阅读说明：本技术 一种电流上升斜率可调的单脉冲火工品点火电路 (Single-pulse initiating explosive device ignition circuit with adjustable current rising slope ) 是由 周朋 刘雪峰 刘靖雷 刘海烨 张欢 白先民 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明一种电流上升斜率可调的单脉冲火工品点火电路,包括：电流斜率控制电路和电流幅值控制电路。电流斜率控制电路的一端连接外部供电电源,另一端连接电流幅值控制电路的一端；电流幅值控制电路的另一端连接外部火工品；电流斜率控制电路接收外部供电电压,通过内部阻容参数调整,控制火工点火母线上电流的上升斜率,并将母线电流传送至电流幅值控制电路；电流幅值控制电路：根据外部输入的基准电压,控制母线电流,使得母线电流的幅值与基准电压的比值为常数K。本发明采用的负反馈控制方式,最终控制电流上升斜率和点火电流幅值大小,使得点火电路能够快速、稳定可靠地提供点火电流,有效满足半导体桥式火工品点火电流需求。(The invention relates to a single-pulse initiating explosive device ignition circuit with adjustable current rising slope, which comprises: a current slope control circuit and a current amplitude control circuit. One end of the current slope control circuit is connected with an external power supply, and the other end of the current slope control circuit is connected with one end of the current amplitude control circuit; the other end of the current amplitude control circuit is connected with an external initiating explosive device; the current slope control circuit receives external power supply voltage, controls the rising slope of current on a firer ignition bus through internal resistance-capacitance parameter adjustment, and transmits the bus current to the current amplitude control circuit; the current amplitude control circuit: and controlling the bus current according to the reference voltage input from the outside, so that the ratio of the amplitude of the bus current to the reference voltage is a constant K. The negative feedback control mode adopted by the invention finally controls the current rising slope and the magnitude of the ignition current amplitude, so that the ignition circuit can quickly, stably and reliably provide the ignition current, and the ignition current requirement of the semiconductor bridge type initiating explosive device is effectively met.)

一种电流上升斜率可调的单脉冲火工品点火电路

技术领域

本发明属于航天器回收控制领域，涉及一种电流上升斜率可调的单脉冲火工品点火电路。

背景技术

可重复使用返回式卫星所使用的半导体桥点火器只能电起爆，不能热起爆，需要在短时间内积聚大量的热量。而传统点火电路只是在点火通路上串联限流电阻，控制点火电流的大小，因此传统点火电路会受到电池电压、火工品同时起爆路数的影响而无法保证点火电流的上升斜率以及点火过程中点火电流的突变，导致返回式卫星半导体桥火工品点火电路可靠性无法保证。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种电流上升斜率可调的单脉冲火工品点火电路，解决了现有的火工品点火电路无法满足HGD2-01型点火器对点火电流上升斜率大于一定值，且电流幅值超调控制在一定范围内的问题。

本发明的技术方案是：

一种电流上升斜率可调的单脉冲火工品点火电路，包括：电流斜率控制电路和电流幅值控制电路；

电流斜率控制电路的一端连接外部供电电源，电流斜率控制电路的另一端连接电流幅值控制电路的一端，电流幅值控制电路的另一端连接外部火工品；

电流斜率控制电路：接收外部供电电压，通过内部阻容参数调整，控制火工点火母线上电流的上升斜率，并将母线电流传送至电流幅值控制电路；

电流幅值控制电路：根据外部输入的基准电压，控制母线电流，使得母线电流的幅值与基准电压的比值为常数K。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1)本发明将点火电流通路上的采集电压反馈至PMOS管Q1处，此反馈电压与分压电阻分压得到的电压一起控制此开关的开关状态，保证点火电流上升斜率，并通过反馈回路上电阻电容参数的选取而得到不同的上升斜率；

2)本发明将点火电流通路上的采集电压URT经电压跟随后与运算放大器D2输入的基准电压相比较，此电压经滤波后反馈至NMOS管Q2处，与分压电阻分压得到的电压一起控制此开关的开关状态，保证点火电流幅值。通过改变运算放大器D2输入端基准电压的值就能改变点火电路电流的大小，从而可以根据不同的火工品，设置不同的电路参数。

附图说明

图1为本发明电流上升斜率可调的单脉冲火工品点火电路图；

图2为本发明火工品点火电路原理框图；

图3为本发明电流斜率控制电路图；

图4为本发明电流幅值控制电路图。

具体实施方式

本发明以某型号可重复返回式卫星为背景，该型号采用的HGD2-01型点火器为半导体桥点火器，为我所自主研发产品，用于替代692厂生产的FSJ2-13E点火器。此点火器具有更高的性能，但同时对点火电路的要求也提高了，不仅要求能够维持足够大的电流，而且对电流上升斜率也有一定的要求。

传统的点火电路只是在点火通路上串联限流电阻，控制点火电流的大小，而对点火电流上升斜率不做控制，因此无法满足HGD2-01型点火器的点火要求。本发明的点火电路在普通的点火电路上增加了负反馈环节，不仅能够使点火电路的电流上升斜率维持在一个定值，而且能够控制点火电流的大小，满足半导体桥火工品的性能要求。

本发明一种电流上升斜率可调的单脉冲火工品点火电路如图1、2所示，包括：电流斜率控制电路和电流幅值控制电路。

电流斜率控制电路的一端连接外部供电电源，电流斜率控制电路的另一端连接电流幅值控制电路的一端，电流幅值控制电路的另一端连接外部火工品；

电流斜率控制电路：接收外部供电电压，通过内部阻容参数调整，控制火工点火母线上电流的上升斜率，并将母线电流传送至电流幅值控制电路；

电流幅值控制电路：根据外部输入的基准电压，控制母线电流，使得母线电流的幅值与基准电压的比值为常数K，从而满足输出固定火工品点火电流的目的。控制开关S1闭合后，外部供电电源连接至火工品点火电路，火工品点火电路控制电流的上升斜率及大小后用于火工品起爆。

如图3所示，所述电流斜率控制电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、PMOS管Q1和控制开关S1；

控制开关S1的一端连接外部供电电源，控制开关S1的另一端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地处理；PMOS管Q1的源极连接电阻R1的一端，PMOS管Q1的栅极连接电阻R2的一端，PMOS管Q1的漏极连接电容C1的一端；PMOS管Q1的漏极作为输出端连接电流幅值控制电路；电容C1的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接R2的一端。PMOS管Q1的选取应使得该器件的连续漏极电流大于火工品点火电流。R1选取较大值，几十或上百K量级，从而减少能量消耗，同时满足R1和R2分压后，应使得PMOS管Q1的V_GS大于其开启电压。

电流斜率控制电路中的电阻R1、电阻R2为分压电阻，电源电压分压后连接PMOS管Q1的栅极，电压Uc为PMOS管Q1漏极输出电压，Uc经过电容C1和电阻R5后反馈至PMOS管Q1的栅极，与电阻R1和电阻R2分压所得的电压一起控制PMOS管Q1的栅极电压，控制PMOS管Q1的开关状态，从而控制点火电流上升斜率。具体过程为：开关S1闭合瞬间，PMOS管Q1处于可变电阻区，PMOS管Q1开启，PMOS管Q1开启电压Uc上升，此电压经由电容C1构成的微分电路使得PMOS管Q1栅极电压同步升高进而抑制PMOS管Q1的快速开启，PMOS管Q1受控的开启速度最终控制火工点火电流上升速度。电路中电阻R3使得电流反馈支路稳定可靠，防止自激，取值较小，对于控制电流上升斜率的影响可以忽略。改变电容C1的值则可以明显改变电流上升斜率，电容C1增大电流上升斜率减小，电容C1减小电流上升斜率增大，实现电流上升斜率的有效控制。PMOS管Q1漏极和源极之间的阻值为RDS，点火电流上升时间τ≈电容C1×电阻R2×电阻R3×RDS。令电阻R₃、PMOS管Q1漏极和源极之间的阻值RDS远小于电阻R2，τ≈电容C1×电阻R2。通过电容C1和电阻R2的取值就能改变点火电流上升时间。电路中R3使得电流反馈支路稳定可靠，防止自激，取值较小，对于控制电流上升斜率的影响可以忽略。

如图4所示，所述电流幅值控制电路包括：限流电阻R0、测试电阻RT、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻RT、NMOS管Q2、电容C2、运算放大器D1、运算放大器D2；R0为限流电阻，取值应参照火工品阻值及火工品电源电压。NMOS管Q2的选取应使得该器件的连续漏极电流大于火工品点火电流。

NMOS管Q2的漏极连接电流斜率控制电路中PMOS管Q1的漏极，NMOS管Q2的源极连接限流电阻R0的一端，NMOS管Q2的栅极连接电阻R4的一端、电阻R5的一端和电容C2的一端；电阻R4的另一端接地处理，限流电阻R0的另一端连接外部火工品电阻Rx的一端，电阻R5的另一端和电容C2的另一端连接运算放大器D2的输出端，运算放大器D2的正输入端连接电阻R7的一端和电阻R6的一端，电阻R7的另一端连接外部供电电源，电阻R6的另一端接地处理，运算放大器D2的负输入端连接运算放大器D1的输出端和运算放大器D1的负输入端；运算放大器D1的正输入端连接外部火工品电阻Rx的另一端和测试电阻RT的一端，测试电阻RT的另一端接地处理。

所述运算放大器D1和运算放大器D2具体型号选取LM124。所述测试电阻RT的阻值小于限流电阻R0的阻值。所述电阻R4的分压作为NMOS管Q2的开启电压，电阻R4的取值为20K欧姆。

测试电阻RT与火工品点火电流期望值的乘积应约等于R6和R7分压后R6电阻上的电压，且R6和R7的取值应尽量大，以减小能量消耗。R5和C2₂构成微分电路，取值较小，R5取欧姆量级，C2取μF量级。

电流幅值控制电路中的电阻R4将受控电压连接至NMOS管Q2的栅极，电阻R0为限流电阻、RX为火工品。连接在火工点火通路中的采样电阻RT上的采样电压经过运算放大器D1组成的跟随器后连接至运算放大器D2的负端，与正端由电阻R6和电阻R7分压得到的基准电压经过运算放大器D2比较后连接电阻R5和电容C2组成的微分电路，微分电路的另一端连接至NMOS管Q2的栅极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，电阻R4上的分压作为NMOS管Q2的栅极电压，控制NMOS管Q2的开关状态，从而调节火工点火电路上的电流幅值，使其点火电流大小与运算放大器D2正端输入的基准电压相一致。

此部分电路开始工作前NMOS管Q2断开，URT＝0，运算放大器D2正负端电压差△U为运算放大器D2正端输入电压，此时运算放大器D2处于饱和区，运算放大器D2的输出电压U运算放大器D2＝Uom通过微分电路作用于NMOS管Q2的栅极，NMOS管Q2打开至恒流区，点火电流I迅速增大，URT随之增大，△U逐渐减小，使运算放大器D2由饱和区逐渐转移至线性放大区，U运算放大器D2减小，使得NMOS管Q2由横流区转移至可变电阻区，点火电流I随之减小，△U逐渐增大，U运算放大器D2增大，点火电流I随之增大，最终使得URT约等于运算放大器D2输入正端电压，使电路处于平衡态。I×电阻RT≈U0×(电阻R6/(电阻R6+电阻R7))。即通过电阻RT、电阻R6、电阻R7和U0的选取可以改变点火电流I的值。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。