一種伺服電源的高壓熱電池單元激活電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電領(lǐng)域，特別是指一種伺服電源的高壓熱電池單元激活電路。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服系統(tǒng)是我國(guó)對(duì)運(yùn)載火箭等的飛行控制執(zhí)行閉環(huán)系統(tǒng)的統(tǒng)稱，其典型應(yīng)用之一就是應(yīng)用在固體運(yùn)載火箭上完成發(fā)動(dòng)機(jī)的推力矢量控制。機(jī)電伺服系統(tǒng)因其固有的組成與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用與維護(hù)方便、存儲(chǔ)期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為固體運(yùn)載火箭推力矢量控制主流的應(yīng)用與發(fā)展方向。
[0003]機(jī)電伺服系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成:機(jī)電作動(dòng)器、伺服控制驅(qū)動(dòng)器、伺服動(dòng)力電源及系統(tǒng)電纜網(wǎng)。其中，伺服動(dòng)力電源為整個(gè)機(jī)電伺服系統(tǒng)提供直流電能，是機(jī)電伺服系統(tǒng)的初級(jí)能源。固體運(yùn)載火箭推力矢量控制用伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)是要求系統(tǒng)提供的峰值功率輸出高、功率密度高、空間體積小。針對(duì)這一工作特點(diǎn)，固體運(yùn)載火箭機(jī)電伺服系統(tǒng)通常選擇熱電池作為伺服動(dòng)力電源，提供系統(tǒng)所需的初級(jí)電能。
[0004]目前，針對(duì)大功率機(jī)電伺服系統(tǒng)要求輸出峰值功率高、瞬間響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，伺服動(dòng)力電源中的熱電池通常采用高壓供電方案設(shè)計(jì)。而熱電池作為化學(xué)電池，其基本組成為電池單體，每一片呈薄片狀的電池單體具有固定的電壓，電池彈體通過串聯(lián)可以組成圓柱狀的電池單元。受制造工藝與安裝要求的限制，電池單元能夠提供的電壓有一定上限，因此，若設(shè)計(jì)完成滿足使用要求的高壓熱電池必須，必須將多個(gè)電池單元串聯(lián)使用。
[0005]而熱電池為一次性使用的化學(xué)電池，在激活前不對(duì)外輸出電壓，因此在使用前必須提前激活。其激活的原理是每個(gè)電池單元內(nèi)有火工品橋絲，為提高可靠性通常是一個(gè)電池單元中有兩個(gè)火工品橋絲，為雙冗余設(shè)計(jì)。在熱電池準(zhǔn)備使用前，通過在橋絲兩端施加一定的電壓，使火工品橋絲上通過其規(guī)定的電流，電流的熱效應(yīng)就可激活橋絲，即激活整個(gè)熱電池單元。如前面所述，伺服動(dòng)力電源中的高電壓熱電池是多個(gè)電池單元串聯(lián)的組合，因此在使用時(shí)必須將串聯(lián)的所有電池單元同時(shí)激活，且高壓熱電池單元的火工品橋絲在完成點(diǎn)火激活后都必須兩兩之間斷開，不能搭接，否則有整個(gè)熱電池熔穿的風(fēng)險(xiǎn)。
[0006]圖1為一種典型的現(xiàn)有伺服動(dòng)力電源的高壓熱電池激活回路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1中所示，伺服動(dòng)力電源的高壓熱電池組由第一熱電池單元1、第二熱電池單元2和第三熱電池單元3共三個(gè)熱電池單元串聯(lián)而成，如果每個(gè)熱電池單元的電壓為140V，則串聯(lián)后伺服動(dòng)力電源的電壓高達(dá)420V，為典型的高壓熱電池。第一熱電池單元1、第二熱電池單元2和第三熱電池單元3中電池的組成與結(jié)構(gòu)完全相同，分別由單元熱電池電化學(xué)的本體部分和電橋組成，電橋即點(diǎn)火器或稱之為火工品點(diǎn)火器。每個(gè)熱電池單元有兩個(gè)并聯(lián)的電橋，為雙冗余設(shè)計(jì)，其目的為通過冗余設(shè)計(jì)提高熱電池的激活可靠性，正常激活同一個(gè)熱電池單元的兩個(gè)電橋中任何一個(gè)電橋都可以激活相應(yīng)的熱電池單元。由于是高壓熱電池，所以必須保證在激活后伺服動(dòng)力電源中的所有電橋，例如圖1中的第一電橋4、第二電橋5、第三電橋6、第四電橋7、第五電橋8和第六電橋9之間完全物理隔離，不能有搭接，這樣才能保證熱電池在工作過程中的使用安全。
[0007]目前在固體運(yùn)載火箭上為火工品提供激活電壓的只能是同一個(gè)電池，由于熱電池單元的電壓太高，采用同一個(gè)電池與各熱電池單元的點(diǎn)火器激活端連接容易使不同熱電池單元中的電橋之間相互影響，這種高壓熱電池激活方式容易造成熔穿熱電池的問題，整個(gè)熱電池的激活時(shí)間長(zhǎng)、可靠性低、安全性低，因此，急需一種能夠用于固體運(yùn)載火箭推力矢量控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)中的伺服電源的高壓熱電池單元激活方案，能夠短時(shí)間、高可靠性、高安全性地在實(shí)現(xiàn)熱電池串聯(lián)電池單元火工品橋絲全部激活的情況下，使所有熱電池單元的火工品橋絲能夠兩兩之間斷開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種伺服電源的高壓熱電池單元激活電路，用于解決現(xiàn)有的固體運(yùn)載火箭推力矢量控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)中的機(jī)電伺服系統(tǒng)的高壓熱電池激活方式容易造成熔穿熱電池的問題，整個(gè)熱電池的激活時(shí)間長(zhǎng)、可靠性低、安全性低的問題。
[0009]本發(fā)明提供的一種伺服電源的高壓熱電池單元激活電路，包括與待激活的高壓熱電池單元連接的第一激活回路和冗余激活回路，還包括輸出脈沖電壓信號(hào)的激活信號(hào)發(fā)生電路；
[0010]所述第一激活回路包括第一電磁繼電器和第二電磁繼電器；待激活的伺服電源中的第η個(gè)高壓熱電池單元的第一電橋的正極通過所述第一電磁繼電器中的第η個(gè)開關(guān)與所述激活信號(hào)發(fā)生電路的輸出正極連接，所述待激活的伺服電源中的第η個(gè)高壓熱電池單元的第一電橋的負(fù)極通過所述第二電磁繼電器中的第η個(gè)開關(guān)與所述激活信號(hào)發(fā)生電路的輸出負(fù)極連接；其中，η = 1,2,…，N;所述N為所述第一電磁繼電器和第二電磁繼電器各自包含的開關(guān)總數(shù)；所述第一電磁繼電器和第二電磁繼電器為常開式繼電器，所述激活信號(hào)發(fā)生電路輸出的脈沖電壓信號(hào)能使所述第一、第二繼電器的開關(guān)吸合。
[0011 ] 在一些具體實(shí)施方案中，所述冗余激活回路包括第三電磁繼電器和第四電磁繼電器；所述待激活的伺服電源中的第η個(gè)高壓熱電池單元的第二電橋的正極通過所述第三電磁繼電器中的第η個(gè)開關(guān)與所述激活信號(hào)發(fā)生電路的輸出正極連接，所述待激活的伺服電源中的第η個(gè)高壓熱電池單元的第二電橋的負(fù)極通過所述第四電磁繼電器中的第η個(gè)開關(guān)與所述激活信號(hào)發(fā)生電路的輸出負(fù)極連接；其中，所述第三電磁繼電器和第四電磁繼電器為常開式繼電器。
[0012]在一些具體實(shí)施方案中，所述第一激活回路還包括第一消反峰電路，所述第一消反峰電路包括第一二極管和第一釋放電阻；所述第一二極管的正極與所述激活信號(hào)發(fā)生電路的輸出負(fù)極連接，所述第一二極管的負(fù)極串聯(lián)所述第一釋放電阻后與所述激活信號(hào)發(fā)生電路的輸出正極連接。
[0013]在一些具體實(shí)施方案中，所述冗余激活回路還包括第二消反峰電路，所述第二消反峰電路包括第二二極管和第二釋放電阻；所述第二二極管的正極與所述激活信號(hào)發(fā)生電路的輸出負(fù)極連接，所述第二二極管的負(fù)極串聯(lián)所述第二釋放電阻后與所述激活信號(hào)發(fā)生電路的輸出正極連接。
[0014]在一些具體實(shí)施方案中，所述激活信號(hào)發(fā)生電路輸出的脈沖電壓信號(hào)寬度可調(diào)。
[0015]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0016]上述方案能夠帶來(lái)如下有益效果:
[0017]I)可以實(shí)現(xiàn)以熱電池為基礎(chǔ)的伺服動(dòng)力電源的快速高可靠激活，繼電器組的響應(yīng)時(shí)間極高，激活脈沖信號(hào)只要100ms，繼電器組即可可靠激活伺服動(dòng)力電源，滿足固體運(yùn)載火箭推力矢量控制的要求；
[0018]2)可以實(shí)現(xiàn)高壓熱電池雙冗余的設(shè)計(jì)使用要求。繼電器組的兩路激活電路物理上完全獨(dú)立，功能一致，只要一路可靠工作即可確保伺服動(dòng)力電源的正常激活，極大提高了激活可靠性，滿足運(yùn)載火箭的可靠性指標(biāo)要求。
[0019]3)可以有效隔離熱電池組中各個(gè)單元熱電池點(diǎn)火器的物理連接，實(shí)現(xiàn)激活后各點(diǎn)火器之間兩兩物理斷開，不存在耦合，避免高壓熱電池的熔穿現(xiàn)象，滿足運(yùn)載火箭的安全性與可靠性要求。
[0020]4)可擴(kuò)充性強(qiáng)，理論上該點(diǎn)火激活器可以適應(yīng)任意單元熱電池?cái)?shù)量的熱電池組的激活使用要求。
[0021]5)體積小、重量輕、成本低。作為獨(dú)立的設(shè)備，其體積、重量、成本相對(duì)于熱電池組本身都非常低，可以方便的滿足固體運(yùn)載火箭的安裝使用要求，同時(shí)在一定程度上降低成本。
[0022]6)設(shè)備自身可靠性高，安全可靠。該方案采用成熟的繼電器即可滿足使用要求，同時(shí)在設(shè)計(jì)中采取了消反峰電路設(shè)計(jì)，可以有效保證在完成激活動(dòng)作后，線路上的