

Abstract

高電圧発火ユニット（１３０）が高電圧変換器（１４０）と、容量放電ユニット（１６０）と、制御ユニット（１７０）とを備えることができる。高電圧変換器は、より低い電圧の入力信号（１２２Ａ）から高電圧出力信号（１６１）を発生するように構成することができる。容量放電ユニットは、高電圧出力信号からのエネルギーをエネルギー蓄積デバイス（１６２）の両端間に蓄積するように、および発火制御信号（１６３）に応答してエネルギー蓄積デバイスからのエネルギーを放出するように構成することができる。制御ユニットは外部軍需品制御器（１１０）と通信し、高電圧発火ユニットの内部動作を制御するように構成することができる。軍需品システム（１００）は、高電圧発火ユニットと、データを制御ユニットに通信し、少なくとも１つの電力信号を高電圧変換器に通信するように構成された軍需品制御器とを備えることができる。高電圧発火ユニットを動作させるための方法も開示される。

Description

連邦政府支援の研究または開発に関する声明
米国政府は、本発明に一括払いライセンスを有し、空軍によって授与された契約第ＦＡ９３００−０６−Ｄ−０００４号および海軍によって授与された契約第Ｎ００１６４−０５−Ｃ−４５０２号の条件によって規定された妥当な条件により特許権者が他者にライセンス供与することを求める限定された状況における権限を有する。
優先権の主張
本出願は、２０１２年９月１０日出願の「ＨＩＧＨ ＶＯＬＴＡＧＥ ＦＩＲＩＮＧ ＵＮＩＴ， ＯＲＤＮＡＮＣＥ ＳＹＳＴＥＭ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＳＡＭＥ」の米国特許出願第１３／６０８，５７１号の出願日の利益を主張するものである。本出願は、２０１２年９月１０日出願の「ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＯＲＤＮＡＮＣＥ ＳＹＳＴＥＭ， ＭＵＬＴＩＰＬＥ−ＳＴＡＧＥ ＯＲＤＮＡＮＣＥ ＳＹＳＴＥＭ， ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」という名称の米国特許出願第１３／６０８，８２４号に関連する。

本開示は、一般に打上げ用ロケットおよび軍需システムに使用される発火ユニットに関する。より詳しくは、本開示は、エネルギー物質を起爆させるための高電圧発火ユニットに関する。

兵器システム、航空宇宙システム、および他のシステムに採用される発火ユニットは、しばしば、電子装置組立品と起爆デバイスとを含む。電子装置組立品と起爆装置／雷管とを内蔵する発火ユニットは、下流のエネルギー物質を起爆させるのに利用することができる。爆発物、火工品材料、推進剤および燃料などのエネルギー物質は、熱、化学薬品、機械、電気、または光学を含めて様々な異なる種類のエネルギーを用いて起爆させることができる。例えば、エネルギー物質は、火炎点火（例えば、導火線または起爆薬の点火）、衝撃（しばしば起爆薬を点火する）、化学的相互作用（例えば、反応性または活性化流体との接触）、または電気点火によって点火することができる。電気点火は、少なくとも２通りのうちの１つで起きることがある。例えば、隣接するエネルギー物質の自動点火が起きるまでブリッジ素子を加熱することができる、または隣接するエネルギー物質を直接起爆させることによりブリッジ素子を爆発させることができる。適正な信号構造を設けることにより、発火ユニットが火工剤または装薬を起爆させることができ、それにより、次いで、軍需品デバイスが活性化されて特定のモータ事象となる。これらのモータ事象は、モータ起動、段分離、推力ベクトル制御活性化、弾頭爆発物運搬放出および分離などを含むことができる。

発火ユニットは、ハウジング内に固定されたエネルギー物質と、エネルギー物質を点火するように構成された起爆デバイスと、起爆デバイスに電気的に接続された電子装置組立品とを含むことができる。従来の発火ユニットは、一般に大量のエネルギーを消費し、したがって、動作させるために大型の電池を必要とする。さらに、従来の発火ユニットは、周囲環境の漂遊エネルギーにより不注意な活性化を受けやすいことがある。不注意な起爆の確率を最小限に抑えるために環境の影響を制御するために発火ユニットおよび統合起爆装置または雷管の実装においては特別な予防措置を講じなければならない。電子装置組立品は、作動可能になるまで起爆装置／雷管の発火を防止し、上流の電気システムと通信し、適正な発火信号を受け取り次第、正しい電流パルスを起爆装置のブリッジ素子に送出する。電気起爆装置／雷管は、密封されたハウジング内に、電子装置組立品との電気的接続、ブリッジ素子、およびエネルギー物質を組み込むことができる。発火ユニットは、ロケットモータ点火器、圧力カートリッジ、導爆線、自爆用爆薬、分離装薬、弾頭爆薬解除機構、電力システム、弾頭、ガス発生器などを起爆させるのに使用することができる。これらの発火ユニットは、兵器システム（地上および航空作戦の両方に対して戦術的および戦略的な）、航空宇宙システム（例えば、宇宙打上げ用ロケット、航空機緊急脱出）、自動車用エアバッグ配備システム、空中投下システム（例えば、パラシュート配備、切り離し）、採鉱および解体システムなどに採用することができる。

本願発明の一実施例は、例えば、高電圧発火ユニット、軍需品システム、およびその動作方法に関する。

一実施形態において、高電圧発火ユニットが開示される。高電圧発火ユニットは、高電圧変換器と、容量放電ユニットと、制御ユニットとを備える。高電圧変換器は、より低い電圧の入力信号から高電圧出力信号を発生するように構成される。容量放電ユニットは、高電圧変換器に動作可能に結合される。容量放電ユニットは、高電圧出力信号からのエネルギーをエネルギー蓄積デバイスの両端間に蓄積するように、および発火制御信号に応答してエネルギー蓄積デバイスからのエネルギーを放出するように構成される。制御ユニットは、高電圧変換器および容量放電ユニットに動作可能に結合される。制御ユニットは、外部軍需品制御器と通信し、高電圧発火ユニットの内部動作を制御するように構成される。

別の実施形態において、軍需品システムが開示される。軍需品システムは、高電圧発火ユニットと、高電圧発火ユニットに動作可能に結合された軍需品制御器とを備える。高電圧発火ユニットは、低電圧信号を高電圧出力信号に変換するように構成された高電圧変換器と、高電圧出力信号からのエネルギーを１つまたは複数のエネルギー蓄積デバイスに蓄積するように、および発火制御信号に応答してエネルギーを放出するように構成された容量放電ユニットと、高電圧発火ユニットの内部動作を制御するように構成された制御ユニットとを備える。軍需品制御器は、データを制御ユニットと通信し、少なくとも１つの電力信号を高電圧変換器に通信するように構成される。

別の実施形態において、高電圧発火ユニットを動作させるための方法が開示される。方法は、高電圧発火ユニットの高電圧変換器を作動可能にするステップと、低電圧入力信号を高電圧出力信号に変換し、高電圧出力信号からのエネルギーをエネルギー蓄積デバイスに蓄積することにより高電圧発火ユニットの容量放電ユニットを充電するステップと、発火制御信号に応答して起爆装置を活性化させるためにエネルギー蓄積デバイスからのエネルギーを放出するステップとを含む。

本開示の実施形態による軍需品システムの概略的構成図である。 本開示の実施形態による高電圧発火ユニット（ＨＶＦＵ）を動作させるための方法を示すフローチャートである。 本開示の実施形態による高電圧発火ユニット（ＨＶＦＵ）を動作させるための方法を示すフローチャートである。 本開示の実施形態によるＨＶＦＵ組立品の側面図である。 本開示の実施形態による少なくとも１つのＨＶＦＵを含む軍需品システムを含むロケットモータの側断面図である。

以下の説明では、例示により、本開示の特定の実施形態を示す添付の図面を参照する。他の実施形態を利用することができ、本開示の範囲から逸脱することなく変更を加えることができる。以下の詳細な説明は、限定する意味でとらえるべきでなく、特許請求される本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的同等物によってのみ定義される。

さらに、図示し説明する特定の実装は、例示に過ぎず、本明細書において他の指定がない限り、本開示を実装するまたは機能的要素に分割する唯一の方法として解釈すべきでない。本開示の様々な実施形態が数多くの他の分割による解決策によって実践できることが当業者には容易に明らかであろう。

以下の説明において、要素、回路、および機能は、本開示を不必要な詳細において不明瞭にしないようにするために、構成図の形で示すことがある。さらに、様々な構成間の論理回路の構成別の定義および分割は、特定の実装の例示である。本開示が数多くの他の分割による解決策によって実践できることが当業者には容易に明らかであろう。情報および信号は、様々な異なる技術および技法のうちのいずれかを使用して表すことができることを当業者は理解されよう。例えば、上記の説明全体を通して参照することができるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界もしくは磁粒、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表すことができる。図面によっては、提示および説明を分かりやすくするためにいくつかの信号を単一の信号として示すことがある。信号は、信号のバスを表すことができ、バスは、様々なビット幅を有することができ、本開示は、単一のデータ信号を含む任意の数のデータ信号で実装できることが当業者には理解されよう。

本明細書に開示する実施形態に関連して説明する様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブル論理デバイス、制御器、個別ゲートもしくはトランジスタ論理回路、個別ハードウェア構成要素、もしくは本明細書に説明する機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行することができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサでよいが、代替の方法では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、制御器、マイクロプロセッサ、または状態機械でもよい。汎用プロセッサは、専用プロセッサとみなすことができるが、汎用プロセッサは、コンピュータ可読媒体上に格納された命令（例えば、ソフトウェアコード）を実行する。プロセッサは、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つまたは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成など、コンピューティングデバイスの組合せとして実装することもできる。

また、実施形態は、フローチャート、フローダイアグラム、構造図、または構成図として示すことができるプロセスの観点から説明できることも留意される。プロセスは、シーケンシャルプロセスとして操作上の動作を説明することができるが、これらの動作の多くは、別のシーケンスで、並列で、または実質的に同時に実行することができる。加えて、動作の順序は、再配列することができる。プロセスは、方法、機能、手順、サブルーチン、サブプログラムなどに対応することができる。さらに、本明細書に説明する方法は、ハードウェア、ソフトウェア、または両方で実装することができる。ソフトウェアで実装した場合、機能は、コンピュータ可読媒体上の１つまたは複数の命令またはコードとして格納または伝送することができる。コンピュータ可読媒体は、１つの場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体と通信媒体との両方を含む。

「第１の」、「第２の」などの指定を使用して本明細書における要素への任意の参照は、それらの要素の数量または順序を限定しないことを理解されたい。ただし、そのような限定が明示的に記述されていない場合に限る。むしろ、これらの指定は、２つ以上の要素または１つの要素の例を区別する好都合な方法として本明細書では使用することができる。したがって、第１および第２の要素への参照は、２つの要素だけを採用できることも、またはやり方によっては第１の要素が第２の要素に優先しなければならないことも意味しない。加えて、他の指定がない限り、１組の要素は１つまたは複数の要素を含むことができる。

図１は、本開示の実施形態による軍需品システム１００の概略的な構成図である。軍需品システム１００は、軍需品制御器１１０と高電圧発火ユニット（ＨＶＦＵ）１３０とを含み、それらはそれらの間の通信のために互いに結合することができる。軍需品システム１００は、ＨＶＦＵ１３０に結合する起爆装置１９０をさらに含む。ＨＶＦＵ１３０は、起爆装置１９０が出力を生じて、軍需品デバイス（図示せず）内の下流のエネルギー物質を起爆するために起爆装置１９０を付勢するように構成することができる。このような軍需品デバイスは、限定はされないが、以下個別におよび集合的に「軍需品」と称する、点火デバイス、爆発ボルト、作動装置、ガス発生器、分離デバイス、均圧および通気デバイスを含む。

起爆装置１９０は、ＨＶＦＵ１３０と指定する四角形内に配置されるものとして図１に示す。しかし、起爆装置１９０は、電子装置組立品（図３）とは別個に収納することができ、嵌め合わせコネクタ、ストリップラインケーブルなどのコネクタと離脱可能に接続することができる。起爆装置１９０は、爆発箔起爆装置または爆発箔雷管など、点火および／または雷管デバイスとして構成することができる。特定の非限定例として、起爆装置１９０は、スラッパー起爆式雷管、爆発箔起爆装置（ＥＦＩ）、低エネルギー爆発箔起爆装置（ＬＥＥＦＩ）、爆発箔雷管（ＥＦＤ）、信管、起爆電橋型雷管（ＥＢＷ）、瞬発電気雷管（ＩＥＤ）、短期遅発雷管（ＳＰＤ）および長期遅発雷管（ＬＰＤ）のうちの１つまたは複数を備えることができる。

軍需品制御器１１０は、ＨＶＦＵ１３０の様々な特徴を有する様々な信号を制御し通信するように構成された制御論理回路１１１を含むことができる。このような制御論理回路１１１は、１つまたは複数のプロセッサ内に具現化することができる。ＨＶＦＵ１３０および軍需品制御器１１０は、それらの間の通信データ１２４を通信バスを介して伝送するために互いに結合することができる。軍需品制御器１１０は、電子安全アーム（ＥＳＡ）電力信号１２２Ａ、１２２Ｂおよび論理電力信号１２５など、複数の追加の信号をＨＶＦＵ１３０に伝送するように構成することができる。軍需品制御器１１０は、通信データ１２４ならびに電力戻り信号１２３、１２６などの信号をＨＶＦＵ１３０から受け取ることもできる。電力戻り信号１２３、１２６は、適正な接地制御を有するためにＨＶＦＵ１３０から戻ってくる基準線（例えば、接地線、バイアス基準など）であり得る。ＥＳＡ電力信号１２２Ａ、１２２Ｂは、論理電力信号１２５から分離することができ、電力戻り信号１２３、１２６も互いに分離することができる。この分離は、互いに電気的に絶縁されている制御および監視ユニット１７０とＨＶ変換器１４０とを含む実施形態において助けとなり得る。その結果、ＨＶ変換器１４０と制御および監視ユニット１７０との間の過渡を低減させることができる。

軍需品制御器１１０の制御論理回路１１１は、アーム電力制御装置１１２、通信制御装置１１４、および論理電力制御装置１１６などの機能を実行するように構成することができる。アーム電力制御装置１１２は、入力信号１０２に応答してＥＳＡ電力信号１２２Ａ、１２２Ｂを発生することができる。ＥＳＡ電力信号１２２Ａ、１２２Ｂは、起爆装置１９０に提供されるＨＶ出力信号１６１を発生するために変換される電力をＨＶＦＵ１３０に提供することができる。ＥＳＡ電力信号１２２Ａ、１２２Ｂの電圧は、ＨＶＦＵ１３０によってより高い電圧（例えば５００Ｖ超）に変換される前の比較的低い電圧（例えば、２２Ｖから４５Ｖまでの間）であり得る。通信制御装置１１４は、軍需品制御器１１０と１つまたは複数のＨＶＦＵ１３０との間の通信バス上の通信データ１２４を制御するように構成することができる。論理電力制御装置１１６は、別の入力信号１０６に応答して論理電力信号１２５を発生するように構成することができる。論理電力信号１２５は、ＨＶＦＵ１３０の制御および監視ユニット１７０に電力を提供することができる。論理電力信号１２５は、ＨＶ変換器１４０の入力フィルタ１７１を通過するとき、ろ波され、監視され、電圧調整され、および／または過渡保護され得る。

アーム電力制御装置１１２は、電力を充電のためにＨＶＦＵに提供できないようにＥＳＡ電力信号１２２Ａ、１２２Ｂを物理的に切断するのに使用することができる安全プラグ１１８をさらに含むことができる。アーム電力制御装置１１２は、ＥＳＡ電力信号１２２Ａ、１２２Ｂを伝送する前に環境保全認識判断をさらに実行することができる。環境保全認識判断は、ＥＳＡ電力信号１２２Ａ、１２２Ｂを伝送する前に環境情報（例えば、加速、モータ圧力など）を感知することを含むことができる。その結果、ＨＶＦＵ１３０を作動可能にする前に加速が判定される追加の要件が、飛行のための戦術システム上の軍需品に対する別の望ましい安全措置であり得る。

ＨＶＦＵ１３０は、高電圧（ＨＶ）変換器１４０と、容量放電ユニット（ＣＤＵ）１６０と、制御および監視ユニット１７０と、トリガーユニット１８０とを含むことができる。ＨＶ変換器１４０、ＣＤＵ１６０、制御および監視ユニット１７０、およびトリガーユニット１８０は、様々な信号（例えば、制御信号、帰還信号、監視信号、電力信号など）を送り、受け取るために内部結合して、本明細書に説明する様々な機能および動作の性能を支援することができる。

ＨＶ変換器１４０は、１つまたは複数の低電圧信号に応答して高出力電圧を発生するように構成することができる。例えば、第１のＥＳＡ電力信号１２２Ａは、入力電圧をＨＶ変換器１４０に提供することができる。第２のＥＳＡ電力信号１２２Ｂは、以下に、より詳細に説明する第２の安全スイッチ１４６の制御信号として使用することができる。ＥＳＡ電力信号１２２Ａ、１２２Ｂも、ＨＶ変換器１４０の入力フィルタ１４１を通過するとき、ろ波され、監視され、電圧調整され、および／または過渡保護され得る。例えば、第１のＥＳＡ電力信号１２２Ａは、低ＤＣ電圧（例えば、２２Ｖから４５Ｖまでの間）をＨＶ変換器１４０に提供することができる。ＨＶ変換器１４０は、変圧器１５０を通じて低ＤＣ電圧を高電圧（例えば、５５０Ｖ超）に変換することができる。変圧器１５０は、フライバック変圧器として構成することができる。

ＨＶ変圧器１４０は、変圧器１５０への経路内で動作可能に結合され、ＨＶ変換器１４０の電子安全インヒビットとして動作するように構成される複数の安全スイッチ１４４、１４６、１４８をさらに含むことができる。その結果、複数の安全スイッチ１４４、１４６、１４８の任意の１つを無効にすると、ＨＶ出力信号１６１によりＣＤＵ１６０のエネルギー蓄積デバイス１６２の充電を無効にすることができる。より多いまたはより少ない安全インヒビットが、安全インヒビット内の安全性および冗長性の所望のレベルにより存在することができる。安全インヒビット（例えば、複数の安全スイッチ１４４、１４６、１４８）を活性化させるための作動可能シーケンスの例は、図２Ａに関して以下に説明する。

第１の安全スイッチ１４４および第２の安全スイッチ１４６は、静止スイッチでよい。言い換えれば、第１の安全スイッチ１４４および第２の安全スイッチ１４６は、ある一定の条件が満たされることに基づいて一度有効にすることができ、無効にされるまでオンのままであり得る。例えば、第１の安全スイッチ１４４は、変圧器１５０に第１のＥＳＡ電力信号１２２Ａの経路内で結合することができる。第１の安全スイッチ１４４は、制御および監視ユニット１７０によって発生された第１の制御信号１４３によって制御することができる。第２の安全スイッチ１４６は、変圧器１５０に電力戻り信号１２３の経路内（例えば、接地）で結合することができる。第２のスイッチは、第２の制御信号として働く第２のＥＳＡ電力信号１２２Ｂによって制御することができる。第３の安全スイッチ１４８は、動的スイッチでよい。言い換えれば、第３の安全スイッチ１４８は、ＨＶ変換器制御装置１４２によって発生された第３の制御信号１４７の制御下でＨＶＦＵ１３０の動作の間繰り返し有効および無効にすることができる。第３の安全スイッチ１４８は、ＨＶ出力信号１６１によりＣＤＵ１６０内のエネルギー蓄積デバイス１６２の充電をパルスにするように制御することができる。動作において、変圧器１５０は、第１のコイルを通過する電流に応答して、第１のコイルから第２のコイルにエネルギーを通過させる。その結果、ＨＶ変圧器１４０は、第１のＥＳＡ電力信号１２２Ａを受け取り、ＨＶ出力信号１６１をＣＤＵ１６０に対して発生するように構成される。加えて、変圧器１５０により、ＨＶ変換器１４０は、ＣＤＵ１６０から電気的に絶縁されることが可能になる。

ＣＤＵ１６０は、発火スイッチ１６４に動作可能に結合された１つまたは複数のエネルギー蓄積デバイス１６２（例えば、キャパシタ）を含むことができる。エネルギー蓄積デバイス１６２は、起爆装置１９０に提供されるＨＶ出力信号１６１用のエネルギーを蓄積するように構成することができる。ＣＤＵ１６０は、エネルギー蓄積デバイス１６２からの電流の逆流を低減できるように、変圧器１５０とエネルギー蓄積デバイス１６２との間の経路内で結合されたダイオード１６６をさらに含むことができる。ＨＶ変換器制御装置１４２への帰還信号により、ＨＶ変換器１４０は、所望の最大出力電圧に達した場合、エネルギー蓄積デバイス１６２への充電を停止する。少量の電流が時間と共に漏れることがあり、そのような場合、ＨＶ変換器１４０は、ＨＶ出力信号１６１を所望の電圧レベルに維持するために所定の閾値未満に低下するＨＶ出力信号１６１に応答してエネルギー蓄積デバイス１６２を再充電することができる。ＨＶ出力信号１６１が十分なレベルに達する電圧をエネルギー蓄積デバイス１６２の両端間に有するとき、ＣＤＵ１６０は、作動可能にされ、エネルギー蓄積デバイス１６２内に蓄積されたエネルギーを放出して起爆装置１９０を付勢する準備ができ得る。

発火スイッチ１６４は、トリガーユニット１８０からの発火制御信号１６３に応答して、エネルギー蓄積デバイス１６２を放電するように構成することができる。したがって、発火スイッチ１６４は、適正な時に適当なパルス放出エネルギーを提供して起爆装置１９０を活性化させる電子発火制御スイッチを含むことができる。例えば、発火スイッチ１６４は、電子スイッチ、ギャップチューブ、および／またはトリガードギャップチューブを含むことができる。このようなスイッチの特定の種類は、サイリスタ（例えば、ｎチャネルＭＯＳ制御サイリスタ（ＮＭＣＴ））、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、および他の同様の電子デバイスを含むことができる。

制御および監視ユニット１７０は、ＨＶ変換器１４０およびＣＤＵ１６０と通信する。制御および監視ユニット１７０は、制御信号１４３、１４５、および１８１を発生して、本明細書に説明する様々な機能を制御しおよび／または有効にすることができる。例えば、前に論じたように、制御および監視ユニット１７０は、第１の制御信号１４３を発生して、第１の安全スイッチ１４４を有効にすることができる。制御および監視ユニット１７０は、ＨＶ変換器制御装置１４２が動的な第３の安全スイッチ１４８を動作させる第３の制御信号１４７を送信し始め、ＨＶ出力信号１６１によりＣＤＵ１６０内のエネルギー蓄積デバイス１６２の充電をパルスにし始めることができることを示すＨＶ変換器有効制御信号１４５も発生することができる。その結果、制御および監視ユニットと１７０は、ＨＶＦＵ１３０を作動可能にし、ならびにＨＶＦＵ１３０を充電するためにＨＶ変換器制御装置１４２を有効にするためのタイミングおよびシーケンシングを実行することができる。制御および監視ユニット１７０は、エネルギー蓄積デバイス１６２の放電を開始し、起爆装置１９０を付勢するために、トリガーユニット１８０に対して作動制御信号１８１をさらに発生することができる。その結果、制御および監視ユニット１７０は、ＨＶＦＵ１３０を発火させるためのタイミングを実行することができる。

制御および監視ユニット１７０は、アームおよび発火制御装置１７４と通信制御装置１７６とを含む制御論理回路１７２を含むことができる。通信制御装置１７６は、ＨＶＦＵ１３０と軍需品制御器１１０との間で伝送される通信データ１２４を制御するように構成することができる。アームおよび発火制御装置１７０は、ＨＶＦＵ１３０を作動可能にし発火させるためのタイミングおよびシーケンシングを制御するように構成することができる。アームおよび発火制御装置１７４は、ＨＶＦＵ１３０の様々な信号を監視するようにさらに構成することができる。このような信号は、ＨＶＦＵ１３０の組込み試験（ＢＩＴ）の動作の一部として監視することができる。監視される信号（例えば、様々な電圧レベル、電流レベルなど）は図１に破線で示し、個々に論じない。ＢＩＴ動作は、ＨＶＦＵ１３０の健全性および安全性を判定するためにＨＶＦＵ１３０の電源投入時に実行することができる。ＢＩＴ動作は、ＨＶＦＵ１３０の動作の間に実行し、軍需品制御器１１０に状態更新を提供することもできる（例えば、自動的にまたは要求あり次第のいずれかにより）。制御および監視ユニット１７０がシステム（例えば、ＨＶ変換器１４０、ＣＤＵ１６０、制御および監視ユニット１７０、トリガーユニット１８０、起爆装置１９０）の１つまたは複数が重大な故障を受けていると判定した場合、制御および監視ユニット１７０および／または軍需品制御器１１０は、軍需品制御システム１００を「安全」にすることができる（例えば、安全インヒビットを無効にすることにより、電力を切断することにより、など）。

トリガーユニット１８０は、作動論理回路１８２とエネルギー蓄積デバイス１８４とを含むことができる。作動論理回路１８２は、作動制御信号１８１を受け取り、それに応答して発火制御信号１６３を発生するように構成された１つまたは複数のスイッチを含むことができる。作動論理回路１８２は、作動論理回路１８２が単一の構成要素の故障により発火スイッチ１６４が活性化されないように複数の構成要素を含むことができるという点において、シングルフォールトトレラントであるように構成することができる。例えば、作動論理回路１８２は、２つのスイッチ（例えば、ＦＥＴ）を含むことができ、作動制御信号１８１は、作動論理回路１８２を活性化し、発火制御信号１６３を発生するのに使用される２つの制御信号（例えば、１つが高値および１つが低値）を含むことができる。トリガーユニット１８０のエネルギー蓄積デバイス１８４は、作動論理回路１８２と発火スイッチ１６４のゲートとの間の低インピーダンス経路を提供するための１つまたは複数のキャパシタを含むことができ、その結果、発火スイッチ１６４を活性化させるのに使用される発火制御信号１６３が比較的速い立ち上がりのパルスを示すことができる。

ＨＶＦＵ１３０は、ＨＶ出力監視信号１９２をさらに含むことができる。ＨＶ出力監視信号１９２は、ＣＤＵ１６０のエネルギー状態の独立した測定を提供するためにＣＤＵ１６０の出力に結合することができる。例えば、外部監視装置（図示せず）をＨＶＦＵ１３０に接続して、ＨＶ出力監視信号１９２を受け取り、それによってエネルギーが存在するかどうかを判定し、存在する場合は、エネルギー測定の値がどんな値なのかを判定することができる。このような情報は、ＨＶＦＵ１３０が蓄積されたエネルギーがわずかしか存在しなくて安全なのかから何も存在しないのかまで判定するために静止試験時に有用であり得る。このような情報は、制御および監視ユニット１７０によってすでに収集されている他の情報と共に情報の冗長性のためにＨＶＦＵの動作時にも有用であり得る。

図２Ａおよび２Ｂは、本開示の実施形態によるＨＶＦＵを動作させるための方法を示すフローチャート２００を示す。特に、フローチャート２００は、ＨＶＦＵを作動可能にし、充電し、発火させるための方法を示す。図２Ａおよび２Ｂの様々な動作の説明全体を通して、図１の軍需品システム１００の構成要素が参照される。

動作２１０において、制御および監視ユニット１７０に電力を提供することができる。例えば、軍需品制御器１１０は、論理電力信号１２５をＨＶＦＵ１３０に提供することができる。電源投入において、制御および監視ユニット１７０が、漂遊電圧または電流がＨＶＦＵ１３０全体を通して様々なノードに少しでも存在するかどうか判定するために監視信号（破線）で読み取ることによってＨＶＦＵ１３０の自己診断（すなわち、ＢＩＴ）を実行することができる。自己診断は、プロセッサなど、論理構成要素の試験をさらに含むことができる。例えば、制御および監視ユニット１７０は、プロセッサが読み取り、書き込み、演算などを適正に実行していることを試験することができる。

動作２１５において、ＨＶＦＵの自己診断がうまくいったかどうかに関して判定を行うことができる。ＨＶＦＵの自己診断がうまくいかなかった場合、ＨＶＦＵは、動作２２０において安全モードに入る（またはとどまる）。すなわち、安全インヒビットとして働くＨＶ変換器１４０の複数のスイッチが無効のままであり得るし、ＨＶＦＵ１３０への電力を切断することができ、または他の安全措置をとることができる。ＨＶＦＵの自己診断がうまくいった場合は、制御および監視ユニット１７０は、ＨＶＦＵ１３０が初めは正しく動作していると判定されたことを軍需品制御器１１０に折り返し報告することができる。

動作２２５において、軍需品システム１００は、作動可能シーケンスの追加の動作を開始するまでにアームコマンドを待つことができる。言い換えれば、軍需品制御器１１０および制御および監視ユニット１７０は、複数の安全スイッチ１４４、１４６、１４８がＨＶＦＵ１３０を作動可能にするために有効にされるまでに軍需品システム１００によって受け取るアームコマンドを待つことができる。アームコマンドが受け取られない場合、制御および監視ユニット１７０は、ある一定の監視信号を継続して監視して、ＨＶＦＵ１３０の継続する安全性を確実にする。アームコマンドが通信データ１０４を通じてホストから軍需品制御器１１０に受け取ることができる。システムは、個々にアドレス可能であり得る複数のＨＶＦＵ１３０を含むことができる。その結果、アームコマンドは、どのＨＶＦＵ１３０を作動可能にするのかを指示するアドレス含むことができる。このようなアームコマンドを受け取った（およびアドレスがＨＶＦＵ１３０に一致した）場合、当該ＨＶＦＵ１３０の軍需品制御器１１０と制御および監視ユニット１７０とは、当該ＨＶＦＵ１３０の作動可能シーケンスを開始することができる。

例えば、動作２３０において、軍需品制御器１１０は、第２のＥＳＡ電力信号１２２ＢをＨＶＦＵ１３０に送ることができる。第２のＥＳＡ電力信号１２２Ｂは、ＨＶ変換器１４０の第２の安全スイッチ１４６のゲートにおいて受け取ることができる。上に論じたように、第２の安全スイッチ１４６は、第２のＥＳＡ電力信号１２２Ｂがアサートされている限り有効にされる静止スイッチであり得る。第２のＥＳＡ電力信号１２２Ｂは、制御および監視ユニット１７０によっても受け取ることができる。

動作２３５において、制御および監視ユニット１７０は、第２のＥＳＡ電力信号１２２Ｂが適正な電圧帯（例えば所望の電圧±ある一定の許容値）内にあるかどうかを確認することができる。第２のＥＳＡ電力信号１２２Ｂが適正電圧帯外にある電圧レベルを有する場合、ＨＶＦＵ１３０は、動作２４０において安全モードに入る（またはとどまる）ことができる。すなわち、安全インヒビットとして働くＨＶ変換器１４０の複数のスイッチを無効にすることができ（または場合により無効にしたままにすることができ）、ＨＶＦＵ１３０への電力は切断することができる、または他の安全措置をとることができる。第２のＥＳＡ電力信号１２２Ｂが適正電圧帯内にある電圧レベルを有する場合、第１のＥＳＡ電力信号１２２Ａは、動作２４５において軍需品制御器１１０からＨＶＦＵ１３０に送ることができる。第１のＥＳＡ電力信号１２２Ａは、制御および監視ユニット１７０によっても受け取ることができる。

動作２５０において、制御および監視ユニット１７０は、第１のＥＳＡ電力信号１２２Ａが適正電圧帯（例えば所望の電圧±ある一定の許容値）内にあるかどうかを確認することができる。第１のＥＳＡ電力信号１２２Ａが適正電圧帯外にある電圧レベルを有する場合、ＨＶＦＵ１３０は、動作２５５において安全モードに入る（またはとどまる）ことができる。すなわち、安全インヒビットとして働くＨＶ変換器１４０の複数のスイッチを無効にすることができ（または場合により無効にしたままにすることができ）、ＨＶＦＵ１３０への電力は切断することができる、または他の安全措置をとることができる。第１のＥＳＡ電力信号１２２Ａが適正電圧帯内にある電圧レベルを有する場合、制御および監視ユニット１７０は、動作２６０において第１の制御信号１４３を第１の安全スイッチ１４４のゲートに送ることができる。上に論じたように、第１の安全スイッチ１４４は、第１の制御信号１４３がアサートされている限り有効にされる静止スイッチであり得る。動作２６５において、制御および監視ユニット１７０は、ＨＶ変換器制御装置１４２が動的な第３の安全スイッチ１４８を動作させ、ＨＶ出力信号１６１によりＣＤＵ１６０内のエネルギー蓄積デバイス１６２の充電をパルスにする第３の制御信号１４７を伝送し始めることができることを示すＨＶ変換器有効制御信号１４５を送ることができる。言い換えれば、有効にされ動作している複数の安全スイッチ１４４、１４６、１４８の各スイッチにより、ＨＶＦＵ１３０は、作動可能状態にあり、エネルギー蓄積デバイス１６２を充電し始めて、発火する準備ができることになる。

図２Ｂは、本開示の実施形態によるＨＶＦＵ１３０を動作させるための図２Ａに説明するフローチャート２００の続きである。特に、図２Ｂに示す動作は、ＨＶＦＵ１３０の充電および発火動作に関連した動作を含むことができる。したがって、例えば、動作２１０から２６５までなど、ＨＶＦＵ１３０が作動可能になっていると仮定する。

動作２７０において、ＨＶ変換器制御装置１４２は、第３の制御信号１４７を発生して、第３の安全スイッチ１４８を制御し、エネルギー蓄積デバイス１６２を充電するための充電モードを動作させる。上に論じたように、第３の安全スイッチ１４８は、動的スイッチである。動作２７５において、ＨＶ変換器制御装置１４２は、ＨＶ出力信号１６１が所望の電圧レベルに適正に達したかどうかを判定するためにＨＶ出力信号１６１の電圧レベルを監視することができる。適正でない場合、充電モードを継続することができる。適正である場合、動作２８０において、ＨＶ変換器制御装置１４２は、第３の制御信号１４７を発生して、第３の安全スイッチ１４８を制御し、ＨＶ出力信号１６１の電圧レベルを所望の電圧レベルに維持するために電圧維持モードを動作させる。ＨＶ変換器制御装置１４２は、ＨＶ出力信号１６１が所望の電圧レベル未満に降下したかどうかを判定するためにＨＶ出力信号１６１の電圧レベルを継続して監視し、それに応じて第３の制御信号を調整する。

この時点で、ＨＶＦＵ１３０は、作動可能になり、発火させる準備ができる。保守モードは、エネルギー蓄積デバイス１６２の放電まで、またはＨＶＦＵ１３０が安全モードに入るまで（例えば、問題が検出された場合、手動安全コマンドが与えられた場合、電力が遮断された場合など）、発火させるためのほぼ所望のレベルに電圧を維持するように構成することができる。

動作２８５において、発火コマンドを受け取った場合、エネルギー蓄積デバイス１６２に蓄積されたエネルギーは、起爆装置１９０に対して放出することができる（動作２９０）。例えば、制御および監視ユニット１７０は、作動制御信号１８１をトリガーユニット１８０に送ることができ、それにより発火制御信号１６３をさらに発生して、発火スイッチ１６４を有効にすることができる。

図３は、本開示の実施形態によるＨＶＦＵ組立品３００の側面図である。ＨＶＦＵ組立品３００は、起爆デバイス３０２と電子装置組立品３０４とを含むことができる。起爆デバイス３０２は、起爆装置１９０（図１）を収納することができ、電子装置組立品３０４は、ＨＶＦＵ１３０の電子装置（図１）を収納することができ、その各々は上に論じられている。いくつかの実施形態において、ＨＶＦＵ組立品３００は、５００Ｖ超など、いくつかの実施形態においては、さらに１０００Ｖ超など、比較的大きい電圧レベルを有する出力電圧を発生する発火ユニットである。ＨＶＦＵ組立品３００は、圧力が周囲圧力から真空圧力までの範囲内にあり得る、温度が−６５℃から８５℃までの範囲内にあり得る、ならびに極度の機械的振動および機械的衝撃が起こり得る用途に採用することができる。

起爆デバイス３０２および電子装置組立品３０４は、１つまたは複数の嵌め合わせコネクタ３１０Ａ、３１０Ｂに互いに接続することができる。例えば、ＨＶＦＵ組立品３００などの組立品は、起爆デバイス３０２の第１の嵌め合わせコネクタ３１０Ａの一部分を電子装置組立品３０４の第２の嵌め合わせコネクタ３１０Ｂの別の一部分に少なくとも部分的に挿入するステップを含むことができる。その結果、第１の嵌め合わせコネクタ３１０Ａの電気インターフェース（図示せず）を電子装置組立品３０４の第２の嵌め合わせコネクタ３１０Ｂの電気インターフェース（図示せず）に直接電気的に接続することができる。その結果、起爆デバイス３０２は、電子装置組立品３０４に取外し可能に接続することができる。起爆デバイス３０２が電子装置組立品３０４から離脱可能である場合、このような分離により、ＨＶＦＵ組立品３００の構成要素の輸送または試験のためなど、分離された起爆デバイス３０２と電子装置組立品３０４との安全な取扱いが可能になることができる。電子装置組立品３０４を起爆デバイス３０２に接続するための追加の実施形態は、個別の嵌め合わせコネクタを使用するのではなく、２つの組立品の直接接続ならびにその間のより長い距離にケーブルを使用する接続を含むことができる。このような接続の例は、２０１２年１月１１日出願の「Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｓｅｐａｒａｂｌｅ Ｆｉｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ， Ｓｅｐａｒａｂｌｅ Ｆｉｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の米国特許出願第１３／３４８，４８５号にさらに詳細に説明されている。

図４は、本開示の実施形態による少なくとも１つのＨＶＦＵを含む軍需品システムを含むロケットモータ４００の側断面図である。特に、ロケットモータ４００は、多段ロケットモータである。言い換えれば、ロケットモータ４００は、複数の段４１０を含み、その各々は、それぞれの段４１０のモータ４１２として働く推進剤を含むことができる。各段４１０は、１つまたは複数のＨＶＦＵ１３０を有することができ、ＨＶＦＵ１３０は、モータ４１２、飛行中に段４１０の使用後に段４１０を分離するための分離ジョイント４１４、エネルギーデバイス４１６（例えば、電池、ガス発生器など）など、それが関連するエネルギー物質を点火するのに、または他の用途（例えば、破壊用弾頭）に使用することができる。様々な段４１０のＨＶＦＵは、軍需品制御器１１０に結合することができる。軍需品制御器１１０は、ロケットモータ４００の航空電子工学ユニット４０１の一部であり得る。航空電子工学ユニット４０１は、推力ベクトル制御（ＴＶＣ）コマンド、計測データ収集など、ロケットモータ４００の飛行制御を管理することができる。航空電子工学ユニット４０１は、ＨＶＦＵ１３０のどれをロケットモータ４００内で発火させるのかを制御するための軍需品制御器１１０に制御を提供することができる。ＨＶＦＵ１３０は、航空電子工学ユニット４０１から軍需品制御器１１０まで個別にアドレス可能および制御可能であり得る。上に論じたように、軍需品制御器１１０は、作動可能シーケンスの間制御信号に応答してなど、ＥＳＡ電力信号１２２Ａ、１２２Ｂの発生を制御するように構成することができる。

軍需品制御器１１０は、複数の段４１０のためにＨＶＦＵ１３０を制御することができ、一方で、いくつかの実施形態において、軍需品システムは、段４１０全体を通して配分される複数の軍需品制御器１１０を含むことができる。このような軍需品システムは、本出願と同じ日に出願された「Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ， Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｔａｇｅ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の米国特許出願第１３／６０８，８２４号に説明されている。ロケットモータ内に使用されるＨＶＦＵを参照するが、他の実施形態も企図されている。例えば、発火ユニットをエネルギー物質に結合された起爆装置に点火する、または他の方法で起爆させるのに使用できる、他の用途の中でも、採鉱、掘削、解体など、様々な用途に１つまたは複数のＨＶＦＵを採用することができる。

追加の非限定実施形態は以下のものを含む。

実施形態１：より低い電圧の入力信号から高電圧出力信号を発生するように構成された高電圧変換器と、高電圧変換器に動作可能に結合された容量放電ユニットであって、高電圧出力信号からのエネルギーをエネルギー蓄積デバイスの両端間に蓄積するように、および発火制御信号に応答してエネルギー蓄積デバイスからのエネルギーを放出するように構成された容量放電ユニットと、高電圧変換器および容量放電ユニットに動作可能に結合された制御ユニットであって、外部軍需品制御器と通信し、高電圧発火ユニットの内部動作を制御するように構成された制御ユニットとを備える、高電圧発火ユニット。

実施形態２：制御ユニットが、高電圧発火ユニットの内部の複数の監視された信号の内部試験を実行するように構成される、実施形態１の高電圧発火ユニット。

実施形態３：制御ユニットが、内部試験からの状態を外部軍需品制御器に通信するようにさらに構成される、実施形態２の高電圧発火ユニット。

実施形態４：容量放電ユニットに動作可能に結合された起爆装置をさらに備え、エネルギー蓄積デバイスからの放出されたエネルギーが、起爆装置を付勢して、起爆装置に関連したエネルギー物質に点火する、実施形態１から３のいずれかの高電圧発火ユニット。

実施形態５：起爆装置を収納するための起爆デバイスと、高電圧変換器、容量放電ユニット、および制御ユニットを収納するための電子装置組立品とをさらに備え、起爆デバイスおよび電子装置組立品が、離脱可能に接続される、実施形態４の高電圧発火ユニット。

実施形態６：起爆装置が、スラッパー起爆式雷管と、爆発箔起爆装置（ＥＦＩ）と、低エネルギー爆発箔起爆装置（ＬＥＥＦＩ）と、爆発箔雷管（ＥＦＤ）と、信管と、起爆電橋型雷管（ＥＢＷ）と、瞬発電気雷管（ＩＥＤ）と、短期遅発雷管（ＳＰＤ）と、長期遅発雷管（ＬＰＤ）のうちの少なくとも１つを備える、実施形態４または実施形態５の高電圧発火ユニット。

実施形態７：高電圧変換器が、容量放電ユニットへの経路内で結合された複数の安全スイッチをさらに備え、複数の安全スイッチの各安全スイッチを、エネルギー蓄積デバイスの充電を防止するために安全モードの間無効にすることができ、エネルギー蓄積デバイスの充電を可能にするために作動可能モードの間有効にすることができる、実施形態１から６のいずれかの高電圧発火ユニット。

実施形態８：複数の安全スイッチのうちの少なくとも１つの安全スイッチが、外部軍需品制御器によって発生された制御信号によって制御される、実施形態７の高電圧発火ユニット。

実施形態９：複数の安全スイッチのうちの少なくとも１つの安全スイッチが、制御ユニットによって発生された制御信号によって制御される、実施形態７の高電圧発火ユニット。

実施形態１０：複数の安全スイッチのうちの少なくとも１つの安全スイッチが、高電圧変換器内の高電圧制御論理モジュールによって発生された制御信号によって制御される、実施形態７の高電圧発火ユニット。

実施形態１１：容量放電ユニットが、発火スイッチをさらに備え、発火スイッチが、１つまたは複数の放電制御信号に応答してエネルギー蓄積デバイスからのエネルギーを放出するように構成される、実施形態１から１０のいずれかの高電圧発火ユニット。

実施形態１２：発火スイッチが、電子スイッチ、ギャップチューブ、およびトリガードギャップチューブからなる群から選択されたスイッチを含む、実施形態１１の高電圧発火ユニット。

実施形態１３：エネルギー蓄積デバイスが、１つまたは複数のキャパシタを含む、実施形態１から１２のいずれかの高電圧発火ユニット。

実施形態１４：エネルギー蓄積デバイスの両端間に放電のために蓄積された高電圧出力信号が、約５００Ｖ超である、実施形態１から１３のいずれかの高電圧発火ユニット。

実施形態１５：高電圧発火ユニットであって、低電圧信号を高電圧出力信号に変換するように構成された高電圧変換器、高電圧出力信号からのエネルギーを１つまたは複数のエネルギー蓄積デバイスに蓄積するように、および発火制御信号に応答してエネルギーを放出するように構成された容量放電ユニット、ならびに高電圧発火ユニットの内部動作を制御するように構成された制御ユニットを備える高電圧発火ユニットと、高電圧発火ユニットに動作可能に結合された軍需品制御器とを備える軍需品システムであって、軍需品制御器が、データを制御ユニットに通信し、少なくとも１つの電力信号を高電圧変換器に通信するように構成される、軍需品システム。

実施形態１６：少なくとも１つの電力信号が、低電圧信号として第１の電力信号と、容量放電ユニットへの経路内で結合された安全スイッチを制御するための第２の電力信号とを含む、実施形態１５の軍需品システム。

実施形態１７：高電圧変換器が、制御ユニットからの制御信号に応答して低電圧信号を容量放電ユニットに選択的に結合するために容量放電ユニットへの経路内で結合された別の安全スイッチを含む、実施形態１６の軍需品システム。

実施形態１８：高電圧変換器が、容量放電ユニットへの経路内の安全スイッチに直列に結合された動的安全スイッチを含み、動的安全スイッチが、高電圧変換器によって発生された別の制御信号に応答して高電圧出力信号によりエネルギー蓄積デバイスの充電をパルスにするように構成される、実施形態１７の軍需品システム。

実施形態１９：軍需品制御器が、高電圧充電ユニットを作動可能にする前に高電圧発火ユニットに関連したアドレスを用いてホスト制御器から受け取ったアドレスコマンドを確認するように構成される、実施形態１７または実施形態１８の軍需品システム。

実施形態２０：複数の高電圧発火ユニットへの電力線および通信線を含む共通のケーブルを用いて軍需品制御器に動作可能に結合された複数の高電圧発火ユニットをさらに備える、実施形態１５から１９のいずれかの軍需品システム。

実施形態２１：高電圧発火ユニットを動作させるための方法であって、高電圧発火ユニットの高電圧変換器を作動可能にするステップと、低電圧入力信号から高電圧出力信号に変換することにより高電圧発火ユニットの容量放電ユニットを充電し、高電圧出力信号からのエネルギーをエネルギー蓄積デバイスに蓄積するステップと、発火制御信号に応答して起爆装置を活性化させるためにエネルギー蓄積デバイスからエネルギーを放出するステップとを含む方法。

実施形態２２：高電圧発火ユニットの少なくとも１つの内部ノードにおいて、測定された電圧および電流のうちの少なくとも１つを監視することにより高電圧発火ユニットの状態を判定するステップをさらに含む、実施形態２１の方法。

実施形態２３：状態を判定するステップが、高電圧発火ユニットの制御および監視ユニットの電源投入時に起きる、実施形態２２の方法。

実施形態２４：高電圧変換器を作動可能にする前に状態を外部軍需品制御器に伝送するステップをさらに含む、実施形態２２または実施形態２３の方法。

実施形態２５：高電圧変換器を作動可能にするステップが、外部軍需品制御器からの第１の作動可能電力信号と第２の作動可能電力信号とを受け取るステップを含む、実施形態２１から２４のいずれかの方法。

実施形態２６：第１の作動可能電力信号と第２の作動可能電力信号とを受け取るステップが、第１の作動可能電力信号を受け取る前に第２の作動可能電力信号が所望の電圧帯内にあることを確認するステップを含む、実施形態２５の方法。

実施形態２７：容量放電ユニットの充電を有効にする前に第１の作動可能電力信号が所望の電圧帯内にあることを確認するステップをさらに含む、実施形態２６の方法。

実施形態２８：第１の作動可能電力信号が、低電圧入力信号である、実施形態２５から２７のいずれかの方法。

本開示をある一定の図示する実施形態に関して本明細書に説明してきたが、本開示がそのように限定はされないことを当業者は認識し理解されよう。むしろ、図示し説明した実施形態に多くの追加、削除、および修正を本開示の範囲から逸脱することなく加えることができる。加えて、１つの実施形態からの特徴を別の実施形態の特徴に組み合わせることができるが、それでも発明者によって企図された本開示の範囲内に包含される。最後に、特許請求される発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的同等物によってのみ定義される。

Claims (28)

1. より低い電圧の入力信号から高電圧出力信号を発生するように構成された高電圧変換器と、
   前記高電圧変換器に動作可能に結合された容量放電ユニットであって、前記高電圧出力信号からのエネルギーをエネルギー蓄積デバイスの両端間に蓄積するように、および発火制御信号に応答して前記エネルギー蓄積デバイスからのエネルギーを放出するように構成された容量放電ユニットと、
   前記高電圧変換器および前記容量放電ユニットに動作可能に結合された制御ユニットであって、外部軍需品(ordnance)制御器と通信し、高電圧発火ユニットの内部動作を制御するように構成された制御ユニットとを備える、高電圧発火ユニット。
2. 前記制御ユニットが、前記高電圧発火ユニットの内部の複数の監視された信号の内部試験を実行するように構成される、請求項１に記載の高電圧発火ユニット。
3. 前記制御ユニットが、前記内部試験からの状態を前記外部軍需品制御器に通信するようにさらに構成される、請求項２に記載の高電圧発火ユニット。
4. 前記容量放電ユニットに動作可能に結合された起爆装置(initiator)をさらに備え、前記エネルギー蓄積デバイスからの前記放出されたエネルギーが、前記起爆装置を付勢(energize)して、前記起爆装置に関連したエネルギー物質(energetic material)に点火する、請求項の１から３のいずれかに記載の高電圧発火ユニット。
5. 前記起爆装置を収納するための起爆デバイスと、
   前記高電圧変換器、前記容量放電ユニット、および前記制御ユニットを収納するための電子装置組立品(assembly)とをさらに備え、前記起爆デバイスおよび前記電子装置組立品が、離脱可能に接続される、請求項４に記載の高電圧発火ユニット。
6. 前記起爆装置が、スラッパー起爆式雷管(slapper detonator)と、爆発箔起爆装置（ＥＦＩ:exploding foil initiator）と、低エネルギー爆発箔起爆装置（ＬＥＥＦＩ）と、爆発箔雷管（ＥＦＤ:exploding foil detonator）と、信管(blasting cap)と、起爆電橋型雷管（ＥＢＷ:exploding-bridgewire detonator）と、瞬発電気雷管（ＩＥＤ:instantaneous electrical detonator）と、短期遅発雷管（ＳＰＤ:short period delay detonator）と、長期遅発雷管（ＬＰＤ:long period delay detonator）とのうちの少なくとも１つを備える、請求項４または請求項５に記載の高電圧発火ユニット。
7. 前記高電圧変換器が、前記容量放電ユニットへの経路内で結合された複数の安全スイッチをさらに備え、前記複数の安全スイッチの各安全スイッチを、前記エネルギー蓄積デバイスの充電を防止するために安全モードの間無効にすることができ、前記エネルギー蓄積デバイスの充電を可能にするために作動可能モードの間有効にすることができる、請求項１から３のいずれかに記載の高電圧発火ユニット。
8. 前記複数の安全スイッチのうちの少なくとも１つの安全スイッチが、前記外部軍需品制御器によって発生された制御信号によって制御される、請求項７に記載の高電圧発火ユニット。
9. 前記複数の安全スイッチのうちの少なくとも１つの安全スイッチが、前記制御ユニットによって発生された制御信号によって制御される、請求項７に記載の高電圧発火ユニット。
10. 前記複数の安全スイッチのうちの少なくとも１つの安全スイッチが、前記高電圧変換器内の高電圧制御論理モジュールによって発生された制御信号によって制御される、請求項７に記載の高電圧発火ユニット。
11. 前記容量放電ユニットが、発火スイッチをさらに備え、前記発火スイッチが、１つまたは複数の放電制御信号に応答して前記エネルギー蓄積デバイスからの前記エネルギーを放出するように構成される、請求項１から３のいずれかに記載の高電圧発火ユニット。
12. 前記発火スイッチが、電子スイッチ、ギャップチューブ(gap tube)、およびトリガードギャップチューブからなる群から選択されたスイッチを含む、請求項１１に記載の高電圧発火ユニット。
13. 前記エネルギー蓄積デバイスが、１つまたは複数のキャパシタを含む、請求項１から３のいずれかに記載の高電圧発火ユニット。
14. 前記エネルギー蓄積デバイスの両端間に放電のために蓄積された前記高電圧出力信号が、約５００Ｖ超(greater than)である、請求項１から３のいずれかに記載の高電圧発火ユニット。
15. 高電圧発火ユニットであって、
    低電圧信号を高電圧出力信号に変換するように構成された高電圧変換器、
    前記高電圧出力信号からのエネルギーを１つまたは複数のエネルギー蓄積デバイスに蓄積するように、および発火制御信号に応答して前記エネルギーを放出するように構成された容量放電ユニット、ならびに
    前記高電圧発火ユニットの内部動作を制御するように構成された制御ユニットを備える高電圧発火ユニットと、
    前記高電圧発火ユニットに動作可能に結合された軍需品制御器とを備える軍需品システムであって、
    前記軍需品制御器が、データを前記制御ユニットに通信し、少なくとも１つの電力信号を前記高電圧変換器に通信するように構成される、軍需品システム。
16. 前記少なくとも１つの電力信号が、
    前記低電圧信号として第１の電力信号と、
    前記容量放電ユニットへの経路内で結合された安全スイッチを制御するための第２の電力信号とを含む、請求項１５に記載の軍需品システム。
17. 前記高電圧変換器が、前記制御ユニットからの制御信号に応答して前記低電圧信号を前記容量放電ユニットに選択的に結合するために前記容量放電ユニットへの前記経路内で結合された別の安全スイッチを含む、請求項１６に記載の軍需品システム。
18. 前記高電圧変換器が、前記容量放電ユニットへの前記経路内で前記安全スイッチに直列に結合された動的安全スイッチを含み、前記動的安全スイッチが、前記高電圧変換器によって発生された別の制御信号に応答して前記高電圧出力信号により前記エネルギー蓄積デバイスの充電をパルスにするように構成される、請求項１７に記載の軍需品システム。
19. 前記軍需品制御器が、前記高電圧充電ユニットを作動可能にする前に前記高電圧発火ユニットに関連したアドレスを用いてホスト制御器から受け取ったアドレスコマンドを確認するように構成される、請求項１７または請求項１８に記載の軍需品システム。
20. 複数の高電圧発火ユニットへの電力線および通信線を含む共通のケーブルを用いて前記軍需品制御器に動作可能に結合された前記複数の高電圧発火ユニットをさらに備える、請求項１５から１８のいずれかに記載の軍需品システム。
21. 高電圧発火ユニットを動作させるための方法であって、
    高電圧発火ユニットの高電圧変換器を作動可能にするステップと、
    低電圧入力信号を高電圧出力信号に変換することにより前記高電圧発火ユニットの容量放電ユニットを充電し、前記高電圧出力信号からのエネルギーをエネルギー蓄積デバイスに蓄積するステップと、
    発火制御信号に応答して起爆装置を活性化させる(activate)ために前記エネルギー蓄積デバイスからの前記エネルギーを放出するステップとを含む方法。
22. 前記高電圧発火ユニットの少なくとも１つの内部ノードにおいて、測定された電圧および電流のうちの少なくとも１つを監視することにより前記高電圧発火ユニットの状態を判定するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記状態を判定するステップが、前記高電圧発火ユニットの制御および監視ユニットの電源投入時に起きる、請求項２２に記載の方法。
24. 前記高電圧変換器を作動可能にする前に前記状態を外部軍需品制御器に伝送するステップをさらに含む、請求項２２または請求項２３に記載の方法。
25. 前記高電圧変換器を作動可能にするステップが、外部軍需品制御器からの第１の作動可能電力信号と第２の作動可能電力信号と受け取るステップを含む、請求項２１から２３のいずれかに記載の方法。
26. 前記第１の作動可能電力信号と前記第２の作動可能電力信号とを受け取るステップが、前記第１の作動可能電力信号を受け取る前に前記第２の作動可能電力信号が所望の電圧帯内にあることを確認するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記容量放電ユニットの充電を有効にする前に前記第１の作動可能電力信号が所望の電圧帯(voltage band)内にあることを確認するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
28. 前記第１の作動可能電力信号が、前記低電圧入力信号である、請求項２５に記載の方法。

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