阅读说明：本技术 一种用于外弹道数据采集的抗过载供电模块 (Overload-resistant power supply module for data acquisition of outer missile way ) 是由 吴志强 朱立华 王宇 杨帆 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于外弹道数据采集的抗过载供电模块,其特征在于,包括供电电路、机械开关电路、加速度计开关电路、或门、继电器、DC-DC电路；供电电路用于在过载状态下输出稳定电压,为机械开关电路、加速度计开关电路、或门、继电器供电；机械开关电路,用于在过载条件下通过切断导线的方式触发RC延时电路,延时过后输出；加速度计开关电路,用于在过载条件下以输出脉冲的方式触发RC延时电路,延时过后输出电压；或门的两个输入端分别连接机械开关电路和开关电路的输出端；或门输出端接触发继电器；所述DC-DC电路,用于将继电器输出的电压升压,为位姿测量系统提供所需的电压；本发明可保证供电系统电压稳定。(The invention discloses an overload-resistant power supply module for acquiring external ballistic data, which is characterized by comprising a power supply circuit, a mechanical switch circuit, an accelerometer switch circuit, an OR gate, a relay and a DC-DC circuit, wherein the power supply circuit is connected with the accelerometer switch circuit; the power supply circuit is used for outputting stable voltage in an overload state and supplying power to the mechanical switch circuit, the accelerometer switch circuit, the OR gate and the relay; the mechanical switch circuit is used for triggering the RC delay circuit in a mode of cutting off the lead under the overload condition, and outputting the RC delay circuit after the RC delay circuit is delayed; the accelerometer switch circuit is used for triggering the RC delay circuit in a pulse output mode under an overload condition and outputting voltage after delay; two input ends of the OR gate are respectively connected with the mechanical switch circuit and the output end of the switch circuit; the output end of the OR gate is connected with a trigger relay; the DC-DC circuit is used for boosting the voltage output by the relay and providing the required voltage for the pose measuring system; the invention can ensure the voltage stability of the power supply system.)

一种用于外弹道数据采集的抗过载供电模块

技术领域

本发明属于电源系统技术领域，特别是一种用于外弹道数据采集的抗过载供电模块。

背景技术

智能弹药通过获取本身的角速度、加速度等传感器数据，解算自身的姿态及位置信息，送入控制系统实现增程、精确打击等功能。在研发测试阶段，需要使用测量系统对智能弹药的外弹道传感器数据进行采集。

MEMS惯性传感器是测量系统的核心部件，测量系统在智能弹药发射产生的过载情况下上电工作，它内部的MEMS惯性传感器的结构将被破坏，导致测量系统无法准确获取外弹道数据。另一方面MEMS惯性传感器在上电工作之前处于锁定状态，该状态下MEMS惯性传感器能够承受非常高的过载冲击。因此带有MEMS惯性传感器的位姿测量系统需要在炮弹出膛后上电工作。因此需要设计一种抗过载非接触式的供电模块，在炮弹出膛以后对测量系统供电。另外，智能弹药的实弹实验成本较高，需要提高供电模块的可靠性。由于锂电池受到过载冲击可能在短暂时间内出现电压被拉低的情况，因此需要设计一种电路保证供电电压始终稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于外弹道数据采集的抗过载供电模块，以解决在智能弹药发射时，测量系统在过载冲击下内部器件受到破坏的问题，保证供电系统电压稳定。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种用于外弹道数据采集的抗过载供电模块，包括供电电路、机械开关电路、加速度计开关电路、或门、继电器、DC-DC电路；

所述供电电路用于在过载状态下输出稳定电压，为机械开关电路、加速度计开关电路、或门、继电器供电；

所述机械开关电路，用于在过载条件下通过切断导线的方式触发RC延时电路，延时过后输出；

所述加速度计开关电路，用于在过载条件下加速度计模块输出脉冲的方式触发RC延时电路，延时过后输出；

所述或门的两个输入端分别连接机械开关电路和开关电路的输出端；或门输出端接触发继电器；所述或门任一输入端为高电平时都将触发继电器闭合，使继电器输出所需电压；

所述DC-DC电路，用于将继电器输出的电压升压，为位姿测量系统提供所需的电压，作为位姿测量系统的电源信号。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)通过智能弹药发射时的过载触发开关电路，使电源模块在智能弹药出膛以后对外供电。

(2)通过使用加速度计开关与机械开关两种开关的方式，提高触发的可靠性。

(3)通过锂电池与电容并联的方式，使供电电压在过载条件下输出稳定。

附图说明

图1为供电模块原理框图。

图2为供电电路原理图。

图3为机械开关原理图。

图4为机械开关结构示意图。

图5为加速度计开关原理图。

图6为两开关触发继电器原理图。

图7为DC-DC电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1，本发明的一种用于外弹道数据采集的抗过载供电模块，包括供电电路、机械开关电路、加速度计开关电路、或门、继电器、DC-DC电路；

所述供电电路用于在过载状态下输出稳定电压，为机械开关电路、加速度计开关电路、或门、继电器供电。

所述机械开关电路，用于在过载条件下通过切断导线的方式触发RC延时电路，延时过后输出3.7V电压。

所述加速度计开关电路，用于在过载条件下以输出脉冲的方式触发RC延时电路，延时过后该部分输出3.7V电压。

所述或门的两个输入端分别连接机械开关电路和开关电路的输出端；或门输出端接触发继电器。或门任一输入端为高电平时都将触发继电器闭合，使继电器输出3.7V电压。

所述DC-DC电路，用于将继电器输出的3.7V电压升压，为位姿测量系统提供所需的6V电压，作为位姿测量系统的电源信号。

进一步的，结合图2，所述供电电路包括第一锂电池LI1、第二锂电池LI2、电容 C1、电阻R1；所述第一锂电池LI1与第一肖特基二极管D1串联，所述第二锂电池LI2 与第二肖特基二极管D2串联，所述电容C1与电阻R1和第三肖特基二极管D3并联后的电路串联；上述三个串联后的电路并联；所述第一锂电池LI1、第二锂电池LI2分别通过第一肖特基二极管D1和第二肖特基二极管D2降压后为后续电路供电，第一肖特基二极管D1和第二肖特基二极管D2保证两者中任一电池出现故障时，另一电池为后续电路供电，提高了供电模块的可靠性。电阻R1与第三肖特基二极管D3并联后与电容C1串联；当锂电池电压因过载被拉低时，电容可以通过第三肖特基二极管D3在短时间内为后续电路供电。以保证电容能在锂电池电压受过载被拉低的短暂时间内能够以电容放电的形式维持输出电压稳定。

所述第一锂电池LI1、第二锂电池LI2输出电压均为3.7V；所述电容C1为5F电容。

进一步的，结合图3，所述机械开关电路包括RC延时电路、施密特触发器U5和带置位和复位功能的边沿触发器U3、机械开关；所述RC延时电路包括串联的电阻R15、电容C10；

所述电阻R15一端接供电电路，初始状态下电容C10被一根导线15短路，这根导线15连接时穿过机械开关；所述机械开关用于在过载条件下切断导线15，使电容C10 进入充电状态；所述电容C10的正极信号作为施密特触发器U5的输入信号，接到施密特触发器U5的输入端口A，所述施密特触发器U5输出端Y通过电阻R17连接到边沿触发器U3的时钟输入端CLK，边沿触发器U3的输出端口Q输出整个机械开关电路的输出信号，图3中其余部分作为芯片的***电路，可参考芯片数据手册。图3中SW1 代表机械开关的剪切销切割导线形成的简易开关。

进一步的，结合图4，所述机械开关包括质量块11、弹簧12、导向筒13、剪切销 14、挡板16；所述质量块11、弹簧12、剪切销14、挡板16均设置在导向筒13内；所述剪切销14一端与质量块11固定，另一端穿过挡板16；所述挡板16与导向筒13固定；所述弹簧12设置在质量块11与挡板16之间，处于预压缩状态；所述导向筒13口部穿有导线15；当过载条件下，质量块11沿导向筒13滑动，弹簧12被压缩，剪切销14 切断导线15。

进一步的，结合图5，所述开关电路包括加速度计模块、插座J2、RC延时电路、施密特触发器U7、带置位和复位功能的边沿触发器U6；所述RC延时电路包括电阻R21、电容C13；

所述插座J2一端口1接供电电路，用于给加速度计模块供电，加速度计模块通过插座J2端口2接地，加速度计模块通过插座J2端口3串联电阻R32接边沿触发器U6 的时钟输入端CLK，边沿触发器U6的输出端Q通过电阻R21接施密特触发器U7的输入端，所述电阻R21与施密特触发器U7之间接入电容C13；施密特触发器U7的输出端Y作为整个加速度计开关电路的输出信号。加速度计模块受过载产生的脉冲信号 OverRange，通过插座J2的端口3通过电阻R32输入边沿触发器U6的时钟输入端CLK。图5其余部分作为芯片的***电路，可参考芯片数据手册。

进一步的，结合图5，所述或门的输出端连接到继电器LS1的IN+端，IN-接地。继电器LS1的输出端LOAD1连接3.7V电源，另一输出端LOAD2(Vsupply)作为DC-DC电路输入。

结合图6，所述DC-DC电路，除电阻R24自行选择，用于控制DC-DC电路的放大倍数外，其余部分可视作***电路，可参考芯片数据手册。DC-DC电路输出的电压信号作为位姿测量系统的电源信号。

本发明的工作原理如下：

初始状态下电容C10用一根铜导线15短接，该铜导线15穿过带剪切销14的机械开关。施密特触发器U5输入端A被短接线(铜线)接地，此时输入电压为0，输出端Y 电压也为0。带置位和复位功能的边沿触发器U3输入信号经电阻R14连接到电源，初始状态下将带置位和复位功能的边沿触发器U3的同相输出端Q复位，此时输出为0。当过载发生时，机械开关剪切销14的质量块11在炮膛内发射过载作用下压缩弹簧12，剪切销14向下移动剪断铜导线15,机械开关被触发。此时电容C10与电阻R15形成延时电路，电源经电阻R15给电容C10充电。当电容C10两端电压达到2V时，触发器U5输入信号由低变高，输出信号也由低变高。该信号输入到带置位和复位功能的边沿触发器U3的时钟信号输入端CLK，此时边沿触发器U3迎来一个时钟上升沿，带置位和复位功能的边沿触发器U3的同相输出端Q输出3.7V电压信号。可以通过调节电阻R15与电容C10的大小来延迟系统上电，计算公式如公式1,式中T为延迟时间，VCC为供电电路提供电压，此处为3.7V，Vout为电容C10两端的电压值，此处为2V，式中R、C分别是电路图中R15、C10。

加速度计开关原理：如图6，带置位和复位功能的边沿触发器U6初始状态下复位，输出端Q输出为0，输入端D通过电阻R20连接到3.7V电源。初始状态下施密特触发器 U7输入端A与输出端Y均为0。插座J2的端口3在炮弹出膛的瞬间输入一个短暂的脉冲信号，脉冲信号流向带置位和复位功能的边沿触发器U6的时钟输入端CLK，此时带置位和复位功能的边沿触发器U6经历一个时钟上升沿，输出端Q的电压由低变高。带置位和复位功能的边沿触发器U6输出端Q输出的电压信号作为RC延时电路的输入信号，当输入信号由低变高时，电容C13通过电阻R21充电，计算方法与机械开关电路中的RC 延时电路相同。当电容C13两端电压达到2V时，施密特触发器U7输入端A由低电平变为高电平，输出端Y也由低电平变为高电平。

将两个开关电路的输出信号作为有两个输入端的或门的输入信号，当任一输入信号为高电平时，或门都将输出高电平，进而触发继电器闭合，输出端LOAD2(Vsupply)输出3.7V电压。该电压信号作为DC-DC电路的输入信号。

图7是DC-DC电路原理图。DC-DC电路部分负责将3.7V电源电压转化为6V电压。输出电压由公式(2)给出，R24选择由公式(3)给出。其中Vout是DC-DC电路输出电压，此处为6V；Vd为二极管压降，此处为0.7V；A是电压增益，此处为1.235。

。