阅读说明：本技术 一种基于错峰充电机制的高压脉冲功率点火电路及方法 (High-voltage pulse power ignition circuit and method based on peak-staggering charging mechanism ) 是由 仝瑞杰 魏晓婷 徐绍帅 沈杰 张永乐 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及到固体火箭发动机的全电子安全装置工作领域,具体涉及到一种基于错峰充电机制的高压脉冲功率点火电路。包括MCU处理器、升压变压器、主电容、副电容、脉冲变压器、电压检测单元及点火器,所述升压变压器在MCU处理器高频作动下给主电容充电,所述电压检测单元通过接口直接与MCU连接转化为可读的电压数值,所述阴冷极管与点火器、主电容相串联；所述MCU处理器在需要的工况直接给低压副电容充电,所述的脉冲变压器在MCU处理器作用下产生尖峰电压放电,所述的电压检测单元通过接口直接与MCU连接读取电压数值。采用本专利的设计方案,解决全电子安全装置主副电容同步充电过程中无法对其各自电压实时控制、且存在意外发火的风险问题。(The invention relates to the field of the operation of all-electronic safety devices of solid rocket engines, in particular to a high-voltage pulse power ignition circuit based on a peak-staggering charging mechanism. The device comprises an MCU processor, a step-up transformer, a main capacitor, an auxiliary capacitor, a pulse transformer, a voltage detection unit and an igniter, wherein the step-up transformer charges the main capacitor under the high-frequency action of the MCU processor, the voltage detection unit is directly connected with the MCU through an interface and converted into a readable voltage value, and a cathode-cooling polar tube is connected with the igniter and the main capacitor in series; the MCU processor directly charges the low-voltage auxiliary capacitor under a required working condition, the pulse transformer generates peak voltage to discharge under the action of the MCU processor, and the voltage detection unit is directly connected with the MCU through an interface to read a voltage value. By adopting the design scheme of the patent, the problem that the main capacitor and the auxiliary capacitor of the full electronic safety device cannot be controlled in real time in the synchronous charging process and accidental fire exists is solved.)

一种基于错峰充电机制的高压脉冲功率点火电路及方法

技术领域

本发明涉及到固体火箭发动机的全电子安全装置工作领域，具体涉及到一种基于错峰充电机制的高压脉冲功率点火电路及方法。

背景技术

传统的固体火箭发动机安全装置安全性是通过机械隔爆的方法实现的。由于机械式安全装置存在体积大、质量重、活动部件大等问题。随着电子技术高度集成，基于高压脉冲功率的点火技术逐渐进入应用阶段，全电子安全点火装置在此基础上应运而生。

如图1所示，全电子安全点火装置工作原理如下：处理器MCU在接受到解保指令后，通过变压器向储能电容（主电容）、触发电容（副电容）充电。在主副电容充满之后，当MCU接收到点火指令，副电容放电击穿阴极管为主电容形成放电回路，最终将点火器引爆。

目前的全电子安全点火装置在充电过程中无法同时实现对主副电容精确控制，仅通过检测主电容的电压状态而对副电容映射，进行模糊判断。但是当副电容存在短路、断路状态时，映射将引起MCU错误判断。而且当前技术主副电容基本上是同步达到额定电压，之后等待上位机系统的点火指令。在此期间可能出现副电容意外击穿阴极管，导致主电容非正常时序下放电的风险，进而点爆点火器。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明提供一种基于错峰充电机制的高压脉冲功率点火电路，以实现对主副电容充电过程的隔离，以及同时对主副电容电压进行实时监测。

采用的技术方案

一种基于错峰充电机制的高压脉冲功率点火电路，包括MCU处理器、升压变压器、主电容、副电容、脉冲变压器、电压检测单元及点火器，所述升压变压器收到MCU处理器指令给主电容充电，所述电压检测单元通过接口直接与MCU连接读取电压数值，所述阴冷极管与点火器相串联主电容；所述脉冲变压器直接连接MCU处理器，给副电容充电，电压检测单元通过接口直接与MCU连接读取电压数值。

一种基于错峰充电机制的高压脉冲功率点火方法，步骤如下：

S1：接收到解保指令后，首先为主电容充电，当主电容达到额定电压后反馈至处理器MCU；

S2：:接收到点火指令后，处理器MCU向副电容充电。在副电容充满之后，反馈处理器MCU；

S3：处理器MCU据此通过端口C发送脉冲信号，进行点火。

进一步地，整个周期内，处理器MCU均可通过各个回路中相应的电压检测单元实时监控主副电容的状态，避免在等待点火指令期间主副电容具备发火条件而引起的点火器意外发火。

获得的技术效果

采用本专利的设计方案，错峰充电机制可将主副电容充电过程隔离，在收到充电指令后首先为主电容充电，在需要点火的时候才为副电容充电，可大大提升安全性；解决全电子安全装置主副电容同步充电过程中无法对其各自电压无法控制、且存在意外发火的风险问题。

附图说明

图1：基于同步充电机制的全电子安全装置拓扑；

图2：基于错峰充电机制点火电路拓扑。

具体实施方式

如图2所示，基于错峰充电机制的点火电路拓扑由处理器MCU、主副电容处的电压检测单元、主电容、副电容、冷阴极管、两个变压器组成，主升压变压器用于给主电容逆变升压，脉冲变压器用于击穿冷阴极管。

具体的工作流程如下：

（1）系统上电，处理器MCU等待充电指令的同时，监测主副电容的电压状态，超过设定阈值后，系统报错，并自断电。

（2）当处理器MCU从通信总线中接受到充电指令后，按照预定的频率和占空比发出PWM波，导通主变压器电路输入开关，其中占空比从0开始线性增大，在50ms时达到0.3。

（3）同时处理器MCU通过电压检测单元实时检测主电容的电压，当达到额定电压后，处理器MCU停止PWM波的发出。

（4）处理器MCU等待点火指令的同时，检测到主电容欠压时，启动PWM，为主电容补充能量。

（5）处理器MCU等待点火指令的同时，检测副电容电压状态。若副电容电压超过设定阈值后，处理器MCU通过通信总线发送相应的“错误”指令，并不再为主电容补充能量（在主电容欠压时），并自关机。

（6）处理器MCU从通信总线上接受到发火信号，开始向副电容充电。

（7）处理器MCU检测到副电容达到设定电压阈值时，通过端口C发送点火指令；

（8）副电容将冷阴极管击穿后，主电容通过冷阴极管向点火器放电，点火器受到电激励后发火。

（9）处理器MCU进入自关机。