模擬導(dǎo)彈熱電池指示信號(hào)的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

針對(duì)在發(fā)射裝置測試過程中，正確穩(wěn)定的模擬導(dǎo)彈熱電池指示信號(hào)設(shè)計(jì)需求，提出了一種以VI-COR電源模塊為基礎(chǔ)的電路設(shè)計(jì)思路，給出了詳細(xì)的理論計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了利用“調(diào)壓”方式控制電路輸出的可行性．此電路設(shè)計(jì)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(shè)備的自動(dòng)化測試特點(diǎn)，通過計(jì)算選取合適阻值的電阻，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制中電華星代理的VICOR電源模塊調(diào)整端Trim 的電壓，實(shí)現(xiàn)了電路的自動(dòng)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(shí)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(shè)備中得到應(yīng)用，經(jīng)過多項(xiàng)試驗(yàn)考核和用戶反復(fù)使用，驗(yàn)證了其測試性和可靠性，可以作為成熟電路應(yīng)用于其它測試設(shè)備．

發(fā)射裝置測試設(shè)備是發(fā)射裝置的專用測試設(shè)備．為保證發(fā)射裝置的性能，測試設(shè)備工作時(shí)，不僅要模擬載機(jī)提供各種控制信號(hào)及數(shù)據(jù)信息，還要模擬導(dǎo)彈各階段的各種狀態(tài)和返回信號(hào)，完成對(duì)發(fā)射裝置工作流程、實(shí)時(shí)控制及信息轉(zhuǎn)換的正確性測試,正確穩(wěn)定的模擬導(dǎo)彈接口信號(hào)是發(fā)裝置測試設(shè)備的設(shè)計(jì)重點(diǎn)之一．

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

在某型導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)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(hào)，這是導(dǎo)彈接口中一個(gè)關(guān)鍵信號(hào)，本文提出的電路設(shè)計(jì)正是用于模擬此信號(hào)．

1 電路需求分析

模擬熱電池指示信號(hào)的電路主要由DC-DC電源模塊組成．對(duì)于電源模塊型號(hào)的選擇應(yīng)從3個(gè)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(shè)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(hào)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(diǎn)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(shè)計(jì)與實(shí)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(luò)可以分別實(shí)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(cè)，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(shí)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(zhǔn)電壓和10 kΩ的內(nèi)設(shè)電阻Ri ，當(dāng)Trim端電壓V1等于DC-DC轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓2．5 V時(shí)，轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout為額定值，此時(shí)內(nèi)設(shè)電阻Ri沒有電流經(jīng)過；當(dāng)Trim 端V1的電壓值在2．5 V 的50％ ～110％ 之問變化時(shí)，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?jǐn)?shù)有關(guān)，例如R1的阻值為40 kΩ時(shí)，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(dāng)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(shí)，可以按照如下方法計(jì)算R3的阻值

2．2 自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

圖1所示的電路可以實(shí)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(hào)的性能要求，但是此電路的特點(diǎn)是“調(diào)阻”，即通過改變可調(diào)電阻器R2，實(shí)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(shè)備的自動(dòng)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(shè)備的特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)輸出電壓的自動(dòng)化連續(xù)輸出．

自動(dòng)測試系統(tǒng)是指通過計(jì)算機(jī)控制對(duì)被測產(chǎn)品能自動(dòng)進(jìn)行測量、故障診斷、數(shù)據(jù)處理，并以適當(dāng)?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(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測試的功能，其核心是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部安裝有模擬信號(hào)輸入、輸出，數(shù)字信號(hào)輸人、輸出等各種功能的板卡，測試設(shè)備可以通過軟件控制這些板卡正常工作，完成對(duì)發(fā)射裝置的自動(dòng)化測試．如圖2所示，電壓V2：是由計(jì)算機(jī)內(nèi)部的模擬信號(hào)輸出控制板卡提供，通過軟件控制V2自動(dòng)輸出所需要的電壓值，從而控制Trim端V1的電壓變化，最終實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換器的自動(dòng)輸出．

為方便電路的實(shí)際應(yīng)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(jì)算方法如下

式中：VR1 代表電阻Ri兩端的電壓．

2．3 電路實(shí)測數(shù)據(jù)

在實(shí)際應(yīng)用過程中，此電路工作穩(wěn)定，實(shí)際測試數(shù)據(jù)與理論計(jì)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(jì)算值；Vout和△Vout為實(shí)測值．

3 結(jié) 論

文中提出的通過“調(diào)壓”方式實(shí)現(xiàn)的模擬導(dǎo)彈熱電池指示信號(hào)的電路，既滿足了被模擬信號(hào)的特征要求，又實(shí)現(xiàn)了發(fā)射裝置測試設(shè)備自動(dòng)化測試的功能．此電路已經(jīng)應(yīng)用于發(fā)射裝置測試設(shè)備，通過用戶進(jìn)行多次環(huán)境試驗(yàn)、電磁兼容性試驗(yàn)、運(yùn)輸試驗(yàn)等各種試驗(yàn)的考核，此電路輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、可靠性高，可以作為成熟電路應(yīng)用于其它測試設(shè)備．

另外，在實(shí)際應(yīng)用中為保護(hù)系統(tǒng)和元器件，可以增加隔離保護(hù)電路的設(shè)計(jì)．