一种无人机发动机应急启动电路发明专利

专利名称：一种无人机发动机应急启动电路

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110199621.7

专利申请（专利权）人：昆明桑达科技有限公司
权利人地址：云南省昆明市中国(云南)自由贸易试验区昆明片区经开区经开路3号昆明科技创新园

专利发明（设计）人：王仁臻,宋正起,王燕,冯泽琴,王仁祥,高雪桃,李娅男

专利摘要：本发明涉及一种无人机发动机应急启动电路，本发明通过在无人机飞控计算机和无人机发动机之间设置应急启动电路；无人机飞控计算机根据无人机发动机的运行状态和应急启动电路的运行状态输出充放电逻辑信号；当无人机飞控计算机输出低电平信号，无人机发动机应急启动电路进入电能充电储能状态；当无人机飞控计算机输出高电平信号，无人机发动机应急启动电路进入放电点火状态。本发明能有效降低无人机发动机空中停车导致的损失，显著提高无人机飞行过程中的可靠性和安全性。

主权利要求：
1.一种无人机发动机应急启动电路，其特征在于，包括主控制单元、启动信号检测单元、隔离驱动单元A、隔离驱动单元B、隔离驱动单元C、充电继电单元、高端功率放大单元、低端功率放大单元、电容单元、充电单元、存储能量检测单元、散热单元；所述主控制单元内部控制芯片采用数字信号处理器TMS320F28035，启动信号检测单元内部包括分压电阻R1和R2、滤波电路R3和C1、以及缓冲驱动芯片TXB0106；为隔离驱动单元A、隔离驱动单元B和隔离驱动单元C提供电源的电源芯片采用LM2574‑ADJ，隔离驱动单元A的光耦1、隔离驱动单元B的光耦2和隔离驱动单元C的光耦3采用光耦隔离芯片EL8170750，充电继电单元内部功率场效应管芯片采用FDD5670，高端功率放大单元和低端功率放大单元内部功率场效应管芯片采用IRF2204，电容单元采用电容SD333F16V，充电单元采用SD433‑2，存储能量检测单元包括分压电阻R4和R5、RC滤波电路R6和C2、信号调理电路，信号调理电路采用运算放大器OP07，采用电源芯片LM2574‑12为运算放大器OP07提供电源，散热单元包括散热器和风扇，主控制单元内部控制芯片TMS320F28035识别0V～3.3V的弱电平信号电压幅值不大于1.1V时，主控制单元首先控制隔离驱动单元B的光耦2和隔离驱动单元C的光耦3处于非导通状态，然后控制隔离驱动单元A的光耦1处于导通驱动状态，隔离驱动单元A的光耦1输出的预驱动信号1，使充电继电单元功率场效应管FDD5670处于饱和状态，即充电继电单元功率场效应管FDD5670的漏端和源端导通，充电单元的输入端正极IN+与无人机电源+28V连接，充电单元的输入端负极IN‑与充电继电单元功率场效应管FDD5670的漏端连接，充电继电单元功率场效应管FDD5670的源端与无人机电源的地连接；充电继电单元功率场效应管FDD5670的漏端和源端导通时，充电单元输入+28V电压，充电单元输出正OUT+连接电容单元的电容正极，充电单元输出负OUT‑连接电容单元的电容负极，当电容单元电容正极和负极间电压值达到15V电压时，充电单元进入休眠和低功耗状态。
2.如权利要求1所述的无人机发动机应急启动电路，主控制单元内部控制芯片TMS320F28035识别0V～3.3V的弱电平信号电压幅值大于2.1V时，主控制单元首先控制隔离驱动单元A的光耦1处于非导通状态，然后主控制单元控制隔离驱动单元B的光耦2处于导通驱动状态，隔离驱动单元B的光耦2输出的预驱动信号2使低端功率放大单元功率场效应管处于饱和状态，即低端功率放大单元功率场效应管的漏端和源端导通，随后主控制单元控制隔离驱动单元C的光耦3处于导通驱动状态，隔离驱动单元C的光耦3输出的预驱动信号3，使高端功率放大单元功率场效应管处于饱和状态，即高端功率放大单元功率场效应管的漏端和源端导通；电容单元的电容正极与高端功率放大单元功率场效应管的漏端相连接，电容单元的电容负极与低端功率放大单元功率场效应管的源端相连接，发动机正极与高端功率放大单元功率场效应管的源端相连接，发动机负极与低端功率放大单元功率场效应管的漏端相连接；电容单元的能量经发动机正极和发动机负极为发动机提供点火能量。 说明书 : 一种无人机发动机应急启动电路技术领域[0001] 本发明涉及一种无人机发动机应急启动电路，属于航空航天发动机技术领域。背景技术[0002] 无人机在作战、地质灾害救援、人工天气干预等紧急任务执行中，由于所处的空域环境条件非常恶劣，当无人机发动机空中熄火后不能重新启动时，无人机平台功能将丧失，其搭载的武器系统、侦察救援系统、气象监测和干预系统等也同时丧失功能，会带来两方面严重后果：首先，无人机发动机熄火，会引起飞机及其任务载荷坠毁、地面建筑损坏和人身伤害；其次，在上述紧急任务中，无人机发动机熄火会导致任务不能完成的附加后果。[0003] 目前国内相关领域的专家已经开始重视固定翼飞机、直升飞机、无人机和装甲车的发动机应急启动技术。在体积空间受限的情况下，实现大功率、长持续时间、多次发动机点火启动是发动机应急启动电路的研究方向，因此，还需要对应急启动电路进行更为深入的研究和工程应用实践。发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种无人机发动机应急启动电路，当无人机发动机空中熄火后，能重新启动无人机发动机，避免飞机坠毁带来的严重后果。[0005] 当无人机发动机空中熄火时，无人机飞控计算机向无人机应急启动电路发出点火指令，为发动机启动提供能量；发动机启动后，无人机飞控计算机向无人机应急启动电路发出充电指令，应急启动电路进入充电状态。[0006] 本发明的技术方案是：一种无人机发动机应急启动电路。本发明所述应急启动电路主要功能模块包括主控制单元、启动信号检测单元、隔离驱动单元A、隔离驱动单元B、隔离驱动单元C、充电继电单元、高端功率放大单元、低端功率放大单元、电容单元、充电单元、存储能量检测单元、散热单元共12个部分组成。[0007] 启动信号检测单元接收无人机飞控计算机输出的0V 32V电压范围电平控制信号，~启动信号检测单元完成电压信号调理和缓冲驱动，为主控制单元提供电压范围为0V 3.3V~的弱电平信号。[0008] 主控制单元识别弱电平信号为低时，主控制单元首先控制隔离驱动单元B和隔离驱动单元C处于非驱动状态，然后控制隔离驱动单元A处于驱动状态，隔离驱动单元A输出的预驱动信号1，使充电继电单元处于饱和状态，即充电继电单元的漏端和源端导通，充电单元的输入端正极IN+与无人机电源+28V连接，充电单元的输入端负极IN‑与充电继电单元的漏端连接，充电继电单元的源端与无人机电源地连接；充电单元输出端连接电容单元，当电容单元电容正极和负极间电压值达到15V电压时，充电单元进入休眠和低功耗状态。[0009] 主控制单元识别弱电平信号为高时，主控制单元首先控制隔离驱动单元A处于非驱动状态，然后主控制单元控制隔离驱动单元B处于驱动状态，隔离驱动单元B输出的预驱动信号2使低端功率放大单元处于饱和状态，低端功率放大单元的漏端和源端导通；随后主控制单元控制隔离驱动单元C处于驱动状态，隔离驱动单元C输出的预驱动信号3使高端功率放大单元处于饱和状态，高端功率放大单元的漏端和源端导通；电容单元电容正极与高端功率放大单元的漏端相连接，电容单元的电容负极与低端功率放大单元的源端相连接，无人机发动机正极与高端功率放大单元的源端相连接，无人机发动机负极与低端功率放大单元的漏端相连接；电容单元的能量经发动机正极和发动机负极为发动机提供点火能量。[0010] 存储能量检测单元实时采集电容两端电压，进行信号调理后为无人机飞控计算机提供0V 10V范围状态电压信号，无人机飞控计算机可以根据状态电压信号和发动机状态信~号决策是否引导无人机发动机应急启动电路进入充电或点火。[0011] 无人机发动机应急启动电路主控制单元、启动信号检测单元、隔离驱动单元A、隔离驱动单元B、隔离驱动单元C、充电继电单元、高端功率放大单元、低端功率放大单元、电容单元、充电单元和存储能量检测单元均需要进行散热，散热单元采用散热片和风扇为上述11个单元提供热量传输的途径，最终将热量传输到无人机外壳上。附图说明[0012] 图1为本发明无人机发动机应急启动电路组成框图。[0013] 图2为本发明无人机发动机应急启动电路充电流程图。[0014] 图3为本发明无人机发动机应急启动电路点火流程图。具体实施方式[0015] 无人机在作战、地质灾害救援、人工天气干预等紧急任务执行中，由于所处的空域环境条件非常恶劣，当无人机发动机空中熄火后，无人机发动机应急启动电路可以对无人机发动机进行点火启动，避免无人机平台功能丧失，同时挽救搭载的武器系统、侦察救援系统、气象监测和干预系统等。[0016] 本发明的目的是提供一种无人机发动机应急启动电路，当无人机发动机空中熄火后，能重新启动无人机发动机，避免飞机及其任务载荷坠毁带来严重后果。[0017] 本发明所述应急启动电路主要功能模块包括主控制单元、启动信号检测单元、隔离驱动单元A、隔离驱动单元B、隔离驱动单元C、充电继电单元、高端功率放大单元、低端功率放大单元、电容单元、充电单元、存储能量检测单元、散热单元共12个部分组成。所述主控制单元内部控制芯片采用数字信号处理器TMS320F28035，启动信号检测单元内部包括分压电阻R1和R2、滤波电路R3和C1、以及缓冲驱动芯片TXB0106；为隔离驱动单元A、隔离驱动单元B和隔离驱动单元C提供电源的电源芯片采用LM2574‑ADJ，隔离驱动单元A的光耦1、隔离驱动单元B的光耦2和隔离驱动单元C的光耦3采用光耦隔离芯片EL8170750，充电继电单元内部功率场效应管芯片采用FDD5670，高端功率放大单元和低端功率放大单元内部功率场效应管芯片采用IRF2204，电容单元采用电容SD333F16V，充电单元采用SD433‑2，存储能量检测单元包括分压电阻R4和R5、RC滤波电路R6和C2、信号调理电路，信号调理电路采用运算放大器OP07,采用电源芯片LM2574‑12为运算放大器OP07提供电源，散热单元包括散热器和风扇。[0018] 当无人机发动机空中熄火时，无人机飞控计算机向无人机应急启动电路发出电压范围为21V～32V、持续时间为3秒的高电平脉冲信号，无人机应急启动电路识别到该高电平脉冲信号后进入点火状态，为发动机启动提供3KW、持续时间为3秒的能量；发动机启动后，无人机飞控计算机保持向无人机应急启动电路发出电压范围低于12V的低电平信号，发动机应急启动电路识别该低电平信号后，结束向发动机输出点火能量，随后发动机应急启动电路进入充电状态，当发动机应急启动电路电容单元电容正极和负极间电压达到15V后，发动机应急启动电路进入休眠和低功耗状态。[0019] 启动信号检测单元接收无人机飞控计算机输出的0V 32V电压范围电平控制信号，~启动信号检测单元通过分压电阻R1和R2将0V 32V电压范围电平控制信号变换为0V 5V电压~ ~范围电平控制信号，同时经过R3和C1形成的RC滤波电路完成电平信号的信号调理，RC滤波电路输出电压信号经缓冲驱动芯片TXB0106，为主控制单元内部控制芯片TMS320F28035提供电压范围为0V 3.3V的弱电平信号。~[0020] 主控制单元内部控制芯片TMS320F28035识别0V 3.3V的弱电平信号电压幅值不大~于1.1V时，主控制单元首先控制隔离驱动单元B的光耦2和隔离驱动单元C的光耦3处于非导通状态，然后控制隔离驱动单元A的光耦1处于导通驱动状态，隔离驱动单元A的光耦1输出的预驱动信号1，使充电继电单元功率场效应管FDD5670处于饱和状态，即充电继电单元功率场效应管FDD5670的漏端和源端导通，充电单元的输入端正极IN+与无人机电源+28V连接，充电单元的输入端负极IN‑与充电继电单元功率场效应管FDD5670的漏端连接，充电继电单元功率场效应管FDD5670的源端与无人机电源的地连接；充电继电单元功率场效应管FDD5670的漏端和源端导通时，充电单元输入+28V电压，充电单元输出正OUT+连接电容单元的电容正极，充电单元输出负OUT‑连接电容单元的电容负极，当电容单元电容正极和负极间电压值达到15V电压时，充电单元进入休眠和低功耗状态。[0021] 主控制单元内部控制芯片TMS320F28035识别0V 3.3V的弱电平信号电压幅值大于~2.1V时，主控制单元首先控制隔离驱动单元A的光耦1处于非导通状态，然后主控制单元控制隔离驱动单元B的光耦2处于导通驱动状态，隔离驱动单元B的光耦2输出的预驱动信号2使低端功率放大单元功率场效应管处于饱和状态，即低端功率放大单元功率场效应管的漏端和源端导通，随后主控制单元控制隔离驱动单元C的光耦3处于导通驱动状态，隔离驱动单元C的光耦3输出的预驱动信号3，使高端功率放大单元功率场效应管处于饱和状态，即高端功率放大单元功率场效应管的漏端和源端导通；电容单元的电容正极与高端功率放大单元功率场效应管的漏端相连接，电容单元的电容负极与低端功率放大单元功率场效应管的源端相连接，发动机正极与高端功率放大单元功率场效应管的源端相连接，发动机负极与低端功率放大单元功率场效应管的漏端相连接；电容单元的能量经发动机正极和发动机负极为发动机提供点火能量。[0022] 电容单元电容正极和负极间电压范围为0V 15V，存储能量检测单元实时采集电容~单元电容正极和负极间电压值，经分压电阻R4和R5变换为0V 10V电压范围，同时经过R6和~C2形成的RC滤波电路进行滤波，滤波输出的电压信号经运算放大器OP07进行阻抗匹配后为无人机飞控计算机提供0V 10V范围状态电压信号，其中采用电源芯片LM2574‑12为运算放~大器OP07提供供电电源，无人机飞控计算机可以根据0V 10V范围状态电压信号和发动机状~态信号决策是否可以引导发动机应急启动电路进入充电或点火状态。[0023] 无人机发动机应急启动电路需要为发动机提供3KW、持续时间为3秒的能量，无人机发动机应急启动电路对功率密度要求高，无人机发动机应急启动电路主控制单元、启动信号检测单元、隔离驱动单元A、隔离驱动单元B、隔离驱动单元C、充电继电单元、高端功率放大单元、低端功率放大单元、电容单元、充电单元和存储能量检测单元均需要不同程度的散热考虑，散热单元采用散热片和风扇为上述11个单元提供热量传输的途径，最终将热量传输到无人机外壳上。

专利地区：云南

专利申请日期：2021-02-23

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114962007B