一种低功耗集成化无线起爆器及起爆方法技术

本发明专利技术涉及一种低功耗集成化无线起爆器及起爆方法，该无线起爆器内置无线起爆控制模块(含锂电池、天线)，通过内置电池、天线和无线起爆控制模块实现起爆器无缆化控制，通过内置的升压单元和储能发火单元实现低功率锂电池引爆终端起爆器，该无线起爆器可满足火箭总装后发射的寿命要求，针对其他更长的寿命需求，则需更换电池。本发明专利技术实现了起爆器的无缆化和信息化控制，起爆器具备自主供电、在线状态自检、无线通信等功能，可减少箭上数百公斤的电池和电缆网，极大地提升了运载火箭的运载能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗集成化无线起爆器及起爆方法


[0001]本专利技术涉及一种低功耗集成化无线起爆器及起爆方法，属于航天火工品设计领域。

技术介绍

[0002]传统的起爆器作为运载火箭等航天器的初始火工元件，通过箭上的电缆网接收上级控制系统的供电能量后，产生爆轰能量，完成起爆等功能。通常情况下，在整个运载火箭系统设计时，为了保证可靠引爆起爆器，配备有电缆和专用的大功率火工品电池，为起爆器提供传输线路和大功率电能。目前广泛应用于运载火箭系统的火工品电池额定功率均为几百瓦甚至上千瓦，专用的火工品电池体积和重量都比较大；同时为可靠给起爆器提供电能，从电池到火工品铺设了大量的火工品起爆电缆，据统计，运载火箭的专用火工品电池和电缆网的重量能达到上百公斤。这些电池和电缆一直处于整个飞行任务期间，给运载火箭造成了很大的载荷负担，降低了运载火箭的运载能力。
[0003]另外，现有的运载火箭对于起爆器这类电火工品的电阻状态监测精度不够高，整箭总装完成后只对发火回路进行通路测试，并没有对火工品的进行状态监测。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种低功耗集成化无线起爆器及起爆方法，应用于运载火箭等航天器，取消箭上火工系统专用电池和电缆网，实现起爆器的无缆化控制。
[0005]本专利技术解决技术的方案是：一种低功耗集成化无线起爆器，该无线起爆器包括无线起爆控制模块、终端起爆器，无线起爆控制模块集成天线、无线集成MCU单元、电源单元、升压单元、储能发火单元；
[0006]天线用于接收和发送无线信号；
[0007]无线集成MCU单元，通过天线按照预设周期接收无线控制指令并识别成功后，控制升压单元、储能发火单元执行相应动作并反馈状态信息；
[0008]升压单元，用于将电源单元输出的电压进行升压，并为储能发火单元充电，将电源单元能量储存到储能发火电容；
[0009]储能发火单元，用于将储能发火电容的电能释放给终端起爆器；
[0010]终端起爆器，接收瞬间放电电流刺激后，电能转化为化学能，输出爆轰能量。
[0011]优选地，所述无线控制指令包括唤醒指令、安全指令、战斗指令、点火指令、休眠指令；无线集成MCU单元收到唤醒指令后，从低功耗休眠状态切换到工作状态，工作状态下：
[0012]收到安全指令后，进入安全状态，控制储能发火单元打开泄放回路，使储能发火电容的电压降为0，升压单元不工作；
[0013]收到战斗指令后，进入战斗状态，完成发火参数装订，所述发火参数包括点火延迟时间，同时控制升压单元将电源单元输出的电压进行升压，并为储能发火单元充电，将电源
单元能量储存到储能发火电容；
[0014]收到点火指令之后，进入点火状态，控制储能发火单元将储能发火电容的电能释放给终端起爆器；
[0015]收到休眠指令之后，回到低功耗休眠状态下。
[0016]优选地，低功耗休眠状态下，电源单元仅为无线集成MCU单元和天线供电，工作状态下，电源单元还为升压单元、储能发火单元供电。
[0017]优选地，所述升压单元包括升压控制器、变压器、二极管D1；
[0018]电源单元输出端正极连接变压器初级线圈的异名端，变压器初级线圈的同名端通过升压控制器连接电源单元输出端负极，变压器次级线圈同名端连接二极管D1，异名端接地，二极管D1输出端的电压为升压单元的输出；
[0019]升压控制器集成了开关MOS管，无线集成MCU单元输出充电升压使能信号，当充电升压使能信号为高电平时，控制该开关MOS管的导通，进而变压器初级线圈导通，电源单元的电压经过变压器后升压输出，为储能发火单元中的储能电容充电；当充电升压使能信号为低电平时，开关MOS管断开，变压器不工作，升压单元输出电压为0。
[0020]优选地，所述储能发火单元包括含储能电容C1、泄放电阻R1、电阻R2、泄压开关三极管Q1、放电三极管Q4、第一放电开关Q2、第二放电开关Q3、场效应管驱动器U1；终端起爆器通过接通桥式电阻，实现起爆；
[0021]储能电容C1的两端并联有电阻R2，储能电容C1的正极串联泄放电阻R1的一端，泄放电阻R1的另一端串联泄放开关三极管Q1的集电极，泄放开关三极管Q1的发射级与储能电容C1的负极相连并接地，泄放开关三极管Q1的基极连接无线集成MCU单元输出的泄放控制信号，当泄放控制信号为高电平时，将泄放开关三极管Q1导通，储能电容完成能量泄放，否则，当泄放控制信号为低电平时，泄放开关三极管Q1断开；第一放电开关Q2和第二放电开关Q3均为场效应管，第一放电开关Q2的源极与储能电容C1正极并联，漏极与终端起爆器桥路一端相连，栅极与放电三极管Q4的集电极相连，放电三极管Q4的基极连接无线集成MCU单元输出的第一放电控制信号，第一放电控制信号为高电平时，打开第一放电开关Q2，使储能电容正极与终端起爆器桥路一端导通，点火信号为低电平时，第一放电开关Q2断开；第二放电开关Q3的源极与储能电容C1负极相连并接地，漏极与终端起爆器桥路电阻的另一端相连，第二放电开关Q3的栅极连接场效应管驱动器U1，场效应管驱动器U1将无线集成MCU单元输出的第二放电控制信号连接至第二放电开关Q3，当第二放电控制信号为高电平时，打开第二放电开关Q3，实现储能电容负极与终端起爆器桥路导通；当第二放电控制信号为高电平时，关闭第二放电开关Q3。
[0022]优选地，所述储能电容C1的容值不小于100uF。
[0023]优选地，所述无线集成MCU单元(内含无线SoC射频芯片、数据存储器；
[0024]数据存储器中存储唯一的ID地址、产品信息、寿命状态信息，产品信息包含产品所处的状态、储能发火电容的电压、装订的点火延时参数，寿命状态信息包含锂电池电压、进入战斗状态的次数；
[0025]无线SoC射频芯片，对接收到的无线信号进行无线通信编解码，得到无线控制指令，所述无线控制指令包括唤醒指令、战斗指令、点火指令、休眠指令；无线控制指令中包括ID地址，无线SoC射频芯片提取无线控制指令中的ID地址，将其与数据存储器中存储的ID地
址对比，当ID地址匹配成功后，执行相应的指令；
[0026]收到休眠指令后，控制电源单元只给无线集成MCU单元供电，使得无线集成MCU单元进入低功耗模式，按照预设的周期通过天线接收无线信号，只有接收到唤醒指令时才进入工作状态，否则一直处于休眠状态；
[0027]收到安全指令时，进入安全状态，控制泄放控制信号为高电平，控制第一放电控制信号、第二放电控制信号、控制充电升压使能信号为低电平；
[0028]收到战斗指令后，进入战斗状态，控制泄放控制信号、第一放电控制信号、第二放电控制信号均为低电平；
[0029]收到点火指令时，进入点火状态，控制泄放控制信号为低电平，输出第一放电控制信号、第二放电控制信号为高电平，从而实现储能电容与终端起爆器形成的放电回路导通，最终完成放电起爆。
[0030]优选地，当无线集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗集成化无线起爆器，其特征在于包括无线起爆控制模块(3)、终端起爆器(4)，无线起爆控制模块(3)集成天线(31)、无线集成MCU单元(33)、电源单元(32)、升压单元(34)、储能发火单元(35)；天线(31)用于接收和发送无线信号；无线集成MCU单元(33)，通过天线(31)按照预设周期接收无线控制指令并识别成功后，控制升压单元(34)、储能发火单元(35)执行相应动作并反馈状态信息；升压单元(34)，用于将电源单元(32)输出的电压进行升压，并为储能发火单元(35)充电，将电源单元(32)能量储存到储能发火电容；储能发火单元(35)，用于将储能发火电容的电能释放给终端起爆器(4)；终端起爆器(4)，接收瞬间放电电流刺激后，电能转化为化学能，输出爆轰能量。2.根据权利要求1所述的一种低功耗集成化无线起爆器，其特征在于所述所述无线控制指令包括唤醒指令、安全指令、战斗指令、点火指令、休眠指令；无线集成MCU单元(33)收到唤醒指令后，从低功耗休眠状态切换到工作状态，工作状态下：收到安全指令后，进入安全状态，控制储能发火单元(35)打开泄放回路，使储能发火电容的电压降为0，升压单元不工作；收到战斗指令后，进入战斗状态，完成发火参数装订，所述发火参数包括点火延迟时间，同时控制升压单元(34)将电源单元(32)输出的电压进行升压，并为储能发火单元(35)充电，将电源单元(32)能量储存到储能发火电容；收到点火指令之后，进入点火状态，控制储能发火单元(34)将储能发火电容的电能释放给终端起爆器(4)；收到休眠指令之后，回到低功耗休眠状态下。3.根据权利要求1所述的一种低功耗集成化无线起爆器，其特征在于低功耗休眠状态下，电源单元(32)仅为无线集成MCU单元(33)和天线供电，工作状态下，电源单元(32)还为升压单元(34)、储能发火单元(35)供电。4.根据权利要求1所述的一种低功耗集成化无线起爆器，其特征在于所述升压单元包括升压控制器、变压器、二极管D1；电源单元输出端正极连接变压器初级线圈的异名端，变压器初级线圈的同名端通过升压控制器连接电源单元输出端负极，变压器次级线圈同名端连接二极管D1，异名端接地，二极管D1输出端的电压为升压单元的输出；升压控制器集成了开关MOS管，无线集成MCU单元输出充电升压使能信号，当充电升压使能信号为高电平时，控制该开关MOS管的导通，进而变压器初级线圈导通，电源单元的电压经过变压器后升压输出，为储能发火单元中的储能电容充电；当充电升压使能信号为低电平时，开关MOS管断开，变压器不工作，升压单元输出电压为0。5.根据权利要求1所述的一种低功耗集成化无线起爆器，其特征在于所述储能发火单元(35)包括含储能电容C1、泄放电阻R1、电阻R2、泄压开关三极管Q1、放电三极管Q4、第一放电开关Q2、第二放电开关Q3、场效应管驱动器U1；终端起爆器(4)通过接通桥式电阻，实现起爆；储能电容C1的两端并联有电阻R2，储能电容C1的正极串联泄放电阻R1的一端，泄放电阻R1的另一端串联泄放开关三极管Q1的集电极，泄放开关三极管Q1的发射级与储能电容C1
的负极相连并接地，泄放开关三极管Q1的基极连接无线集成MCU单元输出的泄放控制信号，当泄放控制信号为高电平时，将泄放开关三极管Q1导通，储能电容完成能量泄放，否则，当泄放控制信号为低电平时，泄放开关三极管Q1断开；第一放电开关Q2和第二放电开关Q3均为场效应管，第一放电开关Q2的源极与储能电容C1正极并联，漏极与终端起爆器桥路一端相连，栅极与放电三极管Q4的集电极相连，放电三极管Q4的基极连接无线集成MCU单元输出的第一放电控制信号，第一放电控制信号为高电平时，打开第一放电开关Q2，使储能电容正极与终端起爆器桥路一端导通，点火信号为低电平时，第一放电开关Q2断开；第二放电开关Q3的源极与储能电容C1负极相连并接地，漏极与终端起爆器桥路电阻的另一端相连，第二放电开关Q3的栅极连接场效应管驱动器U1，场效应管驱动器U1将无线集成MCU单元输出的第二放电控制信号连接至第二放电开关Q3，当第二放电控制信号为高电平时，打开第二放电开关Q3，实现储能电容负极与终端起爆器桥路导通；当第二放电控制信号为高电平时，关闭第二放...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾波，邓松德，刘名兴，陈勇，先明春，陈安春，
申请(专利权)人：四川航天川南火工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：