ES2341096T3 - Circuito de interrupcion aislante de ignicion. - Google Patents
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Abstract
Un circuito (52) de control de interrupción aislante de ignición que comprende: un primer circuito (84) de activación un segundo circuito (88) de activación, un circuito (114) de ignición un circuito (90) de transición principal que aísla dicho primer circuito (84) de activación de dicho circuito (114) de ignición, comprendiendo dicho circuito (90) de transición principal: al menos un terminal (93) de fuente acoplado eléctricamente a, y que recibe, una alimentación de primera fuente desde dicho primer circuito (84) de activación; un terminal (106) de entrada acoplado eléctricamente a dicho segundo circuito (88) de activación y que recibe una señal de activación; y un terminal de salida acoplado eléctricamente a dicho circuito (114) de ignición y que suministra dicha alimentación de primera fuente a dicho circuito (114) de ignición en respuesta a dicha señal de activación; y un circuito (112) de corte de monitor de fuente de alimentación que comprende un comparador (238) acoplado eléctricamente a dicho primer circuito (84) de activación y a dicho circuito (114) de ignición y que inhabilita dicho circuito (114) de ignición cuando un nivel de tensión de fuente es menor que un nivel predeterminado de tensión.
Description
Circuito de interrupción aislante de
ignición.
Esta invención fue efectuada con apoyo del
Gobierno según el contrato Nº
N00024-02-C-5319
concedido por la Armada de EE.UU. El Gobierno tiene ciertos
derechos en esta invención.
La presente invención se refiere generalmente al
conjunto de circuitos para armar y desarmar un dispositivo
electrónico y, más particularmente, a un método y circuito para
aislar un circuito de activación de un circuito de ignición. Un
sistema para armar sin conductores una bomba transportada
liberablemente por un dispositivo portabombas de avión es descrito,
por ejemplo, en el documento US 4.936.187.
El vuelo y otras características operacionales
de un vehículo o sistema de armas no tripulado, tal como un misil,
son controlados por medio de un procesador de teledirección o guía
en conjunción con otros dispositivos electrónicos. El procesador de
teledirección o guía activa detonadores eléctricos o armamentos para
encender el propulsor dentro de una cámara de combustión y activa
selectivamente válvulas que obtienen combustible desde la cámara de
combustión para propulsar y dirigir el sistema de armas hacia un
objetivo.
Diversas exigencias de seguridad son impuestas a
los sistemas de armas para asegurar el manejo y el transporte
seguros y para asegurar la detonación apropiada del sistema de
armas. Los sistemas de armas son diseñados típicamente para cumplir
una exigencia tolerante de funcionamiento defectuoso único del
sistema y proporcionar una baja probabilidad de funcionamiento
defectuoso del sistema.
Así, como una medida de seguridad en muchos
sistemas de armas conocidos, diversos dispositivos son usados para
aislar el conjunto de circuitos de activación del conjunto de
circuitos de ignición. El conjunto de circuitos de activación es
determinativo de cuando el propulsor es encendido y el conjunto de
circuitos de ignición enciende realmente el propulsor en respuesta
a una señal habilitadora procedente del conjunto de circuitos de
activación. Por ejemplo, típicamente dentro de sistemas más grandes
de armas, relés mecánicos son empleados para aislar completamente
el conjunto de circuitos de activación del conjunto de circuitos de
ignición, lo que es denominado a veces como una interrupción del
tren de disparo. Los relés mecánicos son de tamaño grande y de peso
considerable.
Existe un deseo actual de implementar un
conjunto de circuitos de aislamiento similar dentro de sistemas de
armas más pequeños, tal como dentro de cabezas de combate cinéticas,
para aislar la energía de activación respecto de un circuito de
ignición o serie de detonadores eléctricos. Desgraciadamente, el uso
de relés mecánicos y similares no es factible dentro del espacio
disponible reducido de una cabeza de combate cinética, así como en
otros vehículos no tripulados.
Asimismo, los vehículos no tripulados tienen
corrientemente restricciones rigurosas sobre el peso admisible
máximo sin estorbar el comportamiento funcional del vehículo, por
tanto es preferido que el circuito de aislamiento sea de peso
relativamente ligero para el comportamiento apropiado de
funcionamiento de vuelo.
Adicionalmente, los circuitos de control
actuales de vehículos no tripulados más pequeños pueden experimentar
una situación de descarga en la que la electrónica digital
contenida en ellos puede estar en un estado indeterminado y puede
encender accidentalmente los detonadores eléctricos en un momento
inoportuno. Por ejemplo, cuando una tensión de alimentación es
activada accidentalmente y permanece en un estado "ACTIVO"
("ON"), con el tiempo la tensión de alimentación disminuye
finalmente y cae por debajo de un nivel predeterminado de tensión,
causando que un procesador de teledirección o guía del vehículo no
tripulado funcione inapropiadamente.
Por tanto, es deseable proporcionar un circuito
que cumpla las exigencias de aislamiento para aislar seguramente un
circuito de activación de un circuito de ignición dentro de un
vehículo no tripulado de escala menor que sea de tamaño
relativamente pequeño, de peso relativamente ligero y proporcione
una baja probabilidad de funcionamiento defectuoso del sistema.
La presente invención proporciona un método y
circuito para aislar un circuito de activación de un circuito de
ignición. Se proporciona un circuito de control de interrupción
aislante de ignición. El circuito incluye un circuito de transición
principal que aísla un primer circuito de activación de un circuito
de ignición. El circuito de transición principal incluye un
terminal de fuente que está acoplado eléctricamente a, y recibe una
alimentación de primera fuente de, el primer circuito de activación.
Un terminal de entrada está acoplado eléctricamente a un segundo
circuito de activación y recibe una señal de activación. Un terminal
de salida está acoplado eléctricamente al circuito de ignición y
suministra la alimentación de primera fuente al circuito de
ignición en respuesta a la señal de activación. Un circuito de corte
de monitor de fuente de alimentación, que incluye un comparador,
está acoplado eléctricamente al primer circuito de activación y al
circuito de ignición e inhabilita el circuito de ignición cuando un
nivel de tensión de fuente es menor que un nivel predeterminado de
tensión.
Una ventaja de la presente invención es que
aísla seguramente un circuito de activación de un circuito de
ignición dentro de vehículos no tripulados relativamente más
pequeños y acaba con situaciones de descarga.
Otra ventaja de la presente invención es que
proporciona un circuito de control de interrupción aislante de
ignición que es de tamaño relativamente pequeño, de peso
relativamente ligero y barato, y sin embargo duradero.
Además, la presente invención tiene una baja
probabilidad de funcionamiento defectuoso del sistema, que es menor
que la que es requerida típicamente de tales vehículos.
Además, la presente invención proporciona un
circuito de control de interrupción aislante de ignición con
tolerancia incrementada al funcionamiento defectuoso.
La propia presente invención, junto con objetos
adicionales y ventajas relacionadas, será comprendida mejor por
referencia a la descripción detallada siguiente considerada en
conjunción con los dibujos adjuntos.
La Figura 1 es un diagrama esquemático de un
circuito de control tradicional para una cabeza de combate
cinética;
la Figura 2 es una vista en perspectiva de un
vehículo no tripulado que utiliza un circuito de control de
interrupción aislante de ignición de acuerdo con una realización de
la presente invención;
la Figura 3 es una vista esquemática en bloques
de un circuito de control de interrupción aislante de ignición de
acuerdo con una realización de la presente invención;
la Figura 4 es un diagrama esquemático de un
circuito de transición principal de acuerdo con una realización de
la presente invención;
la Figura 5 es un diagrama esquemático de un
circuito de corte de monitor de fuente de alimentación de acuerdo
con una realización de la presente invención; y
la Figura 6 es un organigrama lógico que ilustra
un método para aislar un circuito de ignición de un primer circuito
de activación de acuerdo con una realización de la presente
invención.
Refiriéndose ahora a la Figura 1, se muestra un
diagrama esquemático de un circuito de control tradicional 10 para
una cabeza de combate cinética de un misil. En general, los misiles
que tienen una cabeza de combate cinética pasan típicamente entre
cuatro etapas operativas antes de que la cabeza de combate impacte
en un objetivo. El circuito 10 de control pasa entre una tercera
etapa y una cuarta etapa y realiza diversas funciones utilizando el
circuito 12 de conjunto de teledirección o guía. El circuito 18 de
activación está acoplado y suministra energía al circuito excitador
16 de válvulas de armamento.
El circuito 12 de conjunto de teledirección o
guía incluye un procesador 20 de teledirección o guía que determina
el rumbo y el comportamiento funcional de la cabeza de combate. El
circuito 12 de conjunto de teledirección o guía incluye además una
fuente 22 de alimentación de tercera etapa que suministra energía a
un dispositivo 24 de cifrado/transmisor y a la unidad 14 de control
de alimentación (PCU: power control unit) que puede estar acoplada
a otros componentes electrónicos, como es designado por el bloque
26.
El circuito 18 de activación incluye una fuente
de alimentación de cuarta etapa o batería 28 y un interruptor 30
por aceleración que es denominado a veces un interruptor G. Cuando
la cabeza de combate supera una aceleración predeterminada, la
fuente 28 de alimentación es activada, aplicando así energía al
circuito excitador 16 de válvulas de armamento.
El circuito excitador 16 de válvulas de
armamento incluye un circuito 32 de ignición que tiene un
controlador 34 de ignición que recibe una señal habilitadora desde
el procesador 20 de teledirección o guía a través de un
optoaislador (aislador óptico) 36. Un convertidor 38 de corriente
continua a corriente continua (CC-CC) convierte un
nivel de tensión de la fuente 28 de alimentación en 5V de lógica
común para alimentar el controlador 34 de ignición. En respuesta a
la señal habilitadora, el controlador 34 de ignición conmuta un par
de interruptores 40 a un estado "CONECTADO" ("ON") para
encender los dispositivos electroexplosivos (explosivos activados
eléctricamente) 42, encendiendo así un propulsor que es encendido
en tres etapas distintas y tiene tres canales redundantes. El
circuito excitador 16 de válvulas de armamento contiene típicamente
12 interruptores independientes (once canales no mostrados), cada
uno de los cuales es controlado desde el controlador 34 de ignición.
Cinco de los interruptores son usados para activar válvulas, seis
de los interruptores son usados para encender dispositivos
electroexplosivos y el interruptor restante es usado como un canal
de reserva.
El circuito 10 como es mostrado puede habilitar
accidentalmente el circuito 32 de ignición antes de la habilitación
de la cuarta etapa. El circuito 10 no satisface las exigencias
actuales de aislamiento para aislar seguramente el circuito 18 de
activación del circuito 32 de ignición y además no proporciona
dispositivos preventivos adecuados para impedir que ocurran
situaciones de descarga, ambos de los cuales son superados por la
presente invención como se describe a continuación.
En cada una de las figuras siguientes, los
mismos números de referencia son usados para designar los mismos
componentes. Aunque la presente invención es descrita con respecto a
un método y circuito para aislar un circuito de activación de un
circuito de ignición dentro de un vehículo no tripulado, la presente
invención puede ser adaptada a diversas aplicaciones de armas o no
armas tripuladas o no tripuladas que incluyen aplicaciones
automotrices, marinas, aeroespaciales y otras conocidas en la
técnica.
En la descripción siguiente, diversos parámetros
y componentes operativos son descritos para una realización
construida. Estos parámetros y componentes específicos son incluidos
como ejemplos y no pretenden ser limitativos.
Refiriéndose ahora a la Figura 2, se muestra una
vista en perspectiva de un vehículo no tripulado 50 que utiliza un
circuito 52 de control de interrupción aislante de ignición de
acuerdo con una realización de la presente invención. El circuito
52 de interrupción es el primer circuito controlado electrónico
aprobado por la NAVY Safety Review Board (Junta de Revisión de
Seguridad de Armada de EE.UU.) para aislar detonadores eléctricos
respecto a una batería. Circuitos anteriores han precisado el uso de
relés mecánicos. El circuito 52 de interrupción proporciona gran
tolerancia al funcionamiento defectuoso y corriente pequeña de fuga.
El circuito 52 de interrupción, aunque de estado sólido
preferiblemente, debido a las ventajas inherentes del estado sólido
tales como ser de peso reducido, barato y duradero, puede ser
formado parcial o totalmente por otros dispositivos electrónicos
similares conocidos en la
técnica.
técnica.
El vehículo no tripulado 50 tiene la forma de un
misil o sistema 54 de armas y es mostrado con fines de ejemplo
solamente para ilustrar y describir la presente invención como puede
ser usada en una aplicación. El vehículo 50, también conocido como
una cabeza de combate cinética, incluye una unidad 58 de
teledirección o guía, un conjunto 60 de sistema sólido de control
de desviación y posición de vuelo (SDACS: solid divert and attitude
control system) y un conjunto expulsor 62. La unidad 58 de
teledirección o guía determina el rumbo y el comportamiento
funcional del sistema 54 de armas. La unidad 58 de teledirección o
guía incluye un conjunto buscador 64 para determinación del rumbo,
por medio de un conjunto 66 de sensor de radiación, y un conjunto 86
de teledirección o guía para funcionamiento de generador de empuje.
El conjunto 60 de SDACS contiene generadores de empuje múltiples 68
de posición de vuelo con válvulas correspondientes (no mostradas) y
un generador 70 de gas que tiene un propulsor almacenado en una
forma sólida. El conjunto expulsor 62 separa la cabeza 56 de combate
de una porción inferior 72 del vehículo 50 en la iniciación de la
cuarta etapa. Los generadores 74 de empuje y el actuador 76 son
activados para ayudar en la separación o expulsión de la cabeza 56
de combate desde la porción inferior 72.
El conjunto 86 de teledirección o guía incluye
un procesador 78 de teledirección o guía, una unidad 80 de control
de alimentación (PCU: power control unit) y un circuito excitador 82
de válvulas de armamento. En respuesta a señales recibidas desde el
conjunto 66 de radiación, el procesador 78 de teledirección o guía
determina un estado de activación del vehículo 50. Durante una
cuarta etapa, el procesador 78 de teledirección o guía recibe
energía desde la unidad 80 de control de alimentación (PCU) y
habilita el circuito excitador 82 de válvulas de armamento para
encender el propulsor contenido dentro del conjunto 60 de SDACS. Al
encender el propulsor, el procesador 78 de teledirección o guía
activa los generadores 68 de empuje para expulsar combustible
gaseoso generado por la ignición del propulsor para modificar el
rumbo y la posición de vuelo de la cabeza 56 de combate.
Refiriéndose ahora a la Figura 3, se muestra una
vista esquemática en bloques del circuito 52 de interrupción de
acuerdo con una realización de la presente invención. El circuito 52
de interrupción incluye un primer circuito 84 de activación, un
circuito 86 de conjunto de teledirección o guía, un segundo circuito
88 de activación y el circuito excitador 82 de válvulas de
armamento que tiene un circuito 90 de transición principal.
El primer circuito 84 de activación incluye una
fuente de alimentación o batería de cuarta etapa o primera fuente
92 de alimentación y un interruptor 94 de aceleración. Cuando la
cabeza 56 de combate supera una aceleración predeterminada, la
fuente 92 de alimentación es activada por el interruptor 94 y por
tanto suministra energía al circuito excitador 82 de válvulas de
armamento por vía de un terminal 93 de primera fuente. En una
realización de la presente invención, la primera fuente 92
suministra 28V al terminal 93 de fuente. La fuente 92 de
alimentación también suministra energía a un dispositivo 98 de
cifrado/transmisor y a la unidad 80 de control de alimentación
(PCU) a través de un par de diodos 95 de bloqueo.
El circuito 86 de conjunto de teledirección o
guía incluye el procesador 78 de teledirección o guía que determina
el rumbo y el comportamiento funcional de la cabeza 56 de combate,
como se expresó anteriormente. El circuito 86 de teledirección o
guía incluye además el dispositivo 98 de cifrado y la unidad 80 de
control de alimentación (PCU). El dispositivo 98 de cifrado y la
PCU 80 reciben energía desde una fuente 96 de alimentación de
tercera etapa por vía de un primer diodo 100. La PCU 80 puede estar
acoplada a otros componentes electrónicos, tal como el conjunto 64
de buscador, como es designado por el bloque 102. La PCU 80
suministra 5V a un terminal 103 de segunda fuente de alimentación
que está acoplado al procesador 78 de teledirección o guía.
El segundo circuito 88 de activación incluye un
dispositivo 104 de separación acoplado eléctricamente a un terminal
106 de entrada del circuito 90 de transición y a un primer terminal
108 de tierra. El dispositivo 104 de separación está acoplado a la
segunda fuente 103 por vía de un resistor 110 elevador de tensión
("pull-up"). El segundo circuito 88 de
activación habilita el circuito 90 de transición cuando el
dispositivo 104 de separación separa durante la transición desde la
tercera etapa a la cuarta etapa.
El circuito excitador 82 de válvulas de
armamento incluye el circuito 90 de transición, un circuito 112 de
corte de monitor de fuente de alimentación y un circuito 114 de
ignición. El circuito 90 de transición aísla el primer circuito 84
de activación del circuito 114 de ignición. El circuito 112 de corte
monitoriza el nivel de tensión de la primera fuente 92 e inhabilita
el circuito 114 de ignición cuando el nivel de tensión es menor que
un nivel predeterminado de tensión, acabando así con una situación
de descarga. Por ejemplo, cuando el nivel de tensión de la primera
fuente 92 es menor que 20V aproximadamente, el circuito 112 de corte
inhabilita el circuito 114 de ignición para impedir la ignición
accidental. Cuando el nivel de tensión de la primera fuente 92 es
mayor que 20V aproximadamente, el circuito 112 de corte habilita el
circuito 114 de ignición. Entonces, cuando el circuito 114 de
ignición recibe energía desde la primera fuente 92, es habilitado
por el procesador 78 de teledirección o guía, y no es inhabilitado
por el circuito 112 de corte, pero activa un dispositivo
electroexplosivo o detonador eléctrico 116 para encender el
propulsor dentro del generador 70. El dispositivo electroexplosivo
116 tiene un terminal positivo 118 y un terminal negativo 120.
El circuito 114 de ignición incluye un
convertidor 122 de corriente continua a corriente continua
(CC-CC), un controlador 124 de ignición, un primer
interruptor 125 y un segundo interruptor 126. El convertidor 122 de
CC-CC está acoplado eléctricamente al circuito 90 de
transición y al circuito 112 de corte. El convertidor 122 de
CC-CC convierte la tensión recibida desde la primera
fuente 92 en un nivel apropiado de tensión para alimentar el
controlador 124 de ignición, un inversor 128 y un optoaislador 130.
El inversor 128 está acoplado entre el optoaislador 130 y el
controlador 124 de ignición. El lado invertido 131 del inversor 128
también está acoplado a, y habilita, el segundo interruptor 126. El
optoaislador 130 funciona como un separador aislado para aislar una
tierra 132 de circuito de teledirección o guía de una tierra 134 de
circuito de ignición. La tierra 134 de ignición es una tierra común
que es utilizada por la primera fuente 92 y el circuito 90 de
transición. El procesador 78 de teledirección o guía está acoplado
eléctricamente, a través del optoaislador 130, al controlador 124
de ignición y activa el par de interruptores 126. El primer
interruptor 125 está acoplado a un terminal 138 de salida del
circuito 90 de transición y al dispositivo electroexplosivo 116 por
vía de un resistor 140 limitador de corriente. Un resistor 142 de
descarga está acoplado entre el terminal positivo 118 y la tierra
134 de ignición. Un segundo resistor 144 de descarga está acoplado
entre el terminal negativo 120 y la tierra 134 de ignición.
El procesador 78 de teledirección o guía y el
controlador 124 de ignición pueden estar basados en microprocesador
tal como un ordenador que tiene una unidad central de procesamiento,
memoria (memoria de acceso aleatorio (RAM) y/o memoria de solo
lectura (ROM)) y buses asociados de entrada y salida, o pueden ser
una serie de dispositivos lógicos de estado sólido. El procesador
78 de teledirección o guía y el controlador 124 de ignición también
pueden ser porciones de una unidad de control principal central, un
controlador de vuelo o pueden ser controladores autónomos como se
muestra.
Refiriéndose ahora a la Figura 4, se muestra un
diagrama esquemático de un circuito 90 de transición de acuerdo con
una realización de la presente invención. El circuito 90 de
transición incluye un circuito intermedio 150, un circuito inversor
152, un excitador 154 de interruptor de salida y un interruptor 156
de salida.
En la descripción siguiente, valores numéricos
específicos son dados solo a modo de ejemplo. Los expertos en la
técnica reconocerán que estos valores pueden ser cambiados a la
vista de condiciones operativas deseadas diferentes y cambios en el
circuito circundante. El circuito intermedio 150 incluye un primer
separador 270 y un primer optoacoplador. El separador 270 es usado
para excitación de señal e inmunidad contra el ruido y puede ser de
tipo número 54ACTQ541FMQB de National Semiconductor Corporation. Un
sexto condensador 274 y un séptimo condensador 276 están acoplados
en paralelo entre el terminal 93 de fuente y la tierra 132 de
circuito y tienen capacidades de 0,1 \muF y 0,01 \muF
aproximadamente, respectivamente. Los condensadores 274 y 276
pueden ser sustituidos por un solo condensador equivalente, como es
conocido en la técnica. Un sexto resistor 278 elevador de tensión
("pull-up") está acoplado entre el terminal 93
de fuente y el terminal 106 de entrada y tiene una resistencia de
3,01k\Omega aproximadamente. Los terminales restantes 280 de
entrada de separador están acoplados a la tierra 132 de circuito.
Un terminal 272 de salida de separador está acoplado a un primer
resistor 160. El separador excita y está acoplado a un optoacoplador
(acoplador óptico) 158 por vía del primer resistor 160 que tiene
una resistencia de 806\Omega aproximadamente. El primer resistor
160 limita la intensidad de corriente al interior del optoacoplador
158.
El optoacoplador 158 aísla la tierra 132 de
circuito de teledirección o guía de la tierra 134 de ignición. Un
primer circuito 162 de filtro de paso bajo existe entre la primera
fuente 92 y un primer terminal 164 de alimentación, incluyendo una
serie de resistores 166 en paralelo y un primer condensador 168. Los
resistores 166 en paralelo, aunque cada uno tiene una resistencia
de 8,06k\Omega aproximadamente, pueden ser sustituidos por un
solo resistor equivalente de vataje mayor, como es conocido en la
técnica, y están acoplados entre el terminal 93 de fuente y el
primer terminal 164 de alimentación. El primer condensador 168 así
como todos los demás condensadores contenidos dentro del circuito
90 de transición y el circuito 112 de corte ayudan a minimizar el
contenido de ruido. El primer condensador 168 está acoplado entre el
primer terminal 164 de alimentación y la tierra 134 de ignición y
tiene una capacidad de 0,1 \muF aproximadamente. Un primer
resistor 170 elevador de tensión está acoplado entre el primer
terminal 164 de alimentación y un terminal 172 de salida de primer
optoacoplador y limita la corriente a través del primer
optoacoplador 158. El primer resistor 170 elevador de tensión tiene
una resistencia 2k\Omega aproximadamente. Un diodo zener 174
regulador de tensión está acoplado entre el primer terminal 164 de
alimentación y la tierra 134 de ignición por vía de un primer
cátodo 174c y un primer ánodo 174a, respectivamente, y mantiene una
tensión constante de 5,1 V aproximadamente en el primer terminal
164 de alimentación. Los terminales restantes 175 de entrada de
optoacoplador no son utilizados y están acoplados a la tierra 132
de ignición. El diodo zener 174 puede ser de tipo número
jantxv1n4625ur-1 de Microsemi Corporation.
El circuito inversor 152 está en una
configuración de emisor común e incluye un primer transistor 176
acoplado al terminal 172 de salida por vía de un segundo resistor
178. El primer transistor 176 tiene un terminal 182 de base, un
terminal 184 de emisor y un terminal 188 de colector. Un tercer
resistor 180 está acoplado entre el primer terminal 182 de base y
el primer terminal 184 de emisor que está acoplado a la tierra 134
de ignición. El segundo resistor 178 y el tercer resistor 180
tienen valores de resistencia de 6,81k\Omega y 4,99k\Omega
aproximadamente, respectivamente. El segundo resistor 178 y el
tercer resistor 180 funcionan como un divisor de tensión. Un
segundo resistor 186 elevador de tensión está acoplado entre el
terminal 93 de fuente y el terminal 188 de colector y tiene una
resistencia de 10k\Omega aproximadamente. El transistor 176 puede
ser de tipo número 2N2222AUB de SEMICOA Semiconductors
Corporation.
El excitador 154 de interruptor de salida
incluye un segundo transistor 190 que está acoplado al colector 188
por vía de un cuarto resistor y suministra tensión apropiada de
polarización con reducción para el interruptor 156 de salida. El
transistor 190 tiene un primer terminal 196 de puerta, un primer
terminal 198 de fuente y un primer terminal 202 de drenador. Un
quinto resistor 194 está acoplado entre el terminal 196 de puerta y
el terminal 198 de fuente que está acoplado a la tierra 134 de
ignición. El cuarto resistor 192 y el quinto resistor 194 también
funcionan como un divisor de tensión y tienen valores de resistencia
de 10\Omega y 7,5k\Omega aproximadamente, respectivamente. El
segundo transistor 190 puede ser de tipo número IRF130 de
International Rectifier Corporation.
El interruptor 156 de salida incluye un tercer
transistor 200 que está acoplado al terminal 202 de drenador pro
vía de un sexto resistor 204. El tercer transistor 200 tiene un
segundo terminal 208 de puerta, un segundo terminal 214 de fuente y
un segundo terminal 218 de drenador. Un par de condensadores 206
están acoplados en paralelo entre el terminal 93 de fuente y el
segundo terminal 208 de puerta y cada uno tiene una capacidad de
0,47 \muF aproximadamente. Los condensadores 206 pueden ser
sustituidos por un solo condensador equivalente, como es conocido
en la técnica. Un séptimo resistor 210 está acoplado entre el
terminal 93 de fuente y el terminal 208 de puerta y suministra
energía de fuente al terminal 208 de puerta. El sexto resistor 204 y
el séptimo resistor 210 funcionan como un divisor de tensión y
tienen valores de resistencia de 1,5k\Omega y 1k\Omega
aproximadamente, respectivamente. Una serie de condensadores 212
están acoplados en paralelo entre el terminal 93 de fuente y la
tierra 134 de ignición, teniendo una capacidad de 82,11 \muF
aproximadamente. El terminal 93 de fuente está acoplado al segundo
terminal 214 de fuente. Un rectificador 216 está acoplado entre el
segundo terminal 218 de drenador y la tierra 134 de ignición por vía
de un segundo cátodo 216c y un segundo ánodo 216a, respectivamente.
El segundo terminal 218 de drenador está acoplado al terminal 138
de salida. El rectificador 216 proporciona protección de inductancia
de carga. Un ejemplo adecuado de rectificador 216 es el
rectificador tipo número JANTXV1N5811US de Microsemi
Corporation.
El circuito 90 de transición también puede
incluir un circuito 220 de estatus que incluye un segundo
optoacoplador (acoplador óptico) 222. El segundo optoacoplador 222
aísla una tierra 134 de circuito de transición principal de una
tierra 132 de circuito de teledirección o guía. El segundo
optoacoplador 222 tiene un terminal 224 de entrada de segundo
optoacoplador que está acoplado al terminal 138 de salida por vía de
un octavo resistor 226 que limita la intensidad de corriente al
interior del optoacoplador 222. El octavo resistor 226 tiene un
valor de resistencia de 5,62k\Omega aproximadamente. Un segundo
condensador 228 está acoplado entre un segundo terminal 230 de
alimentación y la tierra 134 de ignición y tiene una capacidad de
0,1 \muF aproximadamente. El segundo terminal 230 de alimentación
de 5V también está acoplado a la segunda fuente 103. Un tercer
resistor 232 elevador de tensión está acoplado entre la segunda
fuente 103 y un terminal 234 de salida de segundo optoacoplador y
limita la corriente a través del terminal 234 de salida. El resistor
232 elevador de tensión tiene un valor de resistencia de 2k\Omega
aproximadamente. Como con el primer optoacoplador 158, los
terminales de entrada restantes 236 de segundo optoacoplador están
acoplados a la tierra 134 de ignición. El terminal 234 de salida
está acoplado al procesador 78 de teledirección o guía para estatus
que es enviado posteriormente al transmisor 98. En una realización
construida, se utilizaron los optoacopladores 158 y 222 que tienen
el tipo número 8302401EX de MicroPac Corporation.
El circuito 220 de estatus genera una señal de
estatus que es transmitida por el transmisor 98 a una estación
terrestre (no mostrada). La señal de estatus refleja el estatus del
terminal 138 de salida.
Refiriéndose ahora a la Figura 5, se muestra un
diagrama esquemático del circuito 112 de corte de acuerdo con una
realización de la presente invención. El circuito 112 de corte
incluye un comparador 238 que tiene un terminal no inversor 240 de
entrada y un terminal inversor 242 de entrada. Un par de resistores
244 funcionan como un circuito divisor de la primera fuente 92. Un
noveno resistor 246 está acoplado entre el terminal 93 de fuente y
el terminal no inversor 240 y tiene un valor de resistencia de
8,66k\Omega aproximadamente. Un décimo resistor 248 está acoplado
entre el terminal no inversor 240 y la tierra 134 de ignición y
tiene un valor de resistencia de 3,01k\Omega aproximadamente. Un
cuarto resistor 250 elevador de tensión está acoplado entre el
terminal 93 de fuente y el terminal inversor 240 y tiene un valor de
resistencia de 10k\Omega aproximadamente. Un segundo diodo zener
252 está acoplado entre el terminal inversor 242 y la tierra 134 de
ignición por vía de un tercer cátodo 252c y un tercer ánodo 252a,
respectivamente. El segundo diodo 252, en conjunción con el
resistor 250, mantiene un nivel constante de tensión de referencia
en el terminal inversor 242 de 5,1 V aproximadamente.
El comparador 238 compara el nivel de tensión en
el terminal no inversor 240 con el nivel de tensión en el terminal
inversor 242 al generar una señal de estatus de fuente. Un tercer
condensador 254 está acoplado entre el terminal inversor 242 y la
tierra 134 de ignición. Cada uno de los condensadores 254 y 256
tiene una capacidad de 0,01 \muF aproximadamente. Un cuarto
condensador 256 está acoplado entre el terminal inversor 242 y la
tierra 134 de ignición. Un quinto resistor 258 elevador de tensión
está acoplado entre el terminal 93 de fuente y un terminal 260 de
alimentación de comparador y tiene un valor de resistencia de
1k\Omega aproximadamente. Un quinto condensador 262 está acoplado
entre el terminal 260 de alimentación y la tierra 134 de ignición y
tiene una capacidad de 0,1 \muF aproximadamente. Un tercer diodo
zener 264 está acoplado entre el terminal 260 de alimentación y la
tierra 134 de ignición por vía de un cuarto cátodo 264c y un cuarto
ánodo 264a, respectivamente. El tercer diodo 264 limita el nivel de
tensión en el terminal 260 de alimentación a 30V aproximadamente. Un
resistor 266 de realimentación está acoplado entre el terminal no
inversor 240 y el terminal 268 de salida de convertidor que está
acoplado al convertidor 122 de CC-CC. El resistor
266 de realimentación tiene un valor de resistencia de 100k\Omega
aproximadamente.
Los resistores 160, 166, 170, 178, 180, 186,
192, 194, 226, 232, 244, 250, 258, 266 y 278 tienen una potencia
nominal de 0,25W aproximadamente. Los resistores 204 y 210 tienen
una potencia nominal de 0,74W aproximadamente. Todos los valores de
resistores y condensadores y potencias nominales antes expresados
pueden ser variados, dependiendo de la aplicación, como es conocido
en la técnica.
Refiriéndose ahora a la Figura 6, se muestra un
organigrama lógico que ilustra un método para aislar el circuito
114 de ignición respecto al primer circuito 84 de activación de
acuerdo con una realización de la presente invención.
En el paso 300, el circuito 90 de transición
recibe energía desde la primera fuente 92. En el paso 302, el
dispositivo 104 de separación separa y el circuito intermedio 150
recibe una señal de activación desde el segundo circuito 88 de
activación por vía del terminal 106 de entrada.
En el paso 304, el circuito 90 de transición
habilita el circuito 114 de ignición en respuesta a la señal de
activación. En el paso 304A, el primer optoacoplador 158 invierte la
señal de activación. Por ejemplo, cuando la señal de activación
está en un estado alto, la salida del optoacoplador 158 en el primer
terminal 172 de salida está en un estado bajo. En el paso 304B, el
circuito inversor 152 invierte la señal de activación y funciona
como una transición desde la tensión de la segunda fuente 103 a la
tensión de la primera fuente 93 para generar una señal invertida
aumentada. Por ejemplo, el circuito inversor 152 puede ser una
transición desde 5V a 28V, respectivamente. En el paso 340C, el
excitador 154 de interruptor de salida invierte la señal invertida
aumentada para genera una señal de polarización de interruptor de
salida. En el paso 340D, el interruptor 156 de salida habilita el
circuito 114 de ignición en respuesta a la señal de polarización de
interruptor de salida. El terminal 138 de salida recibe y
suministra energía desde la primera fuente 92 al convertidor 122 de
CC-CC y al primer interruptor 125.
En el paso 306, el circuito 112 de corte
habilita el convertidor 122 de CC-CC cuando el
potencial de salida de tensión de la primera fuente 92 está por
encima de un nivel predeterminado. Cuando el nivel de tensión en el
terminal 240 es mayor o igual que el nivel de tensión en el terminal
242, el comparador 238 habilita el convertidor 122 de
CC-CC. El convertidor 122 de CC-CC
convierte la tensión recibida desde la primera fuente 92 en un
nivel apropiado de tensión para alimentar el controlador 124 de
ignición, el inversor 128 y el optoaislador (aislador óptico)
130.
En el paso 308, el circuito 112 de corte
inhabilita el convertidor 122 de CC-CC cuando el
nivel de tensión de la primera fuente 92 es menor que el nivel
predeterminado de tensión, impidiendo así que el controlador 124 de
ignición reciba energía para habilitar los dispositivos
electroexplosivos 116. Por ejemplo, cuando la salida de potencial
de tensión de la primera fuente disminuye desde 28V a un nivel menor
que 20V aproximadamente, el convertidor 122 de
CC-CC es inhabilitado.
En el paso 310, el controlador 124 de ignición
recibe una señal de preignición desde el procesador 78 de
teledirección o guía en la iniciación de la cuarta etapa a través
del optoaislador 130 y genera una señal de ignición. En respuesta a
la señal de ignición, el primer interruptor 125 y el segundo
interruptor 126 conmutan a un estado "CONECTADO" ("ON")
para encender el dispositivo electroexplosivo 116.
Los pasos antes descritos pretenden ser un
ejemplo ilustrativo, los pasos pueden ser realizados
secuencialmente, sincrónicamente, continuamente o en un orden
diferente dependiendo de la aplicación.
La presente invención proporciona un circuito de
control de interrupción aislante que satisface o supera las
exigencias actuales de seguridad para vehículos no tripulados más
pequeños. La presente invención es de tamaño relativamente pequeño
y de peso reducido comparada con los circuitos de interrupción
tradicionales y acaba con las situaciones de descarga de fuente de
alimentación.
Para un experto en la técnica, el aparato y
método antes descrito es capaz de ser adaptado para diversas
aplicaciones y sistemas conocidos en la técnica. La invención antes
descrita también puede ser variada sin desviarse del alcance
verdadero de la invención como es definido por las
reivindicaciones.
Claims (20)
1. Un circuito (52) de control de interrupción
aislante de ignición que comprende:
- un primer circuito (84) de activación
- un segundo circuito (88) de activación,
- un circuito (114) de ignición
- un circuito (90) de transición principal que aísla dicho primer circuito (84) de activación de dicho circuito (114) de ignición, comprendiendo dicho circuito (90) de transición principal:
- al menos un terminal (93) de fuente acoplado eléctricamente a, y que recibe, una alimentación de primera fuente desde dicho primer circuito (84) de activación;
- un terminal (106) de entrada acoplado eléctricamente a dicho segundo circuito (88) de activación y que recibe una señal de activación; y
- un terminal de salida acoplado eléctricamente a dicho circuito (114) de ignición y que suministra dicha alimentación de primera fuente a dicho circuito (114) de ignición en respuesta a dicha señal de activación; y
- un circuito (112) de corte de monitor de fuente de alimentación que comprende un comparador (238) acoplado eléctricamente a dicho primer circuito (84) de activación y a dicho circuito (114) de ignición y que inhabilita dicho circuito (114) de ignición cuando un nivel de tensión de fuente es menor que un nivel predeterminado de tensión.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un circuito según la reivindicación 1, en el
que dicho circuito de control de interrupción aislante de ignición
está formado al menos parcialmente por dispositivos electrónicos de
estado sólido.
3. Un circuito según la reivindicación 1 o 2, en
el que dicho circuito (90) de transición principal comprende al
menos un interruptor que habilita dicho circuito (114) de ignición
en respuesta a dicha señal de activación.
4. Un circuito según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicho circuito (90) de
transición principal comprende:
- un circuito intermedio (150) que aísla una tierra (132) de circuito de teledirección o guía de una tierra de circuito de transición principal y que invierte dicha señal de activación;
- un circuito inversor (152) acoplado eléctricamente a dicho circuito intermedio (150) y que genera una señal invertida aumentada en respuesta a dicha señal de activación invertida;
- un excitador (154) de interruptor de salida acoplado eléctricamente a dicho circuito inversor (152) y que genera una señal de polarización de interruptor de salida en respuesta a dicha señal invertida aumentada; y
- un interruptor (156) de salida acoplado eléctricamente a dicho excitador de interruptor de salida y que habilita dicho circuito (114) de ignición en respuesta a dicha señal de polarización de interruptor de salida.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Un circuito según la reivindicación 4, en el
que dicho circuito intermedio (150) comprende un separador
(270).
6. Un circuito según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, comprendiendo además un circuito (220)
de estatus que genera una señal de estatus.
7. Un circuito según la reivindicación 6, en el
que dicho circuito (220) de estatus está contenido dentro de dicho
circuito (90) de transición principal.
8. Un circuito según la reivindicación 6, en el
que dicho circuito (220) de estatus aísla una tierra de circuito de
transición principal de una tierra (132) de circuito de
teledirección o guía.
9. Un circuito según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicho primer circuito (84)
de activación comprende un dispositivo (94) de detección de
aceleración que habilita una fuente (92) de alimentación cuando se
supera un valor predeterminado de aceleración.
\newpage
10. Un circuito según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicho segundo circuito (88)
de activación comprende:
- un dispositivo (104) de separación acoplado eléctricamente a dicho terminal (106) de entrada y a un terminal (108) de tierra; y
- una segunda fuente (103) de alimentación acoplada eléctricamente a dicho terminal (106) de entrada y a dicho dispositivo (104) de separación;
- con dicho segundo circuito (88) de activación habilitando dicho circuito (90) de transición principal con energía procedente de dicha segunda fuente de alimentación cuando dicho dispositivo de separación separa.
\vskip1.000000\baselineskip
11. Un vehículo que tiene un circuito de control
de interrupción aislante de ignición como es definido en la
reivindicación 1.
12. Un vehículo según la reivindicación 11, en
el que dicho circuito de control de interrupción aislante de
ignición está formado al menos parcialmente por dispositivos
electrónicos de estado sólido.
13. Un vehículo según la reivindicación 11 o 12,
en el que dicho circuito de control de interrupción aislante
comprende además un circuito de comunicación que transmite una señal
de estatus.
14. Un vehículo según cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 13, en el que dicho primer circuito (84) de
activación comprende un dispositivo (94) de detección de aceleración
que habilita una fuente (92) de alimentación cuando se supera un
valor predeterminado de aceleración.
15. Un vehículo según cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 14, en el que dicho segundo circuito de
activación comprende:
- un dispositivo (104) de separación acoplado eléctricamente a dicho terminal (106) de entrada y a un terminal (108) de tierra; y
- una segunda fuente (103) de alimentación acoplada eléctricamente a dicho terminal (106) de entrada y a dicho dispositivo (104) de separación;
- con dicho segundo circuito (88) de activación habilitando dicho circuito (90) de transición principal con energía procedente de dicha segunda fuente de alimentación cuando dicho dispositivo de separación separa.
\vskip1.000000\baselineskip
16. Un vehículo según cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 15, en el que dicho circuito (114) de ignición
comprende:
- un convertidor (122) de corriente continua a corriente continua (CC-CC) acoplado eléctricamente a dicho circuito (90) de transición principal y a dicho circuito (112) de corte de monitor;
- un controlador (124) de ignición acoplado eléctricamente a un procesador (78) de teledirección o guía y a dicho convertidor (112) de corriente continua a corriente continua (CC-CC) y que genera una señal de ignición en respuesta a una señal de preignición; y
- al menos un dispositivo interruptor (125) acoplado eléctricamente a dicho circuito (90) de transición principal y a dicho controlador (124) de ignición y que habilita al menos un dispositivo electroexplosivo en respuesta a dicha señal de ignición.
\vskip1.000000\baselineskip
17. Un vehículo según cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 16, en el que dicho circuito (90) de
transición principal comprende al menos un interruptor que habilita
dicho circuito (114) de ignición en respuesta a dicha señal de
activación.
18. Un vehículo según cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 17, en el que dicho circuito (90) de
transición principal comprende al menos un interruptor:
- un circuito intermedio (150) que aísla una tierra (132) de circuito de teledirección o guía de una tierra de circuito de transición principal y que invierte dicha señal de activación;
- un circuito inversor (152) acoplado eléctricamente a dicho circuito intermedio (150) y que genera una señal invertida aumentada en respuesta a dicha señal de activación invertida;
\newpage
- un excitador (154) de interruptor de salida acoplado eléctricamente a dicho circuito inversor (152) y que genera una señal de polarización de interruptor de salida en respuesta a dicha señal invertida aumentada; y
- un interruptor (156) de salida acoplado eléctricamente a dicho excitador de interruptor de salida y que habilita dicho circuito (114) de ignición en respuesta a dicha señal de polarización de interruptor de salida.
\vskip1.000000\baselineskip
19. Un método para aislar un circuito (114) de
ignición de un primer circuito (84) de activación,
comprendiendo:
- recibir una alimentación de fuente desde el primer circuito (84) de activación;
- recibir una señal de activación desde un segundo circuito (88) de activación;
- suministrar dicha alimentación de fuente al circuito (114) de ignición en respuesta a dicha señal de activación; y
- inhabilitar dicho circuito (114) de ignición cuando un nivel de tensión de fuente es menor que un nivel predeterminado de tensión.
\vskip1.000000\baselineskip
20. Un método según la reivindicación 19,
comprendiendo además:
- aislar una tierra (132) de circuito de teledirección o guía de una tierra de circuito de transición principal e invertir dicha señal de activación;
- generar una señal invertida aumentada en respuesta a dicha señal de activación invertida;
- generar una señal de polarización de interruptor de salida en respuesta a dicha señal invertida aumentada; y
- habilitar el circuito (114) de ignición en respuesta a dicha tensión de polarización de interruptor de salida.
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