模擬導彈熱電池指示信號的電路設計與實現(xiàn)

引言

針對在發(fā)射裝置測試過程中，正確穩(wěn)定的模擬導彈熱電池指示信號設計需求，提出了一種以VI-COR電源模塊為基礎的電路設計思路，給出了詳細的理論計算和實際應用數(shù)據(jù)，驗證了利用“調(diào)壓”方式控制電路輸出的可行性．此電路設計充分利用了中電華星提供的VICOR電源模塊的工作原理，并結(jié)合發(fā)射裝置測試設備的自動化測試特點，通過計算選取合適阻值的電阻，由工業(yè)控制計算機控制中電華星代理的VICOR電源模塊調(diào)整端Trim 的電壓，實現(xiàn)了電路的自動化輸出，且輸出電壓的變化值與控制電壓的變化值之間符合線性變化的規(guī)律．此電路原理簡單、工作穩(wěn)定、實測值與理論值幾乎一致，已經(jīng)成功的在發(fā)射裝置測試設備中得到應用，經(jīng)過多項試驗考核和用戶反復使用，驗證了其測試性和可靠性，可以作為成熟電路應用于其它測試設備．

發(fā)射裝置測試設備是發(fā)射裝置的專用測試設備．為保證發(fā)射裝置的性能，測試設備工作時，不僅要模擬載機提供各種控制信號及數(shù)據(jù)信息，還要模擬導彈各階段的各種狀態(tài)和返回信號，完成對發(fā)射裝置工作流程、實時控制及信息轉(zhuǎn)換的正確性測試,正確穩(wěn)定的模擬導彈接口信號是發(fā)裝置測試設備的設計重點之一．

由于熱電池比渦輪機發(fā)電機具有質(zhì)量輕、體積小、供電品質(zhì)高、免維護、壽命長、除點火電源外不需其它動力，能在嚴酷的溫度和力學環(huán)境下正常工作，激活可靠性高等顯著優(yōu)點，被廣泛用于引信、導彈、魚雷等現(xiàn)代武器中．熱電池已經(jīng)成為導彈的重要組成部分，作為導彈的供電系統(tǒng)，為導彈各組件提供一次電源．

在某型導彈的設計中，熱電池激活后，產(chǎn)生電池電壓經(jīng)DC-DC模塊轉(zhuǎn)換最終發(fā)送給發(fā)射裝置作為熱電池工作正常的指示信號，這是導彈接口中一個關(guān)鍵信號，本文提出的電路設計正是用于模擬此信號．

1 電路需求分析

模擬熱電池指示信號的電路主要由DC-DC電源模塊組成．對于電源模塊型號的選擇應從3個方面來考慮：① 額定輸入電壓和輸入電壓范圍；② 所需的額定輸出電壓；③ 輸出功率 ．目前，發(fā)射裝置測試設備中用于電路供電的電源主要有35 V、28 V、24 V、15 V等，其中任何一路電源都可以作為DC-DC電源模塊的輸入；熱電池指示信號的主要特征為連續(xù)可調(diào)的直流電壓，有效值為90～95 V，輸出電流小于100 mA．根據(jù)以上條件，結(jié)合電源模塊選型方法，中電華星代理的VICOR公司的VI-JWB型DC-DC轉(zhuǎn)換器符合要求．

中電華星代理的VICOR公司是美國的專業(yè)模塊電源生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品最大特點是功率密度高、轉(zhuǎn)換率高、可靠性好．VI-JWB型DC-DC轉(zhuǎn)換器是VICOR公司的一代產(chǎn)品，輸入電壓范圍18-36 V，輸出額定值為直流95 V，輸出電壓調(diào)整范圍為額定輸出電壓值的50％～110％，輸出功率25 W．

2 電路的設計與實現(xiàn)

2．1 DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作原理

外接不同的電阻網(wǎng)絡可以分別實現(xiàn)調(diào)整后輸出電壓的固定輸出和可變輸出，根據(jù)中電華星代理的VICOR公司的產(chǎn)品手冊，圖1為調(diào)整后輸出電壓可變的典型外接電路，改變調(diào)整端Trim的電壓可以實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整．VI-JWB型DC-DC轉(zhuǎn)換器自帶2．5 V的基準電壓和10 kΩ的內(nèi)設電阻Ri ，當Trim端電壓V1等于DC-DC轉(zhuǎn)換器的基準電壓2．5 V時，轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout為額定值，此時內(nèi)設電阻Ri沒有電流經(jīng)過；當Trim 端V1的電壓值在2．5 V 的50％ ～110％ 之問變化時，輸出電壓為額定值的50％ ～ 110％ ．

Trim端的外接電阻R1，限制輸出電壓Vout玎調(diào)低的范圍，R1 的阻值與Vout的電壓值無關(guān)，只與給定的輸出電壓向低調(diào)整的百分數(shù)有關(guān)，例如R1的阻值為40 kΩ時，Vout可以下調(diào)的最低電壓為額定值的80％．的上調(diào)范圍由R3的阻值決定，當可調(diào)電阻器R2的阻值為10 kΩ，需要Vout可以上調(diào)的最高電壓為額定值的110％ 時，可以按照如下方法計算R3的阻值

2．2 自動控制電路設計

圖1所示的電路可以實現(xiàn)輸出電壓在76～104．5 V之間連續(xù)可調(diào)，能夠滿足熱電池指示信號的性能要求，但是此電路的特點是“調(diào)阻”，即通過改變可調(diào)電阻器R2，實現(xiàn)輸出電壓Vout的連續(xù)可調(diào)，不利于發(fā)射裝置測試設備的自動化測試．因此，可以根據(jù)VI-JWB型DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作原理，和發(fā)射裝置測試設備的特點，并結(jié)合圖1的典型電路，通過改變調(diào)整端Trim的電壓，即“調(diào)壓”的方式實現(xiàn)輸出電壓的自動化連續(xù)輸出．

自動測試系統(tǒng)是指通過計算機控制對被測產(chǎn)品能自動進行測量、故障診斷、數(shù)據(jù)處理，并以適當?shù)姆绞斤@示和輸出測試結(jié)果的系統(tǒng)．大部分發(fā)射裝置測試設備已經(jīng)實現(xiàn)自動測試的功能，其核心是工業(yè)控制計算機，計算機內(nèi)部安裝有模擬信號輸入、輸出，數(shù)字信號輸人、輸出等各種功能的板卡，測試設備可以通過軟件控制這些板卡正常工作，完成對發(fā)射裝置的自動化測試．如圖2所示，電壓V2：是由計算機內(nèi)部的模擬信號輸出控制板卡提供，通過軟件控制V2自動輸出所需要的電壓值，從而控制Trim端V1的電壓變化，最終實現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換器的自動輸出．

為方便電路的實際應用，圖2中R3，的阻值選取240 kΩ．由于輸出Vout電壓不能超過額定值的110％，因此 的電壓值，即電阻R2兩端的電壓不能超過3．75 V．此電路中輸出電壓的變化值△Vout與V2的電壓變化值△ V2之間符合線性變化的規(guī)律，計算方法如下

式中：VR1 代表電阻Ri兩端的電壓．

2．3 電路實測數(shù)據(jù)

在實際應用過程中，此電路工作穩(wěn)定，實際測試數(shù)據(jù)與理論計算值幾乎一致，表1為此電路的測試數(shù)據(jù)，其中，Vout和△Vout為理論計算值；Vout和△Vout為實測值．

3 結(jié) 論

文中提出的通過“調(diào)壓”方式實現(xiàn)的模擬導彈熱電池指示信號的電路，既滿足了被模擬信號的特征要求，又實現(xiàn)了發(fā)射裝置測試設備自動化測試的功能．此電路已經(jīng)應用于發(fā)射裝置測試設備，通過用戶進行多次環(huán)境試驗、電磁兼容性試驗、運輸試驗等各種試驗的考核，此電路輸出數(shù)據(jù)準確、穩(wěn)定性好、可靠性高，可以作為成熟電路應用于其它測試設備．

另外，在實際應用中為保護系統(tǒng)和元器件，可以增加隔離保護電路的設計．