Многофункциональный защитный модуль играет важную роль в обеспечении безопасности в ракетном энергетическом модуле. Различные функции защиты имеют свои собственные принципы работы и взаимодействуют друг с другом для обеспечения стабильной работы ракетной энергетической системы. Ниже приводится подробное введение:

1. Принцип работы защиты от перенапряжения:

• Обнаружение напряжения:

Многофункциональные модули защиты обычно используют датчики напряжения (такие как сеть резисторов делителя напряжения, трансформатор напряжения и т. д.) для контроля входного или выходного напряжения ракетного силового модуля в режиме реального времени. Эти датчики преобразуют высокое напряжение в сигналы низкого напряжения, пригодные для обработки внутренней схемой модуля защиты. Например, входное высокое напряжение пропорционально уменьшается сетью резисторов делителя напряжения, а затем сигнал пониженного напряжения передается в последующую схему обработки сигнала.

• Сравнительное суждение:

Схема обработки сигнала сравнивает обнаруженный сигнал напряжения с заданным порогом перенапряжения. Этот порог определяется в соответствии с безопасным рабочим диапазоном напряжения бортового оборудования ракеты и параметрами производительности силового модуля. Компаратор определит, превышает ли обнаруженное напряжение порог, и если да, то выдаст сигнал запуска.

• Действие защиты:

При получении сигнала запуска схема выполнения защиты выполнит соответствующие действия. Обычные режимы действия включают управление трубкой коммутатора (такой как MOSFET, IGBT и т. д.) для отключения входа или выхода питания или снижение выходного напряжения путем регулировки схемы. Например, напряжение затвора MOSFET контролируется для отключения, тем самым отключая выходную мощность, чтобы предотвратить повреждение оборудования ракеты избыточным напряжением.

2. Принцип работы защиты от сверхтоков:

• Текущее обнаружение:

Используйте датчики тока (например, датчики тока Холла, выборочные резисторы и т. д.) для измерения выходного тока силового модуля. Выборочный резистор преобразует ток в сигнал напряжения, а датчик тока Холла получает информацию о токе, обнаруживая изменения в магнитном поле. Эти токовые сигналы передаются в часть обработки сигнала защитного модуля.

• Обработка сигналов и суждение:

Схема обработки сигнала усиливает и фильтрует токовый сигнал, а затем сравнивает его с установленным порогом перегрузки по току. Установка порога перегрузки по току учитывает номинальный ток силового модуля и нормальный рабочий диапазон тока бортового оборудования ракеты. Если обнаруженный ток превышает порог, компаратор выдает сигнал запуска.

• Исполнение защиты:

Схема выполнения защиты принимает меры в соответствии с сигналом триггера. Это может быть отключение выходной мощности путем управления трубкой переключателя или принятие мер по ограничению тока, таких как регулировка рабочего цикла импульсного источника питания, чтобы выходной ток был уменьшен до безопасного диапазона. Например, в некоторых импульсных источниках питания при обнаружении перегрузки по току время включения трубки переключателя регулируется путем управления чипом для уменьшения выходного тока.

3. Принцип работы защиты от короткого замыкания:

• Обнаружение короткого замыкания:

Определите, произошло ли короткое замыкание, обнаружив изменения напряжения и тока на выходном конце источника питания. Когда выходной конец закорочен, ток резко увеличивается, а напряжение быстро падает. Модуль защиты использует быстродействующие схемы обнаружения тока и напряжения для фиксации этих изменений. Например, высокоскоростной компаратор и схема выборки используются для контроля скорости изменения выходного напряжения и тока в реальном времени.

• Суждение и инициирование:

Как только обнаруживается, что ток внезапно увеличивается, а напряжение быстро падает до определенной степени, считается, что произошло короткое замыкание, и немедленно срабатывает схема защиты. Скорость срабатывания защиты от короткого замыкания очень высока, обычно в микросекундах, чтобы избежать серьезного повреждения источника питания и оборудования, вызванного током короткого замыкания.

• Действие защиты:

Схема выполнения защиты быстро отключает выходную мощность, обычно управляя высокоскоростной трубкой переключателя для мгновенного отключения, чтобы предотвратить непрерывный поток тока короткого замыкания. В то же время некоторые модули защиты также отправляют сигналы индикации неисправности короткого замыкания, чтобы проблема могла быть быстро обнаружена при последующем обслуживании.

4. Принцип работы защиты от перегрева:

• Определение температуры:

Используйте датчики температуры (такие как термисторы, термопары и т. д.) для контроля температуры силового модуля. Сопротивление термисторов изменяется с температурой, а термопары генерируют термоэлектрический потенциал, связанный с температурой. Эти температурные сигналы передаются в схему обработки сигналов защитного модуля.

• Обработка и сравнение сигналов:

Схема обработки сигнала усиливает, преобразует и обрабатывает сигнал температуры, а затем сравнивает его с установленным порогом превышения температуры. Порог превышения температуры определяется на основе теплоотводящей способности силового модуля и допустимой температуры компонентов. Когда обнаруженная температура превышает порог, компаратор выдает сигнал запуска.

• Действие защиты:

Схема выполнения защиты принимает меры на основе сигнала триггера. Это может быть снижение выходной мощности силового модуля, например, путем регулировки рабочей частоты или рабочего цикла импульсного источника питания для уменьшения нагрева модуля; или прямое отключение выходной мощности для предотвращения дальнейшего повышения температуры и необратимого повреждения модуля. В то же время некоторые модули защиты автоматически восстанавливают подачу питания после того, как температура опустится до безопасного диапазона.

5. Принцип работы защиты от пониженного напряжения:

• Мониторинг напряжения:

Аналогично защите от перенапряжения, входное напряжение силового модуля контролируется в режиме реального времени с помощью датчика напряжения. Обнаруженный сигнал напряжения передается в схему обработки сигнала для обработки.

• Сравнительное суждение:

Схема обработки сигнала сравнивает обнаруженный сигнал напряжения с установленным порогом пониженного напряжения. Порог пониженного напряжения определяется на основе минимального напряжения, при котором бортовое оборудование ракеты может нормально работать. Если обнаруженное напряжение ниже порога, компаратор выдает сигнал запуска.

• Действие защиты:

После получения сигнала запуска схема исполнения защиты отключает выходную мощность, чтобы предотвратить ненормальную работу бортового оборудования ракеты из-за слишком низкого входного напряжения, например, логические ошибки микросхемы, отказ запуска оборудования и т. д. После того, как входное напряжение вернется в нормальный диапазон, модуль защиты может автоматически или вручную восстановить подачу питания в соответствии с заданными условиями.

6. Принцип работы защиты от обратного подключения:

• Определение полярности:

Полярность входного питания определяется схемой, состоящей из таких компонентов, как диоды и МОП-транзисторы. Например, используя однонаправленную проводимость диода, когда полярность питания правильная, диод включается, и входное питание нормальное; когда полярность питания обратная, диод отключается, чтобы предотвратить протекание тока в обратном направлении.

• Исполнение защиты:

Если обнаружено, что полярность питания изменена, защитная схема примет меры для предотвращения повреждения силового модуля и других устройств обратным током. Помимо использования однонаправленных характеристик проводимости диода, вход питания также может быть отключен путем управления напряжением затвора МОП-транзистора для обеспечения безопасности схемы. В некоторых конструкциях, когда полярность питания восстанавливается до правильного состояния, защитный модуль может автоматически возобновить нормальную работу.