[發(fā)明專利]雙冗余容錯(cuò)高可靠正脈沖和負(fù)脈沖開關(guān)指令驅(qū)動(dòng)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110104820.5
• 申請(qǐng)日: 2021-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN112737550A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐波;趙和平;曾連連;王瑛;王宗民;王平;陳忠貴;汪路元;郭堅(jiān);陶利民;劉欣;徐勇;馮國平;于敏芳;李文娟;周亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
• 主分類號(hào): H03K17/081
• 分類號(hào): H03K17/081;H03K17/16;H03K17/30;G05B9/03
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李微微

本發(fā)明公開了雙冗余容錯(cuò)高可靠正脈沖和負(fù)脈沖開關(guān)指令驅(qū)動(dòng)裝置，由獨(dú)立的兩個(gè)多級(jí)驅(qū)動(dòng)電路以上下兩層輸出級(jí)串聯(lián)的方式構(gòu)成，上下兩層的功能和原理相同，其中每層驅(qū)動(dòng)電路包括“前級(jí)”和“后級(jí)”兩級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)包含輸入端保護(hù)電路。該電路和芯片設(shè)計(jì)方案克服現(xiàn)有技術(shù)和電路的不足，提高了指令接口的電壓和電流驅(qū)動(dòng)能力，簡化系統(tǒng)指令傳輸和控制接口的復(fù)雜度，能夠有效地避免多種單點(diǎn)故障模式，提高航天器內(nèi)指令系統(tǒng)的可靠性。可應(yīng)用于各類電子系統(tǒng)正脈沖指令和負(fù)脈沖指令的輸出驅(qū)動(dòng)，尤其適用于航天器、武器裝備等高可靠應(yīng)用場(chǎng)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及雙冗余容錯(cuò)高可靠正脈沖和負(fù)脈沖開關(guān)指令驅(qū)動(dòng)裝置，可應(yīng)用于各類電子系統(tǒng)正脈沖或負(fù)脈沖指令的輸出驅(qū)動(dòng)，尤其適用于航天器、武器裝備等高可靠應(yīng)用場(chǎng)合。

背景技術(shù)

在電子系統(tǒng)中，設(shè)備開關(guān)及狀態(tài)設(shè)置通常由脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，例如在衛(wèi)星、飛船等航天器中，設(shè)備加斷電等指令的執(zhí)行電路通常是繼電器等開關(guān)器件，開關(guān)的動(dòng)作需要一定的電壓和電流驅(qū)動(dòng)，因此要求指令輸出電路需要提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)要保證電路不能發(fā)生誤動(dòng)作。

衛(wèi)星等航天器電子系統(tǒng)中，脈沖開關(guān)指令一般分為兩種，正脈沖和負(fù)脈沖，分別用于開關(guān)控制指令信號(hào)電流通路的正線或回線端。以往傳統(tǒng)的衛(wèi)星電子系統(tǒng)中，由于沒有專用的指令驅(qū)動(dòng)電路芯片，正脈沖指令輸出通常采用三極管射隨輸出的方式輸出電壓信號(hào)，輸出信號(hào)的電壓范圍一般在0～12V之間，驅(qū)動(dòng)電流多在10mA以內(nèi)，需要在指令接收端增加專門的驅(qū)動(dòng)電路才能夠控制繼電器等開關(guān)動(dòng)作。而且，系統(tǒng)還需要為各個(gè)繼電器提供專用的線包驅(qū)動(dòng)電源，將較高電壓(通常是+28V)的指令電源通過單獨(dú)的引線分別送給各個(gè)接收指令的設(shè)備。在系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備指令較多的場(chǎng)合，這種設(shè)計(jì)方法給系統(tǒng)帶來很大的硬件開銷。另一方面，由于輸出信號(hào)電壓低，接收端的門限電平就較低，經(jīng)過長距離傳輸后指令信號(hào)容易受到干擾，造成指令的誤觸發(fā)或者不執(zhí)行，影響系統(tǒng)穩(wěn)定工作。為了提高系統(tǒng)的可靠性，傳統(tǒng)的衛(wèi)星指令信號(hào)的傳輸需要采取很多種措施來保證，對(duì)系統(tǒng)的接地等電磁兼容性等設(shè)計(jì)控制措施要求非常高，額外增加了較多的資源開銷，不利于系統(tǒng)的優(yōu)化。而對(duì)于負(fù)脈沖指令輸出，通常采用三極管集電極開路方式輸出，輸出信號(hào)的電壓范圍一般在0～28V之間，驅(qū)動(dòng)電流多在20mA～200mA之間，實(shí)現(xiàn)方式通常為分立器件組合設(shè)計(jì)電路或多路指令驅(qū)動(dòng)芯片。例如LB8169，該芯片提供4路200mA負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，芯片封裝為DIP14，芯片體積較大。傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置由于電路設(shè)計(jì)的集成度不高，造成指令發(fā)送端設(shè)備的體積過大，隨著器件的增多帶來電路可靠度降低，已經(jīng)不能適應(yīng)設(shè)備小型化的發(fā)展趨勢(shì)。

隨著，衛(wèi)星等航天器的復(fù)雜度和集成度的進(jìn)一步提高，既要減少指令系統(tǒng)的開銷，提高集成度，提高標(biāo)準(zhǔn)化，又要保證指令傳輸和執(zhí)行的可靠性和安全性，需要設(shè)計(jì)一種航天器通用的指令驅(qū)動(dòng)電路芯片，提高電壓和電流驅(qū)動(dòng)能力，控制受端設(shè)備，滿足航天器等上大多數(shù)高可靠應(yīng)用場(chǎng)合的指令驅(qū)動(dòng)傳輸需求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供新興的雙冗余容錯(cuò)高可靠脈沖開關(guān)指令驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)正脈沖開關(guān)指令和負(fù)脈沖開關(guān)指令驅(qū)動(dòng)，可提高指令接口的電壓和電流驅(qū)動(dòng)能力，簡化系統(tǒng)指令傳輸和控制接口的復(fù)雜度。一種雙冗余容錯(cuò)脈沖開關(guān)指令驅(qū)動(dòng)裝置，包括兩層多級(jí)驅(qū)動(dòng)單元；

每層多級(jí)驅(qū)動(dòng)單元均包括前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路和后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路；

第一層多級(jí)驅(qū)動(dòng)單元和第二層多級(jí)驅(qū)動(dòng)單元中的前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路用于將各自的輸入控制信號(hào)進(jìn)行偏置分壓，將電路啟動(dòng)電壓調(diào)整到規(guī)定的電平，當(dāng)輸入控制信號(hào)的電平達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)啟動(dòng)后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，確保輸入端在可靠的電平下才能啟動(dòng)指令脈沖輸出，同時(shí)對(duì)電流進(jìn)行一級(jí)放大，為后級(jí)驅(qū)動(dòng)提供足夠的電流驅(qū)動(dòng)能力；

第一層多級(jí)驅(qū)動(dòng)單元和第二層多級(jí)驅(qū)動(dòng)單元中的的后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路用于根據(jù)前級(jí)輸出的控制信號(hào)完成對(duì)指令脈沖的開關(guān)控制和電流放大，保證后級(jí)輸出的脈沖信號(hào)達(dá)到規(guī)定的電流驅(qū)動(dòng)能力；