JP2016222191A

JP2016222191A - オードナンス制御システム

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Publication number: JP2016222191A
Application number: JP2015112858A
Authority: JP
Inventors: 靖人鈴木; Yasuto Suzuki
Original assignee: NEC Space Technologies Ltd
Current assignee: NEC Space Technologies Ltd
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-06-03
Also published as: JP6618108B2

Abstract

【課題】より小型で信頼性が高く、時間的な制御が容易に行えるオードナンス制御システムを提供する。【解決手段】オードナンス制御システム１を、バッテリを接続するバッテリ接続端子１１と、火工品群を接続する複数系統の火工品接続端子１２と、バッテリ接続端子を回路内に含む火工品に給電するための閉回路の開閉を制御する接点スイッチ１３と、複数系統の火工品接続端子を回路内に含む各々の系統で火工品に給電するための系統毎の閉回路の開閉を各々制御する複数系統の半導体スイッチ１４と、火工品接続端子に接続された各系統の火工品を点火する際に、接点スイッチの開閉を制御すると共に、接点スイッチの閉タイミングに重ねつつ複数系統の半導体スイッチの各々の閉タイミングを重ねずに複数系統の各々の半導体スイッチを開閉する制御手段と、を用いて構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、火工品の点火を制御するオードナンス制御システムに関し、特に、人工衛星やロケットなどに搭載された火工品群の点火を制御するオードナンス制御システムに関する。

オードナンス制御システムは、人工衛星やロケット、飛翔体、航空宇宙ビークルなどに搭載される火工品の点火を制御する。

ロケットや人工衛星では通常、フェアリングや宇宙機の分離、宇宙機の変形などに、火工品を用いている。例えば人工衛星となる宇宙機は、パドルやアンテナ等の各種の搭載機器を折り畳んだ小型化した状態にピンを用いて固定した形態で打ち上げられる。そして、宇宙機は、所望の宇宙空間に到達した後、火工品を点火してピンを吹き飛ばすことで、固定状態から搭載機器を解放展開することを行っている。

オードナンス制御回路は、所望の火工品を点火する際に、その火工品に点火電流を供給する回路である。オードナンス制御回路は、各火工品を点火するタイミングで制御部から点火信号を受け付けて、火工品に点火する。火工品内には、電気点火装置（EED：Electro Explosive Device）が入っている。

オードナンス制御回路は、例えば以下の文献に記載されている。

特許文献１には、複数の火工品を直列接続した複数系統の火工品群の点火を、それぞれの系統に設けられた点火リレーの制御信号で制御するオードナンス制御回路が記載されている（図９（ａ）参照）。図中の“R_E1からR_E16”は火工品内のEEDである。また、“K₁からK₄”は点火リレー、“K₀₁からK₀₄”は点火指令リレー（リレー駆動用リレー）である。また、“R_CL1からR_CL4”は各系統の電流制限抵抗である。

特許文献２には、接続する火工品群の正極側と負極側にそれぞれの系統の接点スイッチ（リレー接点）を配設したオードナンス制御回路が記載されている（図９（ｂ）参照）。このオードナンス制御回路は、各々の系統の正極側と負極側のそれぞれの接点スイッチを異なる点火リレーで駆動するように構成されている。このオードナンス制御回路は、全ての系統の火工品を一括して点火する構成である。このことで、このオードナンス制御回路は、１つの接点スイッチの誤動作や点火指令信号の誤入力に対して耐性を持つ。また、このオードナンス制御回路は、各系統に電流制限抵抗（R_CL1からR_CL4）を具備している。

特許文献３には、火工品への電流を流す閉回路の開閉にＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いたオードナンス制御回路が記載されている（図１０参照）。また、このオードナンス制御回路は、各系統に電流制限回路を具備している。

特許文献４には、ＤＣ−ＤＣコンバータ、その制御スイッチ、蓄電用コンデンサを含むオードナンス制御回路が記載されている（図１１参照）。このオードナンス制御回路はまず、ＤＣ−ＤＣコンバータで昇圧した電圧で点火用電荷を蓄電コンデンサに一時的に蓄電する。次に、このオードナンス制御回路は、蓄電用制御スイッチの解放後に各系統のスイッチで閉回路を閉じることで、各系統のEEDに点火電流を供給する。また、このオードナンス制御回路は、全系統に対して共通に働く電流制限抵抗を具備する。また、このオードナンス制御回路は、ＤＣ−ＤＣ回路や大容量コンデンサなどの充放電回路が必要になる。この素子群は物理的に大きな容積が必要になる。

現状で人工衛星やロケットに用いている電気点火装置（EED）には、その特性上４〜７．５[A]の点火電流を流している。前述の電流制限抵抗や電流制限回路は、バッテリ電圧の変動範囲、火工品抵抗値、バッテリと各系統の火工品との間に存在するハーネス抵抗等を踏まえて、点火電流を所望範囲に収めるように設計されている。

実開昭６２−１５７６９８号公報特開平１０−１７８５４９号公報特開２００５−１７８５４９号公報特開２０１２−１４４０５６号公報

多くのオードナンス制御回路は、火工品を点火する系統を複数有している。また、各系統で複数の火工品を点火できることが望ましい。

一般にオードナンス制御回路は、誤動作に対する耐性、省電力化、小規模化が強く望まれている。また、各系統の火工品を同時に点火するバラツキを低減することも望まれる。

これらの点を同等の故障許容設計方針のもとで、先行技術のオードナンス制御システムよりも優れたオードナンス制御システムが望まれる。例えば、特許文献１ないし４の何れに対しても、同等の安全性を備えつつ、実質的回路規模の削減が図れることが望まれる。

本発明は、上記課題を追及し、より小型で信頼性が高く、時間的な制御が容易に行えるオードナンス制御システムを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係るオードナンス制御システムは、バッテリを接続するバッテリ接続端子と、火工品群を接続する複数系統の火工品接続端子と、前記バッテリ接続端子を回路内に含む火工品に給電するための閉回路の開閉を制御する接点スイッチと、前記複数系統の火工品接続端子を回路内に含む各々の系統で火工品に給電するための系統毎の閉回路の開閉を各々制御する複数系統の半導体スイッチと、前記火工品接続端子に接続された各系統の火工品を点火する際に、前記接点スイッチの開閉を制御すると共に、前記接点スイッチの閉タイミングに重ねつつ前記複数系統の半導体スイッチの各々の閉タイミングを重ねずに前記複数系統の各々の半導体スイッチを開閉する制御手段と、を含む。

本発明の一実施形態に係るオードナンス制御方法は、バッテリを接続するバッテリ接続端子と、火工品群を接続する複数系統の火工品接続端子と、前記バッテリ接続端子を回路内に含む火工品に給電するための閉回路の開閉を制御する接点スイッチと、前記複数系統の火工品接続端子を回路内に含む各々の系統で火工品に給電するための系統毎の閉回路の開閉を各々制御する複数系統の半導体スイッチと、を具備する回路網に対して、前記接点スイッチと前記複数系統の半導体スイッチを制御して前記火工品接続端子に接続された各系統の火工品を前記バッテリ接続端子に接続されたバッテリの電力で点火する際に、その制御手段は、前記接点スイッチの開閉を制御し、併せて、前記接点スイッチの閉タイミングに重ねつつ前記複数系統の半導体スイッチの各々の閉タイミングを重ねずに前記複数系統の各々の半導体スイッチを開閉する。

本発明によれば、より小型で信頼性が高く、時間的な制御が容易に行えるオードナンス制御システムを提供できる。

本発明にかかる第１の実施形態のオードナンス制御システムを示すブロック図である。第１の実施形態のオードナンス制御システムの制御シーケンス例を示すタイミングチャートである。第１の実施形態のオードナンス制御システムの別の制御シーケンス例を示すタイミングチャートである。本発明にかかる第２の実施形態のオードナンス制御システムを示すブロック図である。第２の実施形態のオードナンス制御システムの制御シーケンス例を示すタイミングチャートである。本発明にかかる第３の実施形態のオードナンス制御システムを示すブロック図である。第３の実施形態のオードナンス制御システムの制御シーケンス例を示すタイミングチャートである。本発明にかかる一構成例のオードナンス制御システムを示すブロック図である。先行技術文献で開示されたオードナンス制御回路を示す説明図である（特許文献１，特許文献２）。先行技術文献で開示されたオードナンス制御回路を示す説明図である（特許文献３）。先行技術文献で開示されたオードナンス制御回路を示す説明図である（特許文献４）。

本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。各図は、発明に係る構成要素または制御タイミングを概略的に示す図である。以下の説明では、火工品を点火する系統数が４系統の回路を例示して説明する。また、実施形態間で同様な説明は簡略化または省略する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態のオードナンス制御システム１を示すブロック図である。

図示するようにオードナンス制御システム１は、各接続端子にバッテリBTと各火工品EEDを接続して、各火工品EEDの点火タイミングを制御する。

オードナンス制御システム１は、概して、オードナンス制御回路１０と制御部２０に分けられる。

オードナンス制御回路１０は、各系統の火工品（EED１‐EED４）に給電するための各系統の閉回路の開閉を制御して、各系統の火工品EEDを点火する。
制御部２０は、オードナンス制御回路１０に内在する各スイッチを制御して、各系統の火工品EEDの点火タイミングを制御する。

以下、各構成要素の説明を行う。
バッテリ接続端子１１は、正極側バッテリ接続端子と負極側バッテリ接続端子とが対でオードナンス制御回路１０に具備され、バッテリBTの正極と負極にそれぞれ接続する。

火工品接続端子１２は、各系統の正極側火工品接続端子と負極側正極側火工品接続端子とが対でオードナンス制御回路１０に具備され、各系統の火工品EEDにそれぞれ接続する。

接点スイッチ１３は、バッテリ接続端子１１に接続されて、火工品に給電するための閉回路の開閉を制御する。この開閉制御は、制御部２０のBUS_ON制御信号で管理される。接点スイッチ１３は、必要に応じてBUS_OFF制御信号を受け付けて、閉回路を切断する構成を有していてもよい。なお、接点スイッチ１３は、負極側に設けてもよく、閉回路内に設ければよい。

このオードナンス制御回路１０では、待機状態で（火工品を使用しないときに）、バッテリBTからの不要な漏れ電流が閉回路に流れないように物理的にバッテリBTと閉回路を切り離す接点スイッチ１３を採用する。接点スイッチ１３を閉回路に含めることで、僅かな漏れ電流によって、バッテリBTの劣化や、火工品の劣化などを予防できる。また、オードナンス制御回路の設計方針によっては、半導体スイッチを母線スイッチとして採用してもかまわない。

図示した回路中のBUS_RL（母線リレー）は、火工品EEDに給電する点火電流を通過させる。このため、母線リレーの許容電流量と点火電流を比べて、適切な容量の部品選定を行う必要がある。本実施形態では、後述するオードナンス制御回路１０の制御手法によって、この許容電流値を、１系統分相当にまで低減可能にできる。このため、このBUS_RLには、比較的小型のリレーが採用できる。

半導体スイッチ１４は、各火工品EEDに給電するための系統毎の閉回路上に設けられ、各々の系統の閉回路の開閉を各々制御する。この開閉制御は、制御部２０のFIRE1〜4制御信号で管理される。なお、図記号としてP型FETを示すが、バイポーラトランジスタや必要であればＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、サイリスタなどを使用しても構わない。

また、オードナンス制御回路１０は、閉回路内の母線に必要に応じて適度な電流制限抵抗ｒ_ｂを具備することが望ましい。なお、例えば、オードナンス制御回路１０に接続するバッテリBTの電圧値や直列数の調整で点火電流を調整してもよい。

制御部２０は、火工品接続端子１２に接続された各系統の火工品（EED1からEED4）を点火する際に、接点スイッチ１３の開閉を制御する。また、制御部２０は、併せて、接点スイッチ１３の閉タイミングに重ねつつ、各系統の半導体スイッチ１４の各々の閉タイミングを重ねずに開閉する。

この構成を有することで、オードナンス制御回路１０は、制御部２０の各制御信号を受けて各系統の閉回路の開閉を各制御信号に従って実施する。その結果、オードナンス制御回路１０は、バッテリBTの起電力で、火工品EED1からEED4の何れかのみに点火電流を供給する。この際、主閉回路（母線）に流れる電流量も、１系統分の点火電流に抑えられる。

次に、本オードナンス制御システム１の制御手法を説明する。

図２及び図３は、オードナンス制御システム１の制御シーケンス例を示すタイミングチャートである。なお、図中の”CMD”は、制御信号を表す。

制御部２０は、上述した各系統の閉回路の閉タイミング関係に従って、各系統の火工品を点火するタイミングで各制御信号（図中のコマンドBUS_ON，各FIRE）をオードナンス制御回路１０に送出する。

タイミングチャートの上段は、制御部２０から送出される各コマンド（制御信号）を示している。タイミングチャートの下段は、各系統の火工品EEDに加わる電圧の印加タイミングを示している。なお、各FIRE制御信号は、タイミング関係を示す説明上、各FIRE制御信号を重ねて図示している。以後の説明で用いるタイミングチャートも同様である。

図２に示したタイミングチャートでは、制御部２０は、オードナンス制御回路１０の回路網に対して、まず接点スイッチ１３の開閉をBUS_ON制御信号で制御して母線にバッテリ電圧を印加する。併せて、制御部２０は、各系統の半導体スイッチ１４の各々をFIRE制御信号（FIRE1からFIRE4）でシーケンシャルにONさせて、逐次的に各系統の閉回路を形成する。

また、制御部２０は、シーケンシャルにFIRE制御信号を送出する際に、各系統の半導体スイッチ１４の各々の閉タイミング間に時間を開けている。

結果、オードナンス制御システム１は、接点スイッチ１３と各系統の半導体スイッチ１４の開閉で各系統の火工品EEDをバッテリBTの電力で逐次的に点火できる。また、FIRE制御信号間に間隔を設けることで、FIRE制御信号に例え意図せぬ揺らぎが生じたとしても、各半導体スイッチの開閉を各々の閉タイミングを重ねず実施できる。すなわち、FIRE制御信号間の間隔は、この時間に対する耐性として利用できる。

この際、現状の一般的な火工品EEDであれば、各系統に流れる電流は４[A]から7.5[A]である。また、母線に流れる電流量は、何れの通電タイミングにおいても１系統分である。すなわち、現状の一般的な火工品EEDであれば、母線に流れる電流も４[A]から7.5[A] にできる。このため、母線に係る回路素子の小規模化が図れる。

図３に示したタイミングチャートでは、所望タイミングで第１系統の火工品EED1と第４系統の火工品EED4を点火するタイミングチャートである。

このように、各系統の点火タイミングは、複数系統の半導体スイッチの各々の閉タイミングを重ねずに制御すれば自由である。

このように本実施形態によれば、より小型で信頼性が高く、時間的な制御が容易に行えるオードナンス制御システムを提供できる。
なお、本オードナンス制御回路１０は、先行技術文献に記載されたオードナンス制御回路で使用されている各系統の電流制限抵抗又は各系統の電流制限回路の何れも具備していない。このため、本オードナンス制御回路は、その回路規模の低減が行えている。

［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態のオードナンス制御システム２を示すブロック図である。第１の実施形態と同様な部分の説明は簡略化する。

図示するように、オードナンス制御システム２には、オードナンス制御回路１０’内に電流制限回路１５が設けてある。

また、オードナンス制御システム２では、負極側バッテリ接続端子と負極側火工品接続端子との間にも半導体スイッチ１４が設けてある。この負極側の半導体スイッチ１４は、説明上帰線側スイッチ１６と呼ぶ。

また、制御部２０’は、帰線側スイッチ１６のONタイミングを制御するFIER_ENA制御信号を、他の制御信号にタイミングを合わせて追加で送出する。帰線側スイッチ１６は、FIER_ENA制御信号が入力されている間、導通状態になる。電流制限回路１５は、接点スイッチ１３と各系統の半導体スイッチ１４との間に設けられ、閉回路に発生する過大電流量を制限する。この電流制限回路１５は、どのような回路構成を用いても良いものの、省電力且つ小規模な回路が望ましい。

この電流制限回路１５では、母線の閉回路が閉じた状態で流れる母線電流を設定値の電流値（最大電流値）に制限する。この最大電流値は、１系統の点火に求められる点火電流量より高く、且つ、接点スイッチ１３の許容電流量より低い値に設定する。
また、この最大電流値は、１系統分の火工品を点火可能な電流量に抑えると最適値となる。このため、設定値は、多くの場合４[A]から7.5[A]の間で設定すればよい。

帰線側スイッチ１６は、FIER_ENA制御信号に従って各系統の負極側で閉回路の開閉を制御する。

本実施形態では、帰線側スイッチ１６として、半導体スイッチを用いて全ての系統を一まとめで閉回路の開閉を制御する。オードナンス制御回路１０’は、この回路素子をリレー（接点スイッチ）に置換することも可能である。また、オードナンス制御回路１０’は、この帰線側スイッチ１６を各々の系統毎に設けた回路構成を採用してもよい。

図５は、オードナンス制御システム２の制御シーケンス例を示すタイミングチャートである。

制御部２０’は、上述した各系統の閉回路の閉タイミング関係に従って、各系統の火工品を点火するタイミングで各制御信号（図中のコマンドBUS_ON，FIRE_ENA，各FIRE）をオードナンス制御回路１０’に送出する。

図５に示したタイミングチャートでは、制御部２０’は、オードナンス制御回路１０’の回路網に対して、まず接点スイッチ１３の開閉をBUS_ON制御信号で制御して母線にバッテリ電圧を印加する。併せて、制御部２０’は、帰線側スイッチ１６と各系統の半導体スイッチ１４の各々を、FIRE_ENA制御信号とFIRE制御信号（FIRE1からFIRE4）でシーケンシャルにONさせて、逐次的に各系統の閉回路を形成する。

制御部２０’は、各系統の半導体スイッチ１４の各々の閉タイミング間に時間を開けて、シーケンシャルにFIRE制御信号を送出する。制御部２０’は、この各FIRE制御信号に合わせて、帰線側スイッチ１６の閉タイミングを図ったFIRE_ENA制御信号を送出する。

図５（ａ）の例では、制御部２０’は、FIRE_ENA制御信号を、FIRE1 制御信号の立ち上がりエッジとFIR4 制御信号の立ち下りエッジに合わせて生成している。

図５（ｂ）の例では、制御部２０’は、FIRE_ENA制御信号を、FIRE1 制御信号からFIR4 制御信号の立ち上がりエッジと立ち下りエッジの全てに合わせて生成している。

FIRE_ENA制御信号の信号波形は、採用する帰線側スイッチ１６の素子特性を踏まえて選定すればよい。また、FIRE_ENA制御信号は、FIRE1 制御信号の立ち上がりエッジとFIR4 制御信号の立ち下りエッジよりも長くHiレベルに維持してもよい。

結果、オードナンス制御システム２は、接点スイッチ１３と帰線側スイッチ１６と各系統の半導体スイッチ１４の開閉で各系統の火工品EEDをバッテリBTの電力で逐次的に点火できる。また、FIRE_ENA制御信号を設けることで、FIRE制御信号や帰線に例え意図せぬノイズが生じたとしても、正常な点火を維持し得る可能性を高める。更に、FIRE制御信号により動作する母線側接点スイッチ14が故障しても、FIRE_ENA制御信号が入力されない限り火工品が動作せず、全体の安全性を確保できる。

また、本制御シーケンスで母線に流れる電流量は、何れの通電タイミングにおいても基本的に１系統分である。オードナンス制御システム２は、電流制限回路１５を有することで、運用中に例え意図せぬノイズが生じたとしても、何れの通電タイミングにおいても電流制限回路１５の制限以上の母線電流は流れない。このノイズには、例え各系統の半導体スイッチ１４の各々の閉タイミングが僅かな時間重なるようなノイズをも含み得る。このため、例えば、２系統の閉回路が形成された場合、制限を受けた母線電流は各々の系統に分流され、火工品の点火電流としては低めの値の電流となることを想定できる。結果、正常状態に復帰後に、正常な点火を維持し得る可能性を高める。

また、電流制限回路１５を有することで、接点スイッチ１３などの母線に係る回路素子の小規模化の担保にできる。

このように本実施形態によれば、より小型で信頼性が高く、時間的な制御が容易に行えるオードナンス制御システムを提供できる。

［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態のオードナンス制御システム３を示すブロック図である。第１及び第２の実施形態と同様な部分の説明は簡略化する。

図示するように、オードナンス制御システム３には、オードナンス制御回路１０’’内に択一出力回路１７，１８が設けてある。また、帰線側スイッチ１６は、系統毎の半導体スイッチを具備する。図では、正極側の択一出力回路を正極側択一出力回路１７と示し、負極側の択一出力回路を負極側択一出力回路１８と示している。

択一出力回路１７，１８は、どのような回路構成を用いても良いものの、省電力且つ小規模な回路が望ましい。また、択一出力回路１７，１８は、論理回路又は電子回路又はその組み合わせで組むことが望ましい。

択一出力回路１７は、制御部２０’’から複数系統の入力信号（FIRE制御信号）を受けて、半導体スイッチ１４に入力信号と同一タイミングの出力信号を択一で出力する。

一方、択一出力回路１８は、制御部２０’’から複数系統の入力信号（FIRE_ENA制御信号）を受けて、帰線側スイッチ１６（負極側半導体スイッチ１４）に入力信号と同一タイミングの出力信号を択一で出力する。

制御部２０’’は、正常動作時、択一出力回路１７，１８に入力信号（FIRE制御信号又はFIRE_ENA制御信号）を択一で（重ねずに）出力する。他方、信号ラインへのノイズや何らかの故障で半導体スイッチ１４のＯＮ制御に不具合を起こすことを想定した場合に、択一出力回路１７，１８は有効な予防手段となる。

なお、択一出力回路１７，１８は、オードナンス制御回路１０’’内に一方のみの回路を具備する構成でもよい。この構成でも、何らかの不具合に対して誤動作の予防が行える。

また、択一出力回路１７，１８は、電流制限回路１５を有さない回路構成を採用した場合に、接点スイッチ１３などの母線に係る回路素子の過電流保護回路としても働く。

図７は、オードナンス制御システム３の制御シーケンス例を示すタイミングチャートである。なお、この制御シーケンス例は、必ずしも択一出力回路や帰線側スイッチを有する回路構成でなくとも採用し得る。採用する故障許容設計を満足するように回路構成と制御シーケンスを適宜組み合わせればよい。

制御部２０’’は、第１又は第２の実施形態と同様に、適宜各系統の火工品を点火するタイミングで各制御信号をオードナンス制御回路１０’’に送出する。

図７の例では、制御部２０’’は、各系統の半導体スイッチ１４の各々の閉タイミング間に時間を開けずに、シーケンシャルにFIRE1 制御信号からFIR4 制御信号をシーケンシャルに送出している。なお、制御部２０’’は、各系統の半導体スイッチ１４の各々の閉タイミング間に時間を極わずかに開けて、シーケンシャルにFIRE1 制御信号からFIR4 制御信号を送出することとしてもよい。
このように、各系統の半導体スイッチ１４の各々の閉タイミング間の時間を短縮することで、火工品EED1からEED4を点火するタイミングをより同時的に近づけられる。また、このような制御シーケンスであっても、択一出力回路１７，１８，電流制限回路１５を適切に配置することで、母線閉回路の故障を許容できる。

なお、本制御シーケンスで母線に流れる電流量は、何れの通電タイミングにおいても１系統分である。

次に、上記実施形態をより具現化した一構成を示して本発明を説明する。

［構成例１］
図８は、構成例に係るオードナンス制御システム４を示すブロック図である。図８に示したオードナンス制御システム４は、上記実施形態を組み合わせて構成している。また、一部の回路要素を具体的な電気回路で示している。

図８に示すようにオードナンス制御回路１０’’’は、バッテリ接続端子１１、火工品接続端子１２、接点スイッチ１３、正極側半導体スイッチ１４、負極側半導体スイッチ１４（帰線側スイッチ１６）、電流制限回路１５を具備する。

そして、制御部２０’’’は、オードナンス制御回路１０’’’のバッテリ接続端子１１に接続されたバッテリBTの起電力を用いて、各系統の火工品接続端子１２に接続された火工品EED1-4を所要に点火する。

具体的には、制御部２０’’’は、火工品EED1-4を点火する際に、接点スイッチ１３の閉タイミングに重ねつつ正極側と負極側の各系統の半導体スイッチ１４の閉タイミングを揃え且つ各系統の閉タイミングを重ねずに各系統の閉回路を開閉する。

接点スイッチ１３（図中 BUS_RL）は、先の実施形態で説明したとおり、各系統の閉回路にシーケンシャルに点火電流を流すことによって、１系統分相当を許容できる比較的小型の接点リレーを採用できる。本回路構成では、接点スイッチ１３を、接続するBUS_ON制御信号と、切るBUS_OFF制御信号で制御する。１系統の点火電流の最大値が7.5A以下と想定した場合、接点スイッチ１３として、１０Ａタイプのリレーが使用できる。

なお、小型の接点リレーを採用すれば、例えば、５０Ａタイプでリレーを採用した場合に必要になる、接点スイッチ１３を駆動させるためのリレー（リレー駆動用リレー）を不要にできる。

正極側半導体スイッチ１４及び負極側半導体スイッチ１４（帰線側スイッチ１６）は、ＦＥＴを採用している。正極側半導体スイッチ１４（FET1aからFET 4a）は、P型FETであり、各系統のゲート信号としてそれぞれ制御信号（FIRE1からFIRE4）を受け付けてＯＮする。他方、負極側半導体スイッチ１４（FET1bからFET 4b）は、N型FETであり、各系統のゲート信号として同一の制御信号（FIRE_ENA）を受け付けてＯＮする。

オードナンス制御回路１０’’’は、バッテリ電圧が母線に印加され且つ帰線側の各半導体スイッチ１４がオンした状態で、FIRE制御信号が何れかの正極側の半導体スイッチ１４に入力されると、その系統に点火電流が流れる。結果、その系統の火工品EEDのみが点火する。

また、それぞれのFIRE制御信号を重ねずにシーケンシャルに正極側の半導体スイッチ１４に入力することで、オードナンス制御回路１０’’’は、シーケンシャルに各系統の火工品EEDを点火する。

この際、母線に流れる電流は何れのタイミングでも１系統分である。別の観点で着目すれば、BUS_RLに求められる許容電流量が１系統分相当で十分になる。

電流制限回路１５は、母線電流（帰線電流）の最大電流を制限する。例示した回路構成の電流電気回路は、概ね抵抗Rr1の値とTRr1のオン抵抗の値で電流制限値を定められる。この電流制限値は１系統分の点火電流に従って定める。

ここで、例示した電気回路の動作原理を簡単に説明する。
電流制限回路１５内では、BUS_RLが閉じた際に、バッテリBTの電圧が抵抗Rr1，Rr2 ，Rr3に印加される（母線電流はほぼゼロである）。このとき、FETr1のゲート電位は、抵抗Rr1と抵抗Rr2と抵抗Rr3の分圧比により定まる。FETr1は、ゲート−ソース間の電圧（抵抗Rr2の両端電位差）がFETr1のオン電圧以上であればオンする。このため、点火電流が流れない状態では、半導体スイッチ１４（FET1aからFET 4a）のソース電極の電位は、概ねバッテリBTの正極電位になる。
何れかのFIRE制御信号が半導体スイッチ１４に入力され何れかの系統の点火電流が流れると、母線電流が増加し抵抗Rr1の両端の電位差が増加する。この抵抗Rr1で発生する電位差がトランジスタTRr1のオン電圧に達した場合、トランジスタTRr1がオンする。この状態になると、FETr1のゲート・ソース間電圧がトランジスタTRr1がオンする値を保つ値まで低下する。その結果、FETr1を通過する最大電流量を制限する。このように、電流制限回路１５は、過大電流を制限する。

この電流制限回路１５は、接点スイッチ１３と各系統の半導体スイッチ１４との間に設けることで、様々な設計観点での保護回路となる。
一つは、接点スイッチ１３の保護回路となる。
また、各系統の半導体スイッチ１４の保護回路となる。
加えて、何らかの誤動作で複数系統の閉回路がＯＮした場合に、火工品が点火することを防ぐ保護回路となる。

本構成例のオードナンス制御回路１０’’’は、この回路構成から自明なとおり、接点スイッチ１３がＯＮしないと何れの火工品EEDにも点火電流が流れない。また、このオードナンス制御回路１０’’’は、FIRE_ENA制御信号と各FIRE制御信号の両方が揃って入力されないと、何れの火工品EEDにも点火電流が流れない。

このように、何れかの火工品EEDに点火電流を供給する条件は、接点スイッチ１３と各系統の正極側と負極側それぞれの半導体スイッチ１４の３スイッチの正常なスイッチングである。また、電流制限回路１５も火工品EEDの保護回路の機能を提供する。

この一構成例に示した多重故障許容設計のオードナンス制御システム４は、結果的に、誤って火工品ＥＥＤを点火することを強固に予防できる。
加えて、従前のオードナンス制御回路に対して、現実的に容積が大きい回路素子であった大電流リレーを小型リレーに変更できる。また、例示した系統数や設計値であれば母線リレー以外はオンボード実装が可能な回路素子である。また、副次的に大電流リレーで必要となることが多かったリレー駆動用リレーやその為の電源回路を不要にできる。
更に、各系統に挿入していた電流制限抵抗を除外できている。
結果、小型軽量化を現実的に実現できる。

このように、本構成例のオードナンス制御システム４は、より小型で信頼性が高く、時間的な制御が容易に行える。

なお、制御部は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせを用いて適宜実現すればよい。ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせた形態では、ＲＡＭ（Random Access Memory）に点火用プログラムが展開され、このプログラムに基づいてプロセッサ等のハードウェアを動作させる。また、このプログラムは、記録媒体に非一時的に記録されて頒布されても良い。

以上実施形態及び構成例を図示して説明したが、本発明の具体的な回路構成は前述の実施形態、構成例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があってもこの発明に含まれる。

以上説明したように、本発明によれば、より小型で信頼性が高く、時間的な制御が容易に行えるオードナンス制御システムを提供できる。

昨今の宇宙分野において、搭載機器には、火工品系統の増加傾向が強く、加えて搭載機器の高密度実装、軽量化が求められる。また、搭載機器には様々な多重故障許容設計に対応する許容度も求められる。オードナンス制御システムも同様である。

本発明は、例えば火工品の点火系統が５系統（5.ch）以上の点火制御を行う場合にも有効である。また、系統数が増えるほど、従前のオードナンス制御システムとの比較で、本発明の貢献による高密度実装、軽量化の度合いが顕著になる。

１，２，３，４オードナンス制御システム
１０，１０’，１０’’，１０’’’ オードナンス制御回路（火工品点火回路）
１１バッテリ接続端子
１２火工品接続端子
１３接点スイッチ
１４半導体スイッチ
１５電流制限回路
１６帰線側スイッチ
１７，１８択一出力回路
２０，２０’，２０’’，２０’’’ 制御部（制御手段）

BT バッテリ
EED 電気点火装置
EED1 第1系統火工品内電気点火装置
EED2 第2系統火工品内電気点火装置
EED3 第3系統火工品内電気点火装置
EED4 第4系統火工品内電気点火装置

Claims

バッテリを接続するバッテリ接続端子と、
火工品群を接続する複数系統の火工品接続端子と、
前記バッテリ接続端子を回路内に含む火工品に給電するための閉回路の開閉を制御する接点スイッチと、
前記複数系統の火工品接続端子を回路内に含む各々の系統で火工品に給電するための系統毎の閉回路の開閉を各々制御する複数系統の半導体スイッチと、
前記火工品接続端子に接続された各系統の火工品を点火する際に、前記接点スイッチの開閉を制御すると共に、前記接点スイッチの閉タイミングに重ねつつ前記複数系統の半導体スイッチの各々の閉タイミングを重ねずに前記複数系統の各々の半導体スイッチを開閉する制御手段と、
を含むオードナンス制御システム。
前記閉回路に１系統分の火工品を点火可能な電流量に設定された電流制限回路を更に含む請求項１記載のオードナンス制御システム。
前記複数系統の半導体スイッチは、各系統の正極側と負極側それぞれに前記閉回路の開閉を制御する半導体スイッチを具備し、
前記制御手段は、前記火工品接続端子に接続された各系統の火工品を点火する際に、前記接点スイッチの開閉を制御すると共に、前記接点スイッチの閉タイミングに重ねつつ正極側と負極側の各系統の半導体スイッチの閉タイミングを揃え且つ前記各系統の閉タイミングを重ねずに系統毎の閉回路の開閉する
請求項１又は２に記載のオードナンス制御システム。
前記複数系統の半導体スイッチは、各系統の正極側又は負極側の一方で複数系統が纏められた閉回路の開閉を制御するスイッチ手段を具備し、
前記制御手段は、前記火工品接続端子に接続された各系統の火工品を点火する際に、前記接点スイッチの開閉を制御すると共に、前記接点スイッチの閉タイミングと前記スイッチ手段の閉タイミングとに重ねつつ前記複数系統の半導体スイッチの各々の閉タイミングを重ねずに系統毎の閉回路の開閉する
請求項３に記載のオードナンス制御システム。
前記複数系統の半導体スイッチへの入力信号を択一で出力する択一出力回路を更に具備する請求項１ないし４の何れか一項に記載のオードナンス制御システム。
前記制御手段は、前記火工品接続端子に接続された各系統の火工品を点火する際に、前記複数系統の半導体スイッチの各々の閉タイミング間に時間を開けて、各々の閉タイミングを重ねずに、各半導体スイッチを開閉する請求項１ないし５の何れか一項に記載のオードナンス制御システム。
バッテリを接続するバッテリ接続端子と、火工品群を接続する複数系統の火工品接続端子と、前記バッテリ接続端子を回路内に含む火工品に給電するための閉回路の開閉を制御する接点スイッチと、前記複数系統の火工品接続端子を回路内に含む各々の系統で火工品に給電するための系統毎の閉回路の開閉を各々制御する複数系統の半導体スイッチと、を具備する回路網に対して、
前記接点スイッチと前記複数系統の半導体スイッチを制御して前記火工品接続端子に接続された各系統の火工品を前記バッテリ接続端子に接続されたバッテリの電力で点火する際に、
その回路網の制御手段は、前記接点スイッチの開閉を制御し、
併せて、前記接点スイッチの閉タイミングに重ねつつ前記複数系統の半導体スイッチの各々の閉タイミングを重ねずに開閉する
オードナンス制御方法。
前記回路網の前記複数系統の半導体スイッチは、各系統の正極側と負極側それぞれに前記閉回路の開閉を制御する半導体スイッチを具備し、
前記制御手段は、
前記接点スイッチの開閉を制御し、
併せて、前記接点スイッチの閉タイミングに重ねつつ正極側と負極側の各系統の半導体スイッチの閉タイミングを揃え且つ前記各系統の閉タイミングを重ねずに系統毎の閉回路の開閉する
請求項７に記載のオードナンス制御方法。
前記回路網の前記複数系統の半導体スイッチは、各系統の正極側又は負極側の一方で複数系統が纏められた閉回路の開閉を制御するスイッチ手段を具備し、
前記制御手段は、
前記接点スイッチの開閉を制御し、
前記接点スイッチの閉タイミングと前記スイッチ手段の閉タイミングとに重ねつつ前記複数系統の半導体スイッチの各々の閉タイミングを重ねずに系統毎の閉回路の開閉する
請求項８に記載のオードナンス制御方法。
前記制御手段は、前記火工品接続端子に接続された各系統の火工品を点火する際に、前記複数系統の半導体スイッチの各々の閉タイミング間に時間を開けて、各々の閉タイミングを重ねずに、各半導体スイッチを開閉する請求項７ないし９の何れか一項に記載のオードナンス制御方法。