高壓點火繼電器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種高壓點火繼電器，主要由點火電源開關電路、安全解鎖及點火控制電路、升壓電路、高壓儲能電路、以及高壓脈沖電流開關電路組成。點火電源開關電路、升壓電路、高壓儲能電路和高壓脈沖電流開關電路依次連接。安全解鎖及點火控制電路的輸入端連接外部輸入的點火電源輸入信號，安全解鎖及點火控制電路的控制端與上級控制器相連，安全解鎖及點火控制電路的電源開關驅動輸出端連接點火電源開關電路的控制端，安全解鎖及點火控制電路的點火開關驅動輸出端連接高壓脈沖電流開關電路的控制端。本實用新型能夠提高點火裝置的安全性、降低點火系統的敏感度，具有工作可靠性高、體積小和重量輕等特點。
【專利說明】局壓點火繼電器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及繼電器【技術領域】，具體涉及一種高壓點火繼電器。
【背景技術】
[0002]點火裝置作為關系到武器系統安全與可靠的關鍵部件，直接影響到整個武器系統的生存能力和戰斗力的發揮。在各種惡劣環境條件下，一方面要求在戰斗狀態下確保向發火元件(火工品)提供額定的電流脈沖(一般工作電壓為直流27V)，另一方面要求在安全(非戰斗)狀態下，防止發火元件在射頻、靜電等作用下發生誤點火。目前，傳統的武器系統火工品點火電路采用低壓(直流27V)小電流(IOA)點火，由于傳統火工品點火電路選用機電隔離式安全裝置隔離鈍感型發火元件，因此在應對未來更惡劣的電磁環境和力學環境均存在不安全因素。而現有的高壓點火系統和方案，又主要針對的是油料，可燃氣體、固體和粉末進行燃燒點火控制，不符合武器系統高壓火工品爆炸點火要求，并且沒有可靠的保險機構，不符合武器系統整機安全要求。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種高壓點火繼電器，其能夠提高點火裝置的安全性、降低點火系統的敏感度，具有工作可靠性高、體積小和重量輕等特點。
[0004]為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的:
[0005]一種高壓點火繼電器，主要由點火電源開關電路、安全解鎖及點火控制電路、升壓電路、高壓儲能電路、以及高壓脈沖電流開關電路組成；點火電源開關電路的輸入端與外部輸入的點火電源輸入信號相連；點火電源開關電路的輸出端與升壓電路的輸入端相連；升壓電路的輸出端連接高壓儲能電路的輸入端；高壓儲能電路的輸出端連接高壓脈沖電流開關電路的輸入端；安全解鎖及點火控制電路的輸入端連接外部輸入的點火電源輸入信號，安全解鎖及點火控制電路的控制端與上級控制器相連，安全解鎖及點火控制電路的電源開關驅動輸出端連接點火電源開關電路的控制端，安全解鎖及點火控制電路的點火開關驅動輸出端連接高壓脈沖電流開關電路的控制端；高壓脈沖電流開關電路的輸出端向外部輸出高壓點火脈沖輸出信號。
[0006]上述方案中，安全解鎖及點火控制電路包括電源模塊、隔離收發器、微控制器、電源開關隔離驅動電路、以及點火開關隔離驅動電路；電源模塊的輸入端與外部輸入的點火電源輸入信號相連；電源模塊的2個輸出端分別連接隔離收發器和微控制器的電源輸入端；隔離收發器的一端連接上級控制器，一端連接微控制器；微控制器的2個信號輸出端分別連接電源開關隔離驅動電路和點火開關隔離驅動電路的輸入端；電源開關隔離驅動電路的輸出端連接點火電源開關電路的控制端，點火開關隔離驅動電路的輸出端連接高壓脈沖電流開關電路的控制端。
[0007]上述方案中，隔離收發器為RS485隔離收發器或RS422隔離收發器。
[0008]上述方案中，升壓電路包括原邊供電電路，PWM控制器，開關晶體管Q1，變壓器Tl，二極管VD1，電容Cl、C2，以及電阻Rl、R2 ;電容Cl并聯在點火電源開關電路的輸出端的正負極上；原邊供電電路的電源輸入端連接點火電源開關電路輸出端的正極，原邊供電電路的電源輸出端連接變壓器Tl的初級的一端；原邊供電電路的信號輸出端經PWM控制器連接開關晶體管Ql的柵極，開關晶體管Ql的漏極連接變壓器Tl的初級的另一端，開關晶體管Ql的源極連接點火電源開關電路的輸出端負極；變壓器Tl的次級的一端連接二極管VDl的正極，二極管VDl的負極連接高壓儲能電路的輸入端正極，變壓器Tl的次級的另一端連接高壓儲能電路的輸入端負極；電阻Rl和電阻R2相互串聯，且串聯后的兩端分別接在高壓儲能電路的輸入端的正極和負極上，電阻Rl和電阻R2的相連端連接原邊供電電路的信號輸入端；電容C2并聯在高壓儲能電路的輸入端的正負極上。
[0009]上述方案中，點火電源開關電路和安全解鎖及點火控制電路形成繼電器的控制電路部分；升壓電路、高壓儲能電路和高壓脈沖電流開關電路形成繼電器的高壓電路部分；上述控制電路部分和高壓電路部分單獨裝成2個獨立的殼體中，之后再呈并聯連接形成分體結構的高壓點火繼電器；或上述控制電路部分和高壓電路部分共同組裝在同一個殼體中，形成單獨體結構的高壓點火繼電器。
[0010]本實用新型采用提高點火系統電壓和點火電流的方式對新一代高壓發火元件進行安全點火控制，并包含可靠的電子保險電路，以提高點火裝置的安全性，降低點火系統的敏感度，提升在惡劣環境條件下的抗干擾能力，具有工作可靠性高、體積小重量輕等特點，可實現各型武器系統的新型高壓安全點火控制。
[0011]與現有技術相比，本實用新型的有益效果在于:提出了一種固體高壓點火繼電器的設計實施方案，實現了武器系統發火元件的高壓點火、安全解鎖和整體小型化設計，把高壓點火帶入實際工程應用階段。由于同時采用了高壓陡脈沖進行點火、采用基于微控制器技術和串行通信技術進行點火控制、以及采用地址驗證和密碼驗證的方式進行安全解鎖，因而能適應各種惡劣的環境條件，具有極高的安全性和可靠性。高壓點火繼電器采用靈活的系統組合方式和多種通信方式，具有良好的多種武器系統匹配適應性能。小型化的固體高壓點火繼電器能夠極大地提高武器系統點火的可靠性和安全性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為高壓點火繼電器總體框圖；
[0013]圖2為采用RS485通信接口的固體高壓點火繼電器電路原理框圖；
[0014]圖3為采用RS422通信接口的固體高壓點火繼電器電路原理框圖；
[0015]圖4為升壓電路(高壓DC/DC模塊)原理框圖。
【具體實施方式】
[0016]一種高壓點火繼電器，如圖1所示，主要由點火電源開關電路、安全解鎖及點火控制電路、升壓電路、高壓儲能電路、以及高壓脈沖電流開關電路組成。點火電源開關電路的輸入端與外部輸入的點火電源輸入信號相連。點火電源開關電路的輸出端與升壓電路的輸入端相連。升壓電路的輸出端連接高壓儲能電路的輸入端。高壓儲能電路的輸出端連接高壓脈沖電流開關電路的輸入端。安全解鎖及點火控制電路的輸入端連接外部輸入的點火電源輸入信號，安全解鎖及點火控制電路的控制端與上級控制器相連，安全解鎖及點火控制電路的電源開關驅動輸出端連接點火電源開關電路的控制端，安全解鎖及點火控制電路的點火開關驅動輸出端連接高壓脈沖電流開關電路的控制端。高壓脈沖電流開關電路的輸出端向外部輸出高壓點火脈沖輸出信號。
[0017]系統27Vd.c.點火電源通過電源線從點火電源開關電路引入高壓點火模塊內部，點火電源開關電路受安全解鎖及點火控制電路的控制，用來接通或斷開升壓電路的電源輸入，使繼電器進入預備或鎖定狀態。升壓電路(高壓DC/DC模塊)完成27V低壓點火電壓的升壓工作，轉換成高壓點火所需的高壓直流電提供給高壓儲能電路使用。高壓儲能電路(儲能電容)完成對高壓點火所需點火能量的高壓儲存，以備點火所需。高壓脈沖電流開關電路完成點火能量的控制和釋放。安全解鎖及點火控制電路接收上級控制器的點火命令，進行密碼驗證，控制完成點火操作。
[0018]安全解鎖及點火控制電路包括電源模塊、隔離收發器、微控制器、電源開關隔離驅動電路、以及點火開關隔離驅動電路。電源模塊的輸入端與外部輸入的點火電源輸入信號相連。電源模塊的2個輸出端分別連接隔離收發器和微控制器的電源輸入端。隔離收發器的一端連接上級控制器，一端連接微控制器。微控制器的2個信號輸出端分別連接電源開關隔離驅動電路和點火開關隔離驅動電路的輸入端。電源開關隔離驅動電路的輸出端連接點火電源開關電路的控制端，點火開關隔離驅動電路的輸出端連接高壓脈沖電流開關電路的控制端。隔離收發器為RS485隔離收發器(參見圖2)或RS422隔離收發器(參見圖3)。電源模塊為安全解鎖及點火控制電路中的隔離收發器、微控制器、電源開關隔離驅動電路、點火開關隔離驅動電路提供與點火電源隔離的工作電源。微控制器通過隔離收發器與上級控制器進行通信，接收指令并反饋信息，通過電源開關隔離驅動電路控制點火電源開關電路，通過點火開關隔離驅動電路控制高壓脈沖電流開關進行點火輸出。
[0019]本實用新型采用基于微控制器技術和串行通信技術的安全解鎖及點火控制電路。采用微控制器作為電子保險電路的核心，采用串行通信來接收上級控制器發來的各種指令并反饋信息，采用地址驗證和密碼驗證的方式進行安全解鎖。安全解鎖及點火控制電路的微控制器內存儲了本機地址和本機密碼(地址字節和密碼字節均可根據需要進行增減)，上級控制器通過地址字節尋找不同的高壓點火裝置，通過發送密碼來激活它；安全解鎖及點火控制電路的微控制器通過將接收到的地址字節和密碼字節同本機的地址和密碼進行比對，如相符則應答并解鎖，轉入預備狀態，通過電源開關隔離驅動電路控制點火電源開關電路導通，向升壓電路輸出直流電壓，使高壓儲能電路儲備電能；當高壓儲能電路達到預定電壓時，電能儲備完畢，向上級控制器發出“準備就緒”信號；這時，安全解鎖及點火控制電路再接受上級控制器給出的發火指令后，通過點火開關隔離驅動電路控制高壓脈沖電流開關電路導通，使其向高壓火工品提供發火所需的電能，完成點火操作；或者接收后續指令進行加鎖。在其他任何時候，安全解鎖及點火控制電路應避免高壓升壓電路啟動和高壓電源產生意外輸出。根據整機系統的要求，可選用不同的通信接口芯片來完成與上級控制器的連接，如RS422/485總線，CAN總線，1553B總線等，總線上可掛接多個高壓點火裝置，上級控制器通過總線通信可控制多個高壓點火裝置進行工作。
[0020]升壓電路擔負高壓點火繼電器的升壓工作，負責將點火電源輸入的直流27V電壓提升至規定的點火高壓，提供給高壓儲能電路使用。在本實用新型中，升壓電路如圖4所示，包括原邊供電電路，PWM控制器，開關晶體管Ql，變壓器Tl，二極管VDl，電容Cl、C2,以及電阻R1、R2。電容Cl并聯在點火電源開關電路的輸出端的正負極上。原邊供電電路的電源輸入端連接點火電源開關電路輸出端的正極，原邊供電電路的電源輸出端連接變壓器Tl的初級的一端。原邊供電電路的信號輸出端經PWM控制器連接開關晶體管Ql的柵極，開關晶體管Ql的漏極連接變壓器Tl的初級的另一端，開關晶體管Ql的源極連接點火電源開關電路的輸出端負極。變壓器Tl的次級的一端連接二極管VDl的正極，二極管VDl的負極連接高壓儲能電路的輸入端正極，變壓器Tl的次級的另一端連接高壓儲能電路的輸入端負極。電阻Rl和電阻R2相互串聯，且串聯后的兩端分別接在高壓儲能電路的輸入端的正極和負極上，電阻Rl和電阻R2的相連端連接原邊供電電路的信號輸入端。電容C2并聯在高壓儲能電路的輸入端的正負極上。
[0021]升壓電路為單端反激式拓撲結構的DC/DC高壓直流變換器，其工作方式為開關晶體管Ql在PWM控制器的控制下導通或截止；開關晶體管Ql導通時，變壓器Tl的初級開始儲存能量；開關晶體管Ql截止時，能量傳遞到變壓器Tl的次級；變壓器Tl的次級電壓經RC電路整流濾波后輸出直流電壓，調節開關晶體管Ql的導通和截止時間，并改變輸出電壓值。該方式具有開關波形好，儲備功率大，升壓器轉換效率高、功率管效率高、器件發熱低、熱穩定性好的特點，特別有利于容性負載的升壓器應用；開關波形好的另一個優點是線圈利用率高，每匝電壓值高，可減少線圈匝數，有利于小型化設計。
[0022]本實用新型輸入電源開關電路為雙路冗余固態開關，受安全解鎖及點火控制電路控制，用來接通或關斷高壓升壓電路的輸入電源，使系統進入預備或鎖定狀態。本實用新型采用的是脈沖大電流技術，高壓儲能電路為靜電能量型電源，即采用電容器以小功率儲能，然后高速釋放；具有內部阻抗小的特性，非常適合高壓點火的脈沖大電流技術特點，能夠急劇放電產生脈沖大電流，保證可靠點火。本實用新型采用的開關主要是控制儲能元件向負載高速放電，即使用的是啟動開關。高壓點火繼電器采用火工品專用高壓點火管，其體積小巧，電壓電流容量大，工作穩定可靠，可滿足高壓點火裝置各項技術指標要求。
[0023]本實用新型可以通過調整升壓電路輸出電壓值及高壓儲能電路的能量值，匹配不同的高壓發火元件，到達最佳高壓點火效果。通過調整高壓脈沖電流開關導通參數，匹配不同的高壓發火元件，到達最佳高壓點火效果。通過調整安全解鎖及點火控制電路，采用不同的密碼方式和通信方式，匹配不同的整機系統，到達最佳整體效果。
[0024]本實用新型的控制電路部分(電源開關電路、安全解鎖及點火控制電路)和高壓電路部分(升壓電路、高壓儲能電路、高壓脈沖電流開關電路)；可以組裝在一個殼體中，成為單體結構的高壓點火繼電器；也可以單獨裝成兩個獨立結構，連接成高壓點火繼電器模式并聯運行。高壓點火繼電器殼體設計為薄壁金屬盒，可采用鑄造、銑削進行加工，結構穩固、重量輕。各功能子模塊通過導線進行連接，然后裝入殼體。由于高壓點火繼電器內有高壓部件的存在，為保證絕緣性能及工作的安全性，采用絕緣性能優良的硅橡膠進行整體灌封，確保了極小的空間距離內可靠地絕緣，同時極大地提高了產品在振動、潮濕等惡劣環境條件下的適應能力。
【權利要求】
1.高壓點火繼電器，其特征在于:主要由點火電源開關電路、安全解鎖及點火控制電路、升壓電路、高壓儲能電路、以及高壓脈沖電流開關電路組成；點火電源開關電路的輸入端與外部輸入的點火電源輸入信號相連；點火電源開關電路的輸出端與升壓電路的輸入端相連；升壓電路的輸出端連接高壓儲能電路的輸入端；高壓儲能電路的輸出端連接高壓脈沖電流開關電路的輸入端；安全解鎖及點火控制電路的輸入端連接外部輸入的點火電源輸入信號，安全解鎖及點火控制電路的控制端與上級控制器相連，安全解鎖及點火控制電路的電源開關驅動輸出端連接點火電源開關電路的控制端，安全解鎖及點火控制電路的點火開關驅動輸出端連接高壓脈沖電流開關電路的控制端；高壓脈沖電流開關電路的輸出端向外部輸出高壓點火脈沖輸出信號。
2.根據權利要求1所述的高壓點火繼電器，其特征在于:安全解鎖及點火控制電路包括電源模塊、隔離收發器、微控制器、電源開關隔離驅動電路、以及點火開關隔離驅動電路；電源模塊的輸入端與外部輸入的點火電源輸入信號相連；電源模塊的2個輸出端分別連接隔離收發器和微控制器的電源輸入端；隔離收發器的一端連接上級控制器，一端連接微控制器；微控制器的2個信號輸出端分別連接電源開關隔離驅動電路和點火開關隔離驅動電路的輸入端；電源開關隔離驅動電路的輸出端連接點火電源開關電路的控制端，點火開關隔離驅動電路的輸出端連接高壓脈沖電流開關電路的控制端。
3.根據權利要求2所述的高壓點火繼電器，其特征在于:隔離收發器為RS485隔離收發器或RS422隔離收發器。
4.根據權利要求1所述的高壓點火繼電器，其特征在于:升壓電路包括原邊供電電路，PWM控制器，開關晶體管Ql，變壓器Tl，二極管VDl，電容Cl、C2,以及電阻Rl、R2 ;電容Cl并聯在點火電源開關電路的輸出端的正負極上；原邊供電電路的電源輸入端連接點火電源開關電路輸出端的正極，原邊供電電路的電源輸出端連接變壓器Tl的初級的一端；原邊供電電路的信號輸出端經PWM控制器連接開關晶體管Ql的柵極，開關晶體管Ql的漏極連接變壓器Tl的初級的另一端，開關晶體管Ql的源極連接點火電源開關電路的輸出端負極；變壓器Tl的次級的一端連接二極管VDl的正極，二極管VDl的負極連接高壓儲能電路的輸入端正極，變壓器Tl的次級的另一端連接高壓儲能電路的輸入端負極；電阻Rl和電阻R2相互串聯，且串聯后的兩端分別接在高壓儲能電路的輸入端的正極和負極上，電阻Rl和電阻R2的相連端連接原邊供電電路的信號輸入端；電容C2并聯在高壓儲能電路的輸入端的正負極上。
5.根據權利要求1所述的高壓點火繼電器，其特征在于:點火電源開關電路和安全解鎖及點火控制電路形成繼電器的控制電路部分；升壓電路、高壓儲能電路和高壓脈沖電流開關電路形成繼電器的高壓電路部分；上述控制電路部分和高壓電路部分單獨裝成2個獨立的殼體中，之后再呈并聯連接形成分體結構的高壓點火繼電器；或上述控制電路部分和高壓電路部分共同組裝在同一個殼體中，形成單獨體結構的高壓點火繼電器。
【文檔編號】H02M9/00GK203595461SQ201320792395
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】黃敏, 蔣端林, 何流軍, 陸玉芳, 楊榮軍 申請人:桂林航天電子有限公司