模拟导弹热电池指示信号的电路设计与实现

模拟导弹热电池指示信号的电路设计与实现

引言

针对在发射装置测试过程中，正确稳定的模拟导弹热电池指示信号设计需求，提出了一种以VI-COR电源模块为基础的电路设计思路，给出了详细的理论计算和实际应用数据，验证了利用“调压”方式控制电路输出的可行性．此电路设计充分利用了中电华星提供的VICOR电源模块的工作原理，并结合发射装置测试设备的自动化测试特点，通过计算选取合适阻值的电阻，由工业控制计算机控制中电华星代理的VICOR电源模块调整端Trim 的电压，实现了电路的自动化输出，且输出电压的变化值与控制电压的变化值之间符合线性变化的规律．此电路原理简单、工作稳定、实测值与理论值几乎一致，已经成功的在发射装置测试设备中得到应用，经过多项试验考核和用户反复使用，验证了其测试性和可靠性，可以作为成熟电路应用于其它测试设备．

发射装置测试设备是发射装置的专用测试设备．为保证发射装置的性能，测试设备工作时，不仅要模拟载机提供各种控制信号及数据信息，还要模拟导弹各阶段的各种状态和返回信号，完成对发射装置工作流程、实时控制及信息转换的正确性测试,正确稳定的模拟导弹接口信号是发装置测试设备的设计重点之一．

由于热电池比涡轮机发电机具有质量轻、体积小、供电品质高、免维护、寿命长、除点火电源外不需其它动力，能在严酷的温度和力学环境下正常工作，激活可靠性高等显著优点，被广泛用于引信、导弹、鱼雷等现代武器中．热电池已经成为导弹的重要组成部分，作为导弹的供电系统，为导弹各组件提供一次电源．

在某型导弹的设计中，热电池激活后，产生电池电压经DC-DC模块转换最终发送给发射装置作为热电池工作正常的指示信号，这是导弹接口中一个关键信号，本文提出的电路设计正是用于模拟此信号．

1 电路需求分析

模拟热电池指示信号的电路主要由DC-DC电源模块组成．对于电源模块型号的选择应从3个方面来考虑：① 额定输入电压和输入电压范围；② 所需的额定输出电压；③ 输出功率 ．目前，发射装置测试设备中用于电路供电的电源主要有35 V、28 V、24 V、15 V等，其中任何一路电源都可以作为DC-DC电源模块的输入；热电池指示信号的主要特征为连续可调的直流电压，有效值为90～95 V，输出电流小于100 mA．根据以上条件，结合电源模块选型方法，中电华星代理的VICOR公司的VI-JWB型DC-DC转换器符合要求．

中电华星代理的VICOR公司是美国的专业模块电源生产厂家，其产品最大特点是功率密度高、转换率高、可靠性好．VI-JWB型DC-DC转换器是VICOR公司的一代产品，输入电压范围18-36 V，输出额定值为直流95 V，输出电压调整范围为额定输出电压值的50％～110％，输出功率25 W．

2 电路的设计与实现

2．1 DC-DC转换器的工作原理

外接不同的电阻网络可以分别实现调整后输出电压的固定输出和可变输出，根据中电华星代理的VICOR公司的产品手册，图1为调整后输出电压可变的典型外接电路，改变调整端Trim的电压可以实现输出电压的调整．VI-JWB型DC-DC转换器自带2．5 V的基准电压和10 kΩ的内设电阻Ri ，当Trim端电压V1等于DC-DC转换器的基准电压2．5 V时，转换器的输出电压Vout为额定值，此时内设电阻Ri没有电流经过；当Trim 端V1的电压值在2．5 V 的50％ ～110％ 之问变化时，输出电压为额定值的50％ ～ 110％ ．

Trim端的外接电阻R1，限制输出电压Vout玎调低的范围，R1 的阻值与Vout的电压值无关，只与给定的输出电压向低调整的百分数有关，例如R1的阻值为40 kΩ时，Vout可以下调的最低电压为额定值的80％．的上调范围由R3的阻值决定，当可调电阻器R2的阻值为10 kΩ，需要Vout可以上调的最高电压为额定值的110％ 时，可以按照如下方法计算R3的阻值

2．2 自动控制电路设计

图1所示的电路可以实现输出电压在76～104．5 V之间连续可调，能够满足热电池指示信号的性能要求，但是此电路的特点是“调阻”，即通过改变可调电阻器R2，实现输出电压Vout的连续可调，不利于发射装置测试设备的自动化测试．因此，可以根据VI-JWB型DC-DC转换器的工作原理，和发射装置测试设备的特点，并结合图1的典型电路，通过改变调整端Trim的电压，即“调压”的方式实现输出电压的自动化连续输出．

自动测试系统是指通过计算机控制对被测产品能自动进行测量、故障诊断、数据处理，并以适当的方式显示和输出测试结果的系统．大部分发射装置测试设备已经实现自动测试的功能，其核心是工业控制计算机，计算机内部安装有模拟信号输入、输出，数字信号输人、输出等各种功能的板卡，测试设备可以通过软件控制这些板卡正常工作，完成对发射装置的自动化测试．如图2所示，电压V2：是由计算机内部的模拟信号输出控制板卡提供，通过软件控制V2自动输出所需要的电压值，从而控制Trim端V1的电压变化，最终实现DC-DC转换器的自动输出．

为方便电路的实际应用，图2中R3，的阻值选取240 kΩ．由于输出Vout电压不能超过额定值的110％，因此 的电压值，即电阻R2两端的电压不能超过3．75 V．此电路中输出电压的变化值△Vout与V2的电压变化值△ V2之间符合线性变化的规律，计算方法如下

式中：VR1 代表电阻Ri两端的电压．

2．3 电路实测数据

在实际应用过程中，此电路工作稳定，实际测试数据与理论计算值几乎一致，表1为此电路的测试数据，其中，Vout和△Vout为理论计算值；Vout和△Vout为实测值．

3 结 论

文中提出的通过“调压”方式实现的模拟导弹热电池指示信号的电路，既满足了被模拟信号的特征要求，又实现了发射装置测试设备自动化测试的功能．此电路已经应用于发射装置测试设备，通过用户进行多次环境试验、电磁兼容性试验、运输试验等各种试验的考核，此电路输出数据准确、稳定性好、可靠性高，可以作为成熟电路应用于其它测试设备．

另外，在实际应用中为保护系统和元器件，可以增加隔离保护电路的设计．