模擬導彈熱電池指示信號的電路設計與實現

引言

針對在發射裝置測試過程中，正確穩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據，驗證了利用“調壓”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，并結合發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，由工業控制計算機控制中電華星代理的VICOR電源模塊調整端Trim 的電壓，實現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律．此電路原理簡單、工作穩定、實測值與理論值幾乎一致，已經成功的在發射裝置測試設備中得到應用，經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．

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

由于熱電池比渦輪機發電機具有質量輕、體積小、供電品質高、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境下正常工作，激活可靠性高等顯著優點，被廣泛用于引信、導彈、魚雷等現代武器中．熱電池已經成為導彈的重要組成部分，作為導彈的供電系統，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，產生電池電壓經DC-DC模塊轉換最終發送給發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可調的直流電壓，有效值為90～95 V，輸出電流小于100 mA．根據以上條件，結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轉換器符合要求．

中電華星代理的VICOR公司是美國的專業模塊電源生產廠家，其產品最大特點是功率密度高、轉換率高、可靠性好．VI-JWB型DC-DC轉換器是VICOR公司的一代產品，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

2．1 DC-DC轉換器的工作原理

外接不同的電阻網絡可以分別實現調整后輸出電壓的固定輸出和可變輸出，根據中電華星代理的VICOR公司的產品手冊，圖1為調整后輸出電壓可變的典型外接電路，改變調整端Trim的電壓可以實現輸出電壓的調整．VI-JWB型DC-DC轉換器自帶2．5 V的基準電壓和10 kΩ的內設電阻Ri ，當Trim端電壓V1等于DC-DC轉換器的基準電壓2．5 V時，轉換器的輸出電壓Vout為額定值，此時內設電阻Ri沒有電流經過；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玎調低的范圍，R1 的阻值與Vout的電壓值無關，只與給定的輸出電壓向低調整的百分數有關，例如R1的阻值為40 kΩ時，Vout可以下調的最低電壓為額定值的80％．的上調范圍由R3的阻值決定，當可調電阻器R2的阻值為10 kΩ，需要Vout可以上調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輸出電壓在76～104．5 V之間連續可調，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“調阻”，即通過改變可調電阻器R2，實現輸出電壓Vout的連續可調，不利于發射裝置測試設備的自動化測試．因此，可以根據VI-JWB型DC-DC轉換器的工作原理，和發射裝置測試設備的特點，并結合圖1的典型電路，通過改變調整端Trim的電壓，即“調壓”的方式實現輸出電壓的自動化連續輸出．

自動測試系統是指通過計算機控制對被測產品能自動進行測量、故障診斷、數據處理，并以適當的方式顯示和輸出測試結果的系統．大部分發射裝置測試設備已經實現自動測試的功能，其核心是工業控制計算機，計算機內部安裝有模擬信號輸入、輸出，數字信號輸人、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，完成對發射裝置的自動化測試．如圖2所示，電壓V2：是由計算機內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DC-DC轉換器的自動輸出．

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 電路實測數據

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

3 結 論

文中提出的通過“調壓”方式實現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，又實現了發射裝置測試設備自動化測試的功能．此電路已經應用于發射裝置測試設備，通過用戶進行多次環境試驗、電磁兼容性試驗、運輸試驗等各種試驗的考核，此電路輸出數據準確、穩定性好、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和元器件，可以增加隔離保護電路的設計．