KR20230133035A - Power stabilization device for rocket projectiles - Google Patents
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Abstract
로켓 발사체의 전력 안정화 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 로켓 발사체의 전력 안정화 장치는, 로켓 발사체의 메인 전원에 연결되는 제1 전원 입력부, 로켓 발사체의 FTS(Flight Termination System) 배터리에 연결되는 제2 전원 입력부, 제1 전원 입력부 및 상기 제2 전원 입력부 중 어느 하나로부터 공급되는 전원을 로켓 발사체의 INGU(Inertial Navigation Guidance Unit)로 공급하는 전원 출력부, 및 제1 전원 입력부를 통한 전원 공급이 차단되면, 제2 전원 입력부를 전원 출력부와 연결하는 FPGA(Field Programmable Gate Array)부를 포함한다.A power stabilization device for a rocket launch vehicle is disclosed. The power stabilization device for a rocket launch vehicle according to an embodiment of the present invention includes a first power input unit connected to the main power source of the rocket launch vehicle, a second power input unit connected to the FTS (Flight Termination System) battery of the rocket launch vehicle, and a first power input unit. and a power output unit that supplies power supplied from any one of the second power input units to the INGU (Inertial Navigation Guidance Unit) of the rocket launch vehicle, and when the power supply through the first power input unit is cut off, the second power input unit powers the second power input unit. It includes an FPGA (Field Programmable Gate Array) unit connected to the output unit.
Description
본 발명은 로켓 발사체의 전력 안정화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복잡한 추가 구성 없이 로켓 발사체의 INGU로 공급되는 전원 이상 발생에 즉각적 대처가 가능한 로켓 발사체의 전력 안정화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power stabilization device for a rocket launch vehicle, and more specifically, to a power stabilization device for a rocket launch vehicle that can immediately respond to the occurrence of a power abnormality supplied to the INGU of a rocket launch vehicle without complicated additional configuration.
관성항법장치(Inertial Navigation System : INGU)는 자신의 위치를 감지해 목표물 혹은 목적지 항로를 찾는데 사용되는 것으로, 자이로센서를 이용하여 방향을 정하고, 가속도계를 이용해 속도를 측정해낸 후, 측정값을 적분하여 자신의 위치를 알아내는 원리로 작동한다.Inertial Navigation System (INGU) is used to detect one's own position and find a target or destination route. It determines direction using a gyro sensor, measures speed using an accelerometer, and integrates the measured value. It works on the principle of finding out one's location.
관성항법장치는 GPS 신호가 없는 곳에서도 표적을 탐지하고 조준할 수 있도록 도와주는 역할이 가능하여 군사적인 목적으로 많이 사용된다. 예를 들면, 미사일, 자주포, 함대 등의 방위산업에서 정확도 향상을 목적으로 사용된다.Inertial navigation devices are often used for military purposes because they can help detect and aim at targets even in places where there are no GPS signals. For example, it is used to improve accuracy in the defense industry such as missiles, self-propelled artillery, and fleets.
또한, 관성항법장치는 원래는 미사일 유도장치로 개발되었으나, 최근에는 항공기, 잠수함, 및 선박 등에도 적용되는 것은 물론, 자동차, 로봇청소기, 및 게임기와 같은 형태로 일상생활에서도 접할 수 있게 되었다.In addition, inertial navigation devices were originally developed as missile guidance devices, but in recent years, they have been applied to aircraft, submarines, and ships, and have also become available in everyday life in the form of automobiles, robot vacuum cleaners, and game consoles.
이러한 관성항법장치는 로켓발사체에서 매우 중요한 역할을 한다. 관성항법장치가 제대로 작동하기 위해서는 전력을 안정적으로 공급받아야 하는데, 무인 항공기에 해당하는 로켓발사체에서는 이를 제어하는 것이 쉽지 않다.These inertial navigation devices play a very important role in rocket launch vehicles. In order for an inertial navigation system to function properly, it must receive a stable supply of power, but this is not easy to control in a rocket launch vehicle equivalent to an unmanned aerial vehicle.
로켓발사체에 이상이 발생하는 원인은 매우 다양하나, 어떠한 이유로든 이상이 발생하면 로켓 내부에서 일시적으로 전력이 차단될 수 있다. 순간적이더라도 전력이 공급되지 않아 관성항법장치가 작동되지 않으면, 로켓발사체의 비행 실패로 이어질 수 있어 매우 큰 문제가 된다.There are many reasons why problems occur in a rocket launch vehicle, but if something goes wrong for any reason, power may be temporarily cut off inside the rocket. Even if it is momentary, if the inertial navigation system does not operate due to lack of power, it can lead to flight failure of the rocket launch vehicle, which is a very serious problem.
로켓발사체 내에 관성항법장치를 위한 별도의 예비 전력을 구성할 수도 있으나, 로켓발사체의 특성상 시스템이 복잡하고 무거워지는 구성은 지양하여야 하며, 비용 증가의 문제도 있어 선택하기 어려운 선택에 해당한다.It is possible to configure separate reserve power for the inertial navigation device within the rocket launch vehicle, but due to the nature of the rocket launch vehicle, a configuration that makes the system complex and heavy should be avoided, and there is also the problem of increased cost, making it a difficult choice to make.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 로켓 발사체의 INGU에 전원을 공급하는 메인 전원의 이상 발생시, 로켓 발사체 내부에 이미 갖추어져 있는 FTS 배터리의 여분 전력원을 INGU로 공급함으로써, 전력 미공급에 의한 INGU의 작동 오류를 방지할 수 있는 로켓 발사체의 전력 안정화 장치를 제시하는 데 있다.The technical problem that the present invention aims to achieve in order to solve the above-mentioned problems is to supply the extra power source of the FTS battery already installed inside the rocket launch vehicle to the INGU when an abnormality occurs in the main power supply that supplies power to the INGU of the rocket launch vehicle, The purpose is to present a power stabilization device for a rocket launch vehicle that can prevent INGU operation errors due to lack of power supply.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따른 로켓 발사체의 전력 안정화 장치는, 로켓 발사체의 메인 전원에 연결되는 제1 전원 입력부, 로켓 발사체의 FTS(Flight Termination System) 배터리에 연결되는 제2 전원 입력부, 제1 전원 입력부 및 상기 제2 전원 입력부 중 어느 하나로부터 공급되는 전원을 로켓 발사체의 INGU(Inertial Navigation Guidance Unit)로 공급하는 전원 출력부, 및 제1 전원 입력부를 통한 전원 공급이 차단되면, 제2 전원 입력부를 전원 출력부와 연결하는 FPGA(Field Programmable Gate Array)부를 포함한다.As a means to solve the above-described technical problem, the power stabilization device for a rocket launch vehicle according to an embodiment of the present invention includes a first power input unit connected to the main power source of the rocket launch vehicle, and an FTS (Flight Termination System) battery of the rocket launch vehicle. A connected second power input unit, a first power input unit, and a power output unit that supplies power supplied from any one of the second power input units to the INGU (Inertial Navigation Guidance Unit) of the rocket launch vehicle, and power through the first power input unit. When the supply is cut off, it includes an FPGA (Field Programmable Gate Array) unit that connects the second power input unit to the power output unit.
바람직하게, 제1 전원 입력부, 및 제2 전원 입력부는, 각각 서로 직렬 연결된 한 쌍의 저항을 포함할 수 있다.Preferably, the first power input unit and the second power input unit may each include a pair of resistors connected in series with each other.
또한 바람직하게, FPGA부는, 제1 전원 입력부, 및 제2 전원 입력부가 각각의 입력측에 연결되는 FPGA 소자, FPGA 소자의 제어에 의해 제1 전원 입력부와 전원 출력부 간의 연결을 스위칭하는 제1 스위칭부, 및 FPGA 소자의 제어에 의해 제2 전원 입력부와 전원 출력부 간의 연결을 스위칭하는 제2 스위칭부를 포함할 수 있다.Also preferably, the FPGA unit includes an FPGA element in which the first power input unit and the second power input unit are connected to each input side, and a first switching unit that switches the connection between the first power input unit and the power output unit by control of the FPGA element. , and a second switching unit that switches the connection between the second power input unit and the power output unit by controlling the FPGA element.
또한 바람직하게, 제1 스위칭부는, FPGA 소자의 출력측에 연결되는 제1 포토 커플러, 및 제1 포토 커플러 및 상기 전원 출력부에 연결되는 제1 MOSFET을 포함할 있다.Also preferably, the first switching unit may include a first photo coupler connected to the output side of the FPGA device, and a first MOSFET connected to the first photo coupler and the power output unit.
또한 바람직하게, 제2 스위칭부는, FPGA 소자의 출력측에 연결되는 제2 포토 커플러, 및 제2 포토 커플러 및 전원 출력부에 연결되는 제2 MOSFET을 포함할 수 있다.Also preferably, the second switching unit may include a second photo coupler connected to the output side of the FPGA device, and a second MOSFET connected to the second photo coupler and the power output unit.
또한 바람직하게, 제1 스위칭부 및 상기 전원 출력부 사이에 개재되는 제1 지연 보상부, 및 제2 스위칭부 및 전원 출력부 사이에 개재되는 제2 지연 보상부를 더 포함할 수 있다.Also preferably, it may further include a first delay compensation unit interposed between the first switching unit and the power output unit, and a second delay compensation unit interposed between the second switching unit and the power output unit.
또한 바람직하게, 제1 지연 보상부, 및 제2 지연 보상부는, 서로 병렬로 연결되는 한 쌍의 탄탈 커패시터(TANTAL Capacitor)를 각각 포함할 수 있다.Also preferably, the first delay compensation unit and the second delay compensation unit may each include a pair of tantalum capacitors connected in parallel.
본 발명에 따르면, FPGA 소자를 포함한 간단한 회로 구성에 의해 메인 전원과 FTS 배터리의 전원을 스위칭함으로써, INGU로 공급되는 전력이 항상 안정적인 상태를 유지하도록 하는 로켓 발사체의 전력 안정화 장치를 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, by switching the power of the main power and the FTS battery through a simple circuit configuration including an FPGA element, there is an effect of providing a power stabilization device for a rocket launch vehicle that ensures that the power supplied to the INGU is always maintained in a stable state. .
또한, INGU로 전원을 출력하는 부분에 탄탈 커패시터를 포함하여, 메인 전원과 FTS 배터리의 전원 스위칭 과정에서의 시간 지연에 의한 보상까지도 고려한 로켓 발사체의 전력 안정화 장치를 제공하는 효과가 있다.In addition, by including a tantalum capacitor in the part that outputs power to the INGU, it has the effect of providing a power stabilization device for the rocket launch vehicle that takes into account compensation for time delays in the power switching process of the main power source and the FTS battery.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로켓 발사체의 전력 안정화 장치의 블럭도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로켓 발사체의 전력 안정화 장치의 세부 회로도, 그리고,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로켓 발사체의 전력 안정화 장치의 전력 공급 상태를 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram of a power stabilization device for a rocket launch vehicle according to a preferred embodiment of the present invention;
Figure 2 is a detailed circuit diagram of a power stabilization device for a rocket launch vehicle according to a preferred embodiment of the present invention, and
3A and 3B are diagrams for explaining the power supply state of the power stabilization device for a rocket launch vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Additionally, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective explanation of technical content.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.In this specification, when terms such as first, second, etc. are used to describe components, these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
또한, 제1 엘리먼트 (또는 구성요소)가 제2 엘리먼트(또는 구성요소) 상(ON)에서 동작 또는 실행된다고 언급될 때, 제1 엘리먼트(또는 구성요소)는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)가 동작 또는 실행되는 환경에서 동작 또는 실행되거나 또는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)와 직접 또는 간접적으로 상호 작용을 통해서 동작 또는 실행되는 것으로 이해되어야 할 것이다.Additionally, when a first element (or component) is referred to as being operated or executed on (ON) a second element (or component), the first element (or component) means that the second element (or component) is ON. It should be understood as being operated or executed in an environment in which it is operated or executed, or operated or executed through direct or indirect interaction with a second element (or component).
어떤 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템이 프로그램 또는 소프트웨어로 이루어진 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우, 명시적인 언급이 없더라도, 그 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템은 그 프로그램 또는 소프트웨어가 실행 또는 동작하는데 필요한 하드웨어(예를 들면, 메모리, CPU 등)나 다른 프로그램 또는 소프트웨어(예를 들면 운영체제나 하드웨어를 구동하는데 필요한 드라이버 등)를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.If any element, component, device, or system is said to contain a component consisting of a program or software, even if explicitly stated, that element, component, device, or system is not intended to allow that program or software to run or operate. It should be understood as including hardware (e.g., memory, CPU, etc.) or other programs or software (e.g., operating system or drivers required to run the hardware) required to run the computer.
또한, 어떤 엘리먼트(또는 구성요소)가 구현됨에 있어서 특별한 언급이 없다면, 그 엘리먼트(또는 구성요소)는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어 및 하드웨어 어떤 형태로도 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.In addition, unless specifically stated in the implementation of an element (or component), it should be understood that the element (or component) may be implemented in any form of software, hardware, or software and hardware.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Additionally, the terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로켓 발사체의 전력 안정화 장치의 블럭도이다.1 is a block diagram of a power stabilization device for a rocket launch vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로켓 발사체의 전력 안정화 장치(이하, '전력 안정화 장치'라 한다)(10)는 제1 전원 입력부(100), 제2 전원 입력부(200), 제1 지연 보상부(300), 제2 지연 보상부(400), 전원 출력부(500), 및 FPGA부(600)를 포함한다.Referring to Figure 1, the power stabilization device (hereinafter referred to as 'power stabilization device') 10 for a rocket launcher according to a preferred embodiment of the present invention includes a first
제1 전원 입력부(100)는 로켓 발사체의 메인 전원에 연결된다. 로켓 발사체의 메인 전원은 로켓 발사체의 핵심 제어 기능을 담당하는 INGU(Inertial Navigation Guidance Unit)에 전원을 공급하기 위한 목적으로 구비된다. 즉, 제1 전원 입력부(100)는 메인 전원과 본 전력 안정화 장치(10)를 연결하는 역할을 한다.The first
제2 전원 입력부(200)는 로켓 발사체의 FTS(Flight Termination System) 배터리에 연결된다. 즉, 제2 전원 입력부(200)는 메인 전원과 별도로 독립적으로 구비된 FTS 배터리와 본 전력 안정화 장치(10)를 연결하는 역할을 한다.The second
로켓 발사체가 비정상적으로 비행하게 되면 지상에 매우 심각한 위험을 초래할 수 있는데, 이에 대비한 것이 FTS이다. FTS는 발사체 종단 시스템으로, 로켓 발사체에 긴급 상황이 발생하였을 때 다른 피해가 발생하지 않도록 하기 위하여 비행을 종료시키게 된다. 그러므로, 로켓 발사체에는 FTS의 동작을 위한 전용 배터리를 별도로 구비하게 되며, 이를 FTS 배터리라 한다.If a rocket launcher flies abnormally, it can pose a very serious risk to the ground, and FTS is prepared for this. FTS is a launch vehicle termination system that terminates flight in order to prevent further damage when an emergency situation occurs in a rocket launch vehicle. Therefore, the rocket launch vehicle is equipped with a separate battery dedicated to the operation of the FTS, and this is called an FTS battery.
제1 전원 입력부(100)와 제2 전원 입력부(200)는 서로 대응하는 동일한 구조로 구성된다. 다만, 제1 전원 입력부(100)는 메인 전원에 연결되고, 제2 전원 입력부(200)는 FTS 배터리에 연결된다는 점에서 차이가 있다.The first
제1 지연 보상부(300), 제2 지연 보상부(400)는 각각 메인 전원 및 FTS 배터리로부터 공급되는 전원이 전환되는 시점에 발생할 수 있는 시간 지연을 보상하기 위한 것으로, 서로 대응하는 동일한 구조로 구성된다.The
제1 지연 보상부(300) 및 제2 지연 보상부(400)는 후술하는 전원 출력부(500)에 인접하게 배치된다. 다만, 제1 지연 보상부(300)는 제1 전원 입력부(100) 측에 연결되고, 제2 지연 보상부(400)는 제2 전원 입력부(200) 측에 연결된다는 점에서 차이가 있다.The
전원 출력부(500)는 제1 전원 입력부(100), 및 제2 전원 입력부(200) 중 어느 하나로부터 공급되는 전원을 로켓 발사체의 INGU로 공급한다. 전원 출력부(500)를 통해 공급되는 전원의 공급 원천은 후술하는 FPGA부(600)에 의해 제어되며, 전원 출력부(500)를 통해 INGU에 공급되는 전원은 항상 안정적인 28V를 유지한다. The
FPGA부(600)는 제1 전원 입력부(100)를 통한 전원 공급이 차단되면, 제2 전원 입력부(200)를 전원 출력부(500)와 연결한다. 보다 구체적으로, FPGA부(600)는 제1 전원 입력부(100)를 통한 전원 공급이 안정적일 경우에는 별도로 동작하지 않고, 제1 전원 입력부(100)를 통한 전원 공급에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우에 제1 전원 입력부(100)와의 연결을 차단하고 제2 전원 입력부(200)를 연결하여 전원 출력부(500)에 항상 안정적인 전원이 공급되도록 제어한다.When the power supply through the first
본 실시예에서는 본 전력 안정화 장치(10)의 기능적인 동작을 설명하기 위하여, 각 기능들을 블럭으로 설명하였으나, 실제로 각 기능들은 회로에 의해 구현될 수 있다. 본 전력 안정화 장치(10)의 회로 구성에 대하여는 도 2에서 보다 상세히 설명하도록 한다.In this embodiment, in order to explain the functional operation of the
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로켓 발사체의 전력 안정화 장치의 세부 회로도이다.Figure 2 is a detailed circuit diagram of a power stabilization device for a rocket launch vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
제1 전원 입력부(100)는 서로 직렬 연결된 한 쌍의 저항(R1, R2)를 포함한다. 저항(R1)은 메인 전원에 연결되는 단자(Power IN1)에 직접 연결되고, 저항(R1)과 직렬 연결된 저항(R2)는 접지된다.The first
제2 전원 입력부(200)는 서로 직렬 연결된 한 쌍의 저항(R3, R4)를 포함한다. 저항(R3)는 FTP 배터리에 연결되는 단자(Power IN2)에 직접 연결되고, 저항(R3)와 직렬 연결된 저항(R4)는 접지된다.The second
제1 전원 입력부(100) 및 제2 전원 입력부(200)는 서로 직렬로 연결되는 2개의 저항으로 구성된 동일한 구조로 서로 대응하고, FPGA 소자(610)의 입력측에 각각 연결된다.The first
FPGA부(600)는 제1 전원 입력부(100) 및 제2 전원 입력부(200)를 통해 입력되는 전원을 전원 출력부(500)로 출력하는 경로를 제어할 수 있는 것으로, FPGA 소자(610), 제1 스위칭부(620), 및 제2 스위칭부(630)를 포함한다.The
FPGA 소자(610)는 입력측에는 각각 제1 전원 입력부(100) 및 제2 전원 입력부(200)가 연결되고, 출력측에는 각각 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부(630)가 연결된다.The
FPGA 소자(610)는 설계 가능 논리 소자와 프로그래밍이 가능한 내부 회로가 포함된 반도체 소자이다. 설계 가능 논리 소자는 AND, OR, XOR, NOT, 그리고 더 복잡한 디코더나 계산기능의 조합 기능같은 기본적인 논리 게이트의 기능을 복제하여 프로그래밍할 수 있다.The
이러한 FPGA 소자(610)의 기능을 이용하여, 제1 전원 입력부(100)의 저항(R1, R2)으로 분기된 신호를 입력받아 메인 전원의 공급상태가 안정적인지를 확인 가능하도록 할 수 있다. 또한, 메인 전원의 공급상태가 정상적이지 않은 경우, 고속으로 오동작을 확인할 수 있으며, 이에 의해 비정상적인 메인 전원이 INGU에 공급되지 않도록 제1 스위칭부(620)를 동작시킬 수 있다. 이때, 본 전력 안정화 장치(10)의 회로 구성에 따르면, FPGA 소자(610)가 메인 전원의 오동작을 확인하는데 소요되는 시간은 10ns로, 매우 고속에 해당한다.Using the function of the
또한, FPGA 소자(610)는 제1 스위칭부(620)를 통해 메인 전원의 공급을 차단시킨 후, 즉각적으로 제2 스위칭부(630)를 통해 FTP 배터리의 전원을 활성화시켜 FTP 배터리로부터의 전원 공급이 이루어지도록 한다. In addition, the
제1 스위칭부(620)는 제1 포토 커플러(U164), 및 제1 MOSFET(Q1)을 포함한다. 또한, 제1 포토 커플러(U164)의 일단는 저항(R363)을 개재하여 FPGA 소자(610)의 출력측에 연결되고, 타단은 전원 출력부(500)에 연결된다. 또한, 제1 포토 커플러(U164)와 제1 MOSFET(Q1) 사이에는 저항(R362)이 개재된다.The
제2 스위칭부(630)는 제2 포토 커플러(U165), 및 제2 MOSFET(Q24)을 포함한다. 또한, 제2 포토 커플러(U165)의 일단는 저항(R364)을 개재하여 FPGA 소자(610)의 출력측에 연결되고, 타단은 전원 출력부(500)에 연결된다. 또한, 제2 포토 커플러(U165)와 제2 MOSFET(Q24) 사이에는 저항(R366)이 개재된다.The
포토 커플러는, 발광소자와 수광소자를 조합하여 광을 매체로 신호를 전송하는 소자로, 발광 다이오드와 광 트랜지스터가 하나의 패키지에 구성된 형태의 소자이다.A photo coupler is a device that combines a light-emitting device and a light-receiving device to transmit signals through light as a medium. It is a device that consists of a light-emitting diode and a phototransistor in one package.
FPGA 소자(610)에서 메인 전원으로부터의 전원 공급이 정상적이지 않음이 판단되면, FPGA 소자(610)는 제1 포토 커플러(U164)에 차단 명령을 내리고, 제1 포토 커플러(U164)로 전달된 차단 명령에 의해 제1 MOSFET(Q1)에서 INGU에 공급되는 전원을 차단한다.If the
제1 포토 커플러(U164)에 차단 명령을 내림과 함께, FPGA 소자(610)는 제2 포토 커플러(U165)에 활성화 명령을 내리고, 제2 포토 커플러(U165)로 전달된 활성화 명령에 의해 제2 MOSFET(Q24)에서 전원 공급 연결을 활성화함으로써, FTS 배터리로부터의 전원이 INGU로 공급되도록 한다.Along with issuing a blocking command to the first photo coupler (U164), the
FPGA부(600)는 입력측에는 각각 제1 전원 입력부(100), 및 제2 전원 입력부(200)가 연결되고, 출력측에는 INGU로 전원을 공급하기 위한 출력 단자(POWER OUT)를 포함하는 전원 출력부(500)가 연결된다. 이때, FPGA부(600)와 전원 출력부(500) 사이에 제1 지연 보상부(300), 및 제2 지연 보상부(400)가 구성될 수 있다.The
제1 지연 보상부(300)는 서로 병렬로 연결되는 한 쌍의 탄탈 커패시터(TANTAL Capacitor)(C1, C2)를 포함한다. 또한, 제2 지연 보상부(400)는 서로 병렬로 연결되는 한 쌍의 탄탈 커패시터(C3, C4)를 포함한다.The first
앞에서도 언급한 바와 같이, FPGA 소자(610)는 전원 공급의 오동작을 확인하는데 10ns 정도의 고속으로 가능하다. 10ns의 속도는 매우 빠른 속도이기는 하나, 메인 전원에 의한 전원 공급에서 FTS 배터리에 의한 전원 공급으로 전환되는 시간 차이에 의한 시간 지연을 보상하기 위하여 탄탈 커패시터(C1 내지 C4)를 구성하였다.As previously mentioned, the
탄탈 커패시터(C1 내지 C4)는 극성이 있는 커패시터로, 고용량의 커패시턴스(capacitance) 값의 저장이 가능하여 시간 지연에 따른 전원 보상 용도로 매우 적합하다.Tantalum capacitors (C1 to C4) are polarized capacitors that can store high capacitance values, making them very suitable for power compensation due to time delay.
도시한 바와 같이, 본 전력 안정화 장치(10)의 회로 구성을 살펴보면, FPGA 소자(610)를 기준으로 도면상의 상부 및 하부가 동일한 구조로 형성되어 서로 대응함을 알 수 있다. 도면상의 상부에 해당하는 소자들과 하부에 해당하는 소자들은 동시에 동작하지 않으며, FPGA 소자(610)의 활성화 신호에 의해 도면상의 상부에 해당하는 소자들과 하부에 해당하는 소자들 중 어느 한쪽만이 동작하게 된다.As shown, looking at the circuit configuration of the
본 전력 안정화 장치(10)는 INGU에 공급되는 전력을 안정화시키기 위하여, 도 2에 도시한 바와 같이 FPGA 소자(610)를 포함하는 간단한 회로 구조에 의해 구현하였다. 이러한 회로 구조는 간단한 구조를 가짐은 물론, 부피도 작아 로켓 발사체의 내부 구조에 별다른 영향을 주지 않는 범위에서 장착이 가능하다.This
또한, 메인 전원의 이상 발생시 대체하기 위한 별도의 전원을 포함시키는 것이 아니라, 로켓 발사체에 이미 포함되어 있는 FTS 배터리의 여분 전력을 이용하도록 구성한 것이어서, 무게 및 부피에 민감한 로켓 발사체의 내부 구조에 적용이 매우 용이하다.In addition, rather than including a separate power source to replace the main power supply when an abnormality occurs, it is designed to use the extra power of the FTS battery already included in the rocket launch vehicle, so it can be applied to the internal structure of the rocket launch vehicle, which is sensitive to weight and volume. Very easy.
일반적으로, 로켓 발사체에 적용되는 INGU의 사용 전압은 28V이고, 소모 전류는 0.6A이다. 통상의 로켓 발사체에 적용되는 메인 전원에 의하면 INGU는 10시간 운용이 가능한 것으로 예측된다.Generally, the operating voltage of INGU applied to a rocket launch vehicle is 28V, and the current consumption is 0.6A. According to the main power source applied to a typical rocket launch vehicle, INGU is expected to be capable of operating for 10 hours.
또한, 로켓 발사체에 내장되는 FTS 배터리는 최대 전류는 30A이고, FTS가 작동할 경우에 필요한 예상 소모 전류는 12A이다. 일반적인 FTS 배터리에 의해 FTS는 10분 동안 운용이 가능한 것으로 예측된다.In addition, the FTS battery built into the rocket launch vehicle has a maximum current of 30A, and the expected consumption current required when the FTS operates is 12A. It is predicted that FTS can operate for 10 minutes with a typical FTS battery.
이러한 결과에 의해 FTS 소모 전력을 분석해 보면 표 1가 같이 나타난다.When FTS power consumption is analyzed based on these results, Table 1 appears.
FTS 소모 전력
FTS power consumption
표 1에 기재된 바와 같이, FTS가 작동하면, full load시 10분 동안 9.9A를 사용하는 것으로 분석되었다. 이에 따라, 로켓 발사체에 내장되는 FTS 배터리는 FTS의 동작에 필요한 전류 이외에도 20% 정도의 여유분 전류를 보유하고 있음을 알 수 있다. 이러한 FTS 배터리의 여유분 전류는 INGU의 단독 전원으로 사용하고도 무방할 정도의 용량에 해당한다.As shown in Table 1, when the FTS operates, it is analyzed that 9.9A is used for 10 minutes at full load. Accordingly, it can be seen that the FTS battery built into the rocket launch vehicle has about 20% of spare current in addition to the current required for the operation of the FTS. The spare current of this FTS battery corresponds to a capacity that can be safely used as a sole power source for INGU.
이러한 원리에 의해, 본 전력 안정화 장치(10)에서는 메인 전원의 대체 전력을 위한 별도의 전력원을 구비하지 않고, 기구비되어 있는 FTS 배터리를 이용하여 메인 전원 이상 발생시의 상황에 대처하도록 한다.According to this principle, the
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로켓 발사체의 전력 안정화 장치의 전력 공급 상태를 설명하기 위한 도면이다.3A and 3B are diagrams for explaining the power supply state of the power stabilization device for a rocket launch vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3a는 본 전력 안정화 장치(10)에 의해 메인 전원(20) 혹은 FTS 배터리(30)로부터 INGU(40)로 공급되는 전력 공급 상태를 설명하기 위해, 그 구조는 개략화하고 전력 공급의 흐름을 화살표로 표시한 것이고, 도 3b는 도 3a에 표시된 각 지점(A 내지 G)에서의 전압 상태를 도시한 것이다.FIG. 3A schematically outlines the structure and shows the flow of power supply to explain the power supply state from the
로켓 발사체의 핵심 제어 기능을 수행하는 INGU(40)는 특별한 이벤트가 발생하지 않는 한 메인 전원(20)으로부터 전원을 공급받는다. 이 경우, A 지점이 표시된 화살표 방향으로 전원이 공급되며, 정상적인 전압은 +28V이다.The INGU (40), which performs the core control function of the rocket launch vehicle, receives power from the main power source (20) unless a special event occurs. In this case, power is supplied in the direction of the arrow showing point A, and the normal voltage is +28V.
FPGA 소자(610)는 메인 전원(20)으로부터 공급되는 전원을 감시하게 되고, 28V의 정상적인 전압이 공급되면 별도의 동작을 수행하지 않는다. +28V의 전압이 공급되다가 전압이 0으로 떨어진다면 이상이 발생한 것이다.The
이에 의해, FPGA 소자(610)는 전원 이상 구간이 발생하였음을 감지하고, C 지점이 표시된 화살표 방향으로 +3.3V의 전압에 의한 메인 전원(20)의 차단 명령을 보낸다. 메인 전원(20)의 차단 명령에 따라, A 지점의 전압은 0V가 된다. 이와 더불어, FPGA 소자(610)는 D 지점이 표시된 화살표 방향으로 +3.3V의 전압에 의한 활성화 명령을 보낸다.Accordingly, the
FPGA 소자(610)는 메인 전원(20)으로부터의 전원 공급을 차단시키고, FTS 배터리(30)로부터의 전원 공급이 이루어지도록 제어한다. 이에 의해, B 지점이 표시된 화살표 방향으로 INGU(40)에 전원이 공급되고, B 지점에는 +28V의 전압이 발생한다.The
최종적으로, INGU(40)는 메인 전원(20)으로부터의 전원을 공급받거나 혹은 FTS 배터리(30)로부터의 전원을 공급받는 것에 무관하게, +28V 전압에 의한 전력을 안정적으로 공급받는다. 이는, E, F, G 지점에 모두 +28V 전압이 발생하는 것에 의해 알 수 있다.Finally, the
도 3b의 E 지점, 및 F 지점에서는 전원 이상 구간이 발생하였을 때 제1 지연 보상부(300) 혹은 제2 지연 보상부(400)에 의해 커패시터 차지(capacitor charge)(H)가 공급됨을 나타낸 것이며, 이에 의해, 최종적으로 INGU(40)에 공급되는 전압은 항상 +28V임을 알 수 있다.Points E and F in Figure 3b show that a capacitor charge (H) is supplied by the
종합적으로, A 지점이 표시된 경로를 통한 전원 공급에 이상이 발생하면(전원 이상 구간), 즉각적으로 A 지점이 표시된 경로를 차단하고, B 지점이 표시된 경로를 통해 전원이 공급되도록 한다. 도 3b의 B를 참조하면, FTS 배터리를 통해 +28V 안정적인 전압이 측정된다. 다만, A 지점이 표시된 경로와 B 지점이 표시된 경로의 전환시 발생할 수 있는 시간 차이에 의한 보상을 위해 커패시터 차지를 이용할 수 있다. 이에 따라, 도 3b의 G에 도시한 바와 같이, INGU(40)에 공급되는 전압은 항상 +28V를 유지한다.Overall, if an abnormality occurs in the power supply through the path marked with point A (power abnormality section), the path marked with point A is immediately blocked, and power is supplied through the path marked with point B. Referring to B in FIG. 3B, a stable voltage of +28V is measured through the FTS battery. However, capacitor charging can be used to compensate for the time difference that may occur when switching between the path marked with point A and the path marked with point B. Accordingly, as shown in G of FIG. 3B, the voltage supplied to the
전술한 바와 같이, 본 전력 안정화 장치(10)에서는, 간단하고 부피가 크지 않은 회로 구성에 의해, 로켓 발사체에 이미 구비되어 있는 FTS 배터리의 여분 전력을 이용하여 INGU에 공급되는 전력이 항상 안정적인 상태를 유지하도록 한다.As described above, in this
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
10 : 로켓 발사체의 전력 안정화 장치
100 : 제1 전원 입력부
200 : 제2 전원 입력부
300 : 제1 지연 보상부
400 : 제2 지연 보상부
500 : 전원 출력부
600 : FPGA부10: Power stabilization device of rocket launch vehicle
100: first power input unit 200: second power input unit
300: first delay compensation unit 400: second delay compensation unit
500: Power output unit 600: FPGA unit
Claims (7)
상기 로켓 발사체의 FTS(Flight Termination System) 배터리에 연결되는 제2 전원 입력부;
상기 제1 전원 입력부 및 상기 제2 전원 입력부 중 어느 하나로부터 공급되는 전원을 상기 로켓 발사체의 INGU(Inertial Navigation Guidance Unit)로 공급하는 전원 출력부; 및
상기 제1 전원 입력부를 통한 전원 공급이 차단되면, 상기 제2 전원 입력부를 상기 전원 출력부와 연결하는 FPGA(Field Programmable Gate Array)부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로켓 발사체의 전력 안정화 장치.A first power input connected to the main power source of the rocket launch vehicle;
A second power input unit connected to the Flight Termination System (FTS) battery of the rocket launch vehicle;
A power output unit that supplies power supplied from one of the first power input unit and the second power input unit to an INGU (Inertial Navigation Guidance Unit) of the rocket launch vehicle; and
When the power supply through the first power input unit is cut off, an FPGA (Field Programmable Gate Array) unit that connects the second power input unit to the power output unit. Power stabilization device for a rocket launch vehicle, comprising a.
상기 제1 전원 입력부, 및 상기 제2 전원 입력부는, 각각 서로 직렬 연결된 한 쌍의 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 로켓 발사체의 전력 안정화 장치.According to claim 1,
A power stabilization device for a rocket launch vehicle, wherein the first power input unit and the second power input unit each include a pair of resistors connected in series with each other.
상기 FPGA부는,
상기 제1 전원 입력부, 및 상기 제2 전원 입력부가 각각의 입력측에 연결되는 FPGA 소자;
상기 FPGA 소자의 제어에 의해 상기 제1 전원 입력부와 상기 전원 출력부 간의 연결을 스위칭하는 제1 스위칭부; 및
상기 FPGA 소자의 제어에 의해 상기 제2 전원 입력부와 상기 전원 출력부 간의 연결을 스위칭하는 제2 스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로켓 발사체의 전력 안정화 장치.According to claim 1,
The FPGA unit is,
an FPGA device in which the first power input unit and the second power input unit are connected to each input side;
a first switching unit that switches the connection between the first power input unit and the power output unit under control of the FPGA device; and
A power stabilization device for a rocket launch vehicle comprising a second switching unit that switches the connection between the second power input unit and the power output unit by controlling the FPGA element.
상기 제1 스위칭부는,
상기 FPGA 소자의 출력측에 연결되는 제1 포토 커플러; 및
상기 제1 포토 커플러 및 상기 전원 출력부에 연결되는 제1 MOSFET;을 포함하는 것을 특징으로 하는 로켓 발사체의 전력 안정화 장치.According to claim 1,
The first switching unit,
a first photo coupler connected to the output side of the FPGA device; and
A power stabilization device for a rocket launch vehicle, comprising: a first photo coupler and a first MOSFET connected to the power output unit.
상기 제2 스위칭부는,
상기 FPGA 소자의 출력측에 연결되는 제2 포토 커플러; 및
상기 제2 포토 커플러 및 상기 전원 출력부에 연결되는 제2 MOSFET;을 포함하는 것을 특징으로 하는 로켓 발사체의 전력 안정화 장치.According to claim 1,
The second switching unit,
a second photo coupler connected to the output side of the FPGA device; and
A power stabilization device for a rocket launch vehicle, comprising: a second MOSFET connected to the second photo coupler and the power output unit.
상기 제1 스위칭부 및 상기 전원 출력부 사이에 개재되는 제1 지연 보상부; 및
상기 제2 스위칭부 및 상기 전원 출력부 사이에 개재되는 제2 지연 보상부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로켓 발사체의 전력 안정화 장치.According to claim 3,
a first delay compensation unit interposed between the first switching unit and the power output unit; and
A power stabilization device for a rocket launch vehicle, further comprising a second delay compensation unit interposed between the second switching unit and the power output unit.
상기 제1 지연 보상부, 및 상기 제2 지연 보상부는, 서로 병렬로 연결되는 한 쌍의 탄탈 커패시터(TANTAL Capacitor)를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 로켓 발사체의 전력 안정화 장치.According to claim 6,
A power stabilization device for a rocket launch vehicle, wherein the first delay compensator and the second delay compensator each include a pair of tantalum capacitors connected in parallel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220030049A KR20230133035A (en) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | Power stabilization device for rocket projectiles |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20090082008A (en) | 2008-01-25 | 2009-07-29 | 한국항공우주연구원 | Actuator control unit with dual structure in unmanned aerial vehicle, and controlling method thereof |
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2022
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KR20090082008A (en) | 2008-01-25 | 2009-07-29 | 한국항공우주연구원 | Actuator control unit with dual structure in unmanned aerial vehicle, and controlling method thereof |
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