本发明涉及测控技术领域，尤其涉及一种大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路系统。
背景技术：
目前火工品是重要的动作执行装置，在民用和军事领域，特别是在航天领域有着广泛的应用。实际应用中普遍采用电起爆器作为火工装置的发火元件。电起爆器的激活主要由点火电流和功率决定，电能通过具有一定阻值的桥丝转化为热能，加热桥丝周围的点火药并起爆主装药，动作瞬间完成。电起爆器需要较大的点火电流和瞬间功率才能实现正常起爆。传统的火工品点火电路采用大容量供电电池直接放电的方法实现对电起爆器的激活，由于大容量供电电池的质量和体积较大，在对质量和体积有苛刻要求的应用场合难于满足，对此，可以利用大容量电容的瞬间放电能力实现对电起爆器的激活，可以达到减小点火电路质量和体积的目的。
大容量电容放电电路的工作原理是在接收点火控制指令后，控制开关使放电回路导通，储能电容释放储存的能量并实现对电起爆器的激活。由于电起爆器的阻值较小，瞬间放电电流很大，会达到十几或几十安，放电电流很大时，由于放电功率很高，可能会出现桥丝迅速炸断而电起爆器却无法起爆的瞎火现象。
为了确保点火电路安全并防止瞎火，目前的做法是在点火电路中增加限流电阻以控制放电电流的大小，限流电阻的选择是以能保证电起爆器的可靠起爆为前提的，阻值太大就会增加线路中的电能消耗，只能根据经验值选取限流电阻，不能根据实际需求输出安全、可靠的恒定电流，确保点火电路安全并防止瞎火。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路系统，已解决现有电容起爆器的点火电路不能根据实际需求输出安全、可靠的恒定电流，从而不能确保点火电路安全并防止瞎火的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路系统，包括控制输入电压模块、反馈控制模块、电容放电输出模块以及电流信号放大模块，其中，所述电容放电输出模块包括积分控制模块、串联在同一电路上的大容量放电电容、输出电阻以及功率开关管；
所述控制输入电压模块用于输入高精密脉冲电压控制信号，所述控制输入电压模块与反馈控制模块的输入端以及电流信号放大模块的输出端连接，所述积分控制模块的输入端与所述反馈控制模块的输出端连接，所述积分控制模块的输出端与所述功率开关管连接并控制所述功率开关管导通或关闭，所述电流信号放大模块与所述输出电阻并联后串联在所述电容放电输出模块上。
进一步地，所述反馈控制模块包括依次串联的积分部分、跟随部分和保护部分，其中，所述控制输入电压模块与所述积分部分的输入端连接，所述保护部分的输出端与所述积分控制模块的输入端连接。
进一步地，所述积分部分包括第一运算放大器，第一运算放大器输入端的正向端接地，所述第一运算放大器输入端的负向端通过串联有第一电阻的第一电路与所述控制输入电压模块连接，所述第一运算放大器的输出端通过依次串联有第一二极管、第二电阻的第二电路与所述跟随部分的输入端连接；
在所述第一电路上在所述第一电阻与所述第一运算放大器输入端的负向端之间通过节点并联连接有通过串联第二十电阻与所述电流信号放大模块连接的电路，其中，所述第二十电阻与所述第一电阻的阻值相等。
进一步地，所述第一运算放大器输入端的负向端与其输出端之间还并联有控制导通电路以及第一积分部分电路，所述控制导通电路包括并联的第一导通电路和第二导通电路，所述第一导通电路上依次串联有第二二极管和第三电阻，所述第二导通电路上依次串联有第三二极管和第四电阻，所述第一导通电路在所述第二二极管和第三电阻之间通过节点连接有串联第五电阻的第一负电压输入电路，所述第二导通电路在所述第三二极管和第四电阻之间通过节点连接有串联第六电阻的第一正电压输入电路；其中，第二二极管的正极与所述第一负电压输入电路连接，所述第三二极管的负极与所述第一正电压输入电路连接，所述第三电阻和第四电阻的阻值相等，所述第五电阻和第六电阻的阻值相等，所述第一正电压输入电路和所述第一负电压输入电路的输入电压绝对值相等；
所述第一积分部分电路包括并联的两条分别设置有第一电容、第二电容的电路，其中设置有第一电容的电路上还串联有第七电阻。
进一步地，所述第二电路在第一二极管、第二电阻之间通过节点并联有限制输入电压的嵌位功能部分，所述嵌位功能部分包括第四二极管以及并联后串联在所述第四二极管的正极端的第五二极管和第八电阻，其中所述第五二极管的正极接地，所述第五二极管的负极与所述第四二极管的正极连接，所述第八电阻上连接有负向输入电压。
进一步地，所述跟随部分包括第二运算放大器，第二运算放大器输入端的正向端与所述第二电路连接，所述第二运算放大器的输出端通过串联有第十电阻的第三电路与所述跟随部分的输入端连接，所述第二运算放大器输入端的负向端与其输出端之间并联有第十一电阻；
所述第二电路上在所述第二电阻和所述第二运算放大器输入端的正向端之间通过节点设置有第二正电压输入电路，所述第二正电压输入电路上串联有第九电阻；所述第二电路上在所述第二正电压输入电路的下游通过节点设置有第三电容接地电路。
进一步地，所述保护部分包括第三运算放大器，第三运算放大器输入端的正向端与所述第三电路连接，所述第三运算放大器输出端通过依次串联有第六二极管、第十三电阻的第四电路与所述积分控制模块的输入端连接，所述第三运算放大器输入端的负向端与第四电路在第六二极管和第十三电阻之间通过节点并联设置有第十二电阻，所述第三运算放大器输入端的负向端与其输出端之间并联有相互并联的第四电容和第七二极管。
进一步地，所述积分控制模块包括第四运算放大器，所述第四运算放大器输入端的正向端与所述第四电路连接，所述第四运算放大器的输出端串联有第十五电阻后与所述功率开关管连通，所述第四运算放大器输入端的负向端连接有并联的第三正电压输入电路和接地电路；
所述第四电路上在所述第十三电阻的上游通过节点并联有第四正电压输入电路，所述第四正电压输入电路上串联有第十四电阻；所述第四电路上在所述第四正向正电压输入电路与所述第十三电阻之间通过节点并联连接有串联第二十五电阻的接地电路。
进一步地，所述电流信号放大模块包括第五运算放大器，第五运算放大器输入端的正向端通过串联有第十八电阻的电路与输出电阻的正向节点连接，所述第五运算放大器输入端的负向端通过串联有第十九电阻的电路与输出电阻的负向节点连接，所述第五运算放大器输出端与所述第二十电阻的输出端连通。
进一步地，所述第五运算放大器输入端的负向端与其输出端之间并联有相互并联的第二十一电阻和第五电容，且在第二十一电阻和第五电容与所述第五运算放大器输出端的连接节点上并联有连接有第八二极管电路，所述第八二极管电路上施加负向电压；
所述第十八电阻与所述第五运算放大器输入端的正向端之间通过节点连接有串联有第二十三电阻的接地电路。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路系统是针对利用大容量电容作为储能元件的起爆电路进行的设计，实现了起爆电路控制电容放电电量输出可以由用户根据需要定制电流曲线，从而控制电容合理放电起爆火工品。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路系统的示意图。
图中：1：控制输入电压模块；2：反馈控制模块；3：电容放电输出模块；4：电流信号放大模块；
U1：第一运算放大器；U2：第二运算放大器；U3：第三运算放大器；U4：第四运算放大器；U5：第五运算放大器；
R0：输出电阻；R1：第一电阻；R2：第二电阻；R3：第三电阻；R4：第四电阻；R5：第五电阻；R6：第六电阻；R7：第七电阻；R8：第八电阻；R9：第九电阻；R10：第十电阻；R11：第十一电阻；R12：第十二电阻；R13：第十三电阻；R14：第十四电阻；R15：第十五电阻；R16：第十六电阻；R17：第十七电阻；R18：第十八电阻；R19：第十九电阻；R20：第二十电阻；R21：第二十一电阻；R22：第二十二电阻；R23：第二十三电阻；R24：第二十四电阻；
C1：第一电容；C2：第二电容；C3：第三电容；C4：第四电容；C5：第五电容；C6：第六电容；
D1：第一二极管；D2：第二二极管；D3：第三二极管；D4：第四二极管；D5：第五二极管；D6：第六二极管；D7：第七二极管；D8：第八二极管；
Vin：高精密脉冲电压控制信号；M1：功率开关管；Vcap：大容量放电电容。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
图中，第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4以及第五运算放大器U5上的标号2端表示的是运算放大器输入端的负向端、标号3端表示的是运算放大器输入端的正向端，标号6端表示的是运算放大器的输出端，标号7端表示的是正向电压接入端，标号4端表示的是负向电压接入端。
如图1所示，本发明实施例提供的一种大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路系统，包括控制输入电压模块1、反馈控制模块2、电容放电输出模块3、以及电流信号放大模块4，其中，所述电容放电输出模块3包括积分控制模块、串联在同一电路上的大容量放电电容Vcap、输出电阻R0以及功率开关管(Power MOSFET)M1。
所述控制输入电压模块1用于输入高精密脉冲电压控制信号vin，所述控制输入电压模块与反馈控制模块的输入端以及电流信号放大模块的输出端和所述反馈控制模块的输入端连接，所述积分控制模块的输入端与反馈控制模块的输出端连接，积分控制模块的输出端与所述功率开关管(Power MOSFET)连接并控制所述功率开关管(Power MOSFET)导通或关闭，所述电流信号放大模块与所述输出电阻并联后串联在所述电容放电输出电路上。
本发明实施例大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路系统由控制输入电压模块1、反馈控制模块2、电流信号放大模块4和功率输出模块3组成，可以实现点火电流上升沿小，输出电流由功率开关管(Power MOSFET)M1最大导通电流决定，持续时间在最大输出时间内任意可调，而最大持续时间由电容Vcap的容量决定，且其输出波形可根据需求自行定制。
具体的如图1所示，所述反馈控制模块包括依次串联的积分部分、跟随部分和保护部分，其中，所述控制输入电压模块1与所述积分部分的输入端连接，所述保护部分的输出端与所述积分控制模块的输入端连接。
所述积分部分包括第一运算放大器U1，所述第一运算放大器U1输入端的正向端通过第二十二电阻R22接地，所述第一运算放大器输入端的负向端通过串联有第一电阻的第一电路与所述控制输入电压模块连接，且在第一电阻和第一运算放大器输入端正向端之间通过节点并联有用于与电流信号放大模块的输出端连接的串联有第二十电阻R20的第五电路，所述第一运算放大器的输出端通过依次串联有第一二极管D1、第二电阻R2的第二电路与所述跟随部分的输入端连接。其中，第二十电阻R20与第一电阻R1的阻值相等。
所述第一运算放大器U1输入端的负向端与其输出端之间还并联有控制导通电路以及第一积分部分电路，所述控制导通电路包括并联的第一导通电路和第二导通电路，所述第一导通电路上依次串联有第二二极管D2和第三电阻R3，所述第二导通电路上依次串联有第三二极管D3和第四电阻R4，所述第一导通电路在所述第二二极管D2和第三电阻R3之间连接有带有第五电阻R5的第一负电压输入电路，所述第二导通电路在所述第三二极管D3和第四电阻R4之间连接有带有第六电阻R6的第一正电压输入电路；其中，第二二极管D2的正极与所述负电压输入电路连接，所述第三二极管D3的负极与所述正电压输入电路连接，所述第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等，所述第五电阻R5和第六电阻R6的阻值相等，所述第一正电压输入电路和所述第一负电压输入电路的输入电压绝对值相等；所述第一积分部分电路包括并联的两条分别设置有第一电容C1、第二电容C2的电路，其中设置有第一电容的电路上还串联有第七电阻R7。
所述第二电路在第一二极管D2、第二电阻R2之间的电路节点上并联有限制输入电压的嵌位功能部分，所述嵌位功能部分包括第四二极管D4以及相互并联后串联在所述第四二极管D4的正极端的第五二极管D5和第八电阻R8，其中所述第五二极管D5的正极接地，所述第五二极管的负极与所述第四二极管的正极连接，所述第八电阻上连接有负向输入电压形成第二负电压输入电路。
所述跟随部分包括第二运算放大器U2，所述第二运算放大器U2输入端的正向端与所述第二电路连接，所述第二运算放大器U2的输出端通过串联有第十电阻R10的第三电路与跟随电路的输入端连接，所述第二运算放大器输入端的负向端与其输出端之间并联有第十一电阻R11；所述第二电路上在所述第二电阻R2和所述第二运算放大器U2输入端的正向端之间通过节点设置有第二正电压输入电路，所述第二正电压输入电路上串联有第九电阻R9；所述第二电路上在所述第二正电压输入电路的下游通过节点设置有串联第三电容C3的第三电容接地电路。
所述保护部分包括第三运算放大器U3，所述第三运算放大器U3输入端的正向端与所述第三电路连接，所述第三运算放大器输出端通过依次串联有第六二极管D6、第十三电阻R13的第四电路与所述积分控制模块的输入端连接，所述第三运算放大器U3输入端的负向端与第四电路上第六二极管D6与第十三电阻R13之间的节点并联连接有第十二电阻，所述第三运算放大器U3输入端的负向端与其输出端之间并联有并联的第四电容C4和第七二极管D7。
本发明实施例大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路系统的控制输入电压模块输入高精密脉冲电压控制信号Vin，其信号电压准确度和控制电平持续时间由点火输出电流定制曲线决定，而脉冲电压控制信号准确度决定了点火输出电流的准确度。反馈控制模块由积分电路、跟随电路和保护电路组成。
实际可选用，第一正电压输入电压电路、第一负电压输入电路、第二正电压输入电路、第二负电压输入电路上的输入电压的绝对值均为15v，其中正向输入15v，负向输入输入-15v，第二十电阻R20的阻值为20kΩ、第七电阻R7的阻值为1kΩ、第一电容的电容值为10nF、第二电容C2的电容值为10pF；由运算放大器U1、第二十电阻R20、第七电阻R7、第一电容C1、第二电容C2等组成积分电路，在输入控制电压为10V时，时间常数τ＝R20*(C1+C2)，约为0.2ms，显著地提升整个控制放电电路的响应速度。而由第四二极管D4、第五二极管D5和第八电阻R8组成的嵌位功能部分，嵌位电压Vq＝0-VD5-VD4,约为-1.2V，则积分电路产生的控制信号不低于-1.2V，使得电路工作时控制信号快速到达标准值。跟随部分由运算放大器U2和R11组成，增强控制信号的电流输出能力，减小后续电路对控制信号质量的影响。保护部分由运算放大器U3、第六二极管D6和第七二极管D7组成，D7防止干扰信号，起到抑制过快变化干扰电压的作用；D6防止后端产生的反向电压冲击运算放大器U3。
如图1所示，所述积分控制模块包括第四运算放大器U4，所述第四运算放大器输入端的正向端与所述第四电路连接，所述第四运算放大器的输出端串联有第十五电阻R15后与所述功率开关管(Power MOSFET)连通，所述第四运算放大器输入端的负向端连接有并联的第三正电压输入电路和接地电路，所述第四运算放大器输入端的负向端与其输出端之间并联有第六电容C6；其中第三正电压输入电路包括串联在电路上的第十六电阻R16，所述第十六电阻R16的输入端加正向电压；所述接地电路是通过第十七电阻R17和第二十四电阻R24的串联后接地，其中第二十四电阻R24也串联在与所述功率开关管(Power MOSFET)以及大容量放电电容Vcap组成的放电回路中。所述第四电路上在所述第十三电阻的上游通过节点并联有第四正电压输入电路，所述第四正电压输入电路上串联有第十四电阻R14，所述第四电路上在所述第四正向正电压输入电路与所述第十三电阻R13之间通过节点并联连接有串联第二十五电阻R25的接地电路。
本发明实施例大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路系统的电容放电输出模块由积分控制部分、功率开关管(Power MOSFET)M1和大容量放电电容Vcap等组成。其中，第三正电压输入电路的输入电压为10v，第四正电压输入电路的输入电压为15v，第十六电阻R16的阻值为619kΩ、第十七电阻R17的阻值为1kΩ、第二十四电阻R24的阻值为0.13Ω，所述第四正电压输入电路积分控制电路由运算放大器U4等组成，在M1关闭状态下，U4的负输入端电压为
为0.024V，当U4正输入端电压大于0.024V时，输出控制M1导通，大容量放电电容Vcap放电输出电流，输出电流值经过采样电阻R0，采样后经过电流信号放大后送反馈控制电路，产生稳定的可定制电流输出曲线。
如图1所示，所述电流信号放大模块包括第五运算放大器U5，所述第五运算放大器U5输入端的正向端通过串联有第十八电阻R18的电路与输出电阻R0的正向节点连接，所述第五运算放大器U5输入端的负向端通过串联有第十九电阻R19的电路与输出电阻R0的负向节点连接，也即电容放电模块中输出电阻两端的+out和-out和电流信号放大模块的+out和-out正正负负对应连接；其中，第十八电阻R18和第五运算放大器U5输入端的正向端之间的电路上还通过节点连接有串联有第二十三电阻R23的接地电路。所述第五运算放大器U5输入端的负向端与其输出端之间并联有相互并联的第二十一电阻R21和第五电容C5，且在第二十一电阻R21和第五电容C5与所述第五运算放大器输出端的连接节点上并联有连接有第八二极管D8的第八二极管电路，所述第八二极管D8电路上施加负向电压；所述第五电路与所述第五运算放大器的输出端连接。
本发明实施例大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路系统的电流信号放大模块由第五运算放大器U5和电阻R23、R18、R21和R19组成差分放大电路，放大倍数为
可实现50倍放大功能，对电容放电输出电流输出电阻R0上的采样电压进行放大。
本发明提供的大容量电容起爆火工品放电曲线可定制电路，是电压控制电容点火电流输出，输入高准确度的脉冲控制电压信号保证输出电流的准确度，实现低成本、高可靠、点火电流精确控制的火工品点火电路，有效防止火工品起爆瞎火现象，具有极大的应用推广价值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。