多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构及作业方法技术

本发明专利技术公开了一种多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构及作业方法。BOOST拓扑结构包括至少一组BOOST拓扑网络，BOOST拓扑网络包括半导体开关及多级加速电路，每一级所述加速电路均包括储能单元、加速线圈、选级开关、续流二极管、能量回收二极管和充电二极管，导通半导体开关和选级开关，加速线圈执行励磁流程，之后储能单元能量耗尽，续流二极管自动导通，加速线圈执行续流流程，之后关断半导体开关，加速线圈的磁场能转换为电能为下一级储能单元充电，以此对每一级加速电路进行循环。本发明专利技术能实现对电磁炮高集成、高效率的设计，以较少的半导体器件，实现了多级电磁炮的轻量化。实现了多级电磁炮的轻量化。实现了多级电磁炮的轻量化。

【技术实现步骤摘要】
多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构及作业方法


[0001]本专利技术涉及电磁发射器领域，尤其是一种多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构，以及相应拓扑结构的作业方法。

技术介绍

[0002]电磁炮有两种主要形式，分别为线圈式电磁炮(下文简称线圈炮)和电磁轨道炮，而线圈炮又可细分有刷线圈炮、感应型线圈炮、磁阻线圈炮等[1]。线圈炮的线圈为电能
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电磁能
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动能的重要转换装置，给线圈通入脉冲电流产生脉冲磁场，与载体(弹丸)之间产生电磁力，以达到加速的效果。
[0003]每一种类型的线圈炮(乃至轨道炮)，都是从普通的直线电动机拓扑而来，每种线圈炮都有其相对应的直线电动机[1]。其加速结构相当于对应电机的定子，而其加速的弹丸就相当于对应动子。
[0004]由于近年来，半导体技术的迅速发展，如SCR、IGBT、MOS等的专利技术和发展，也促进了线圈炮的发展，但单纯利用SCR当作开关器件制作的线圈炮，性能并不佳[2]。一来是电路拓扑结构本身的问题，电能
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动能转换效率(下文简称效率)的上限并不高；二是受限于各器件的性能的限制，如弹丸的材料、绕制线圈的材料、电容器的储能密度、半导体开关的功率容量等。后者在短时间内难以再有飞跃性的突破，唯有对前者再进行合理地改造，才能显著提升性能，如射速(单位时间内发射的弹量)、效率、弹丸动能与设备质量之比(下文简称动质比)等。
[0005]对此，本专利技术以传统BOOST变换器技术为基础[3]，提出一种适用于线圈炮的电路拓扑结构。
[0006][1]王莹,肖峰.电炮原理.国防工业出版社,1995,1.4节,3.1.1节。
[0007][2]费付聪,李渊成,唐勇,陆媛媛,倪广源,黄晓琴.基于传感器控制的多级磁阻式电磁炮制作与研究[J].物理与工程,2013,23(01):25
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28+35。
[0008][3]吴志东.一种新型的高升压Boost变换器研究[J].电子测量技术,2017,40(03):59
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62.DOI:10.19651/j.cnki.emt.2017.03.013。

技术实现思路

[0009]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构，以通过对电路拓扑结构的设计，以较低的成本，提升多级线圈式电磁炮的效率、集成度，推进电磁炮的小型化、便携式设计。
[0010]本专利技术采用的技术方案如下：
[0011]一种多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构，其包括至少一组BOOST拓扑网络，其中，
[0012]至少一组所述BOOST拓扑网络包括半导体开关，以及多级加速电路，所述半导体开关为全控开关；
[0013]每一级所述加速电路均包括储能单元、加速线圈、选级开关、续流二极管以及能量
回收二极管，所述选级开关为半控开关；所述储能单元、加速线圈以及选级开关串联后，连接到所述半导体开关；所述续流二极管与所述储能单元并联；非末级加速电路的能量回收二极管，由当前级加速线圈连接到下一级储能单元，末级加速电路的能量回收二极管，对末级加速线圈进行短路，或者将末级加速线圈连接到压敏电阻。
[0014]优选的，所述BOOST拓扑网络为两组以上，各组BOOST拓扑网络的加速线圈交错排布。
[0015]优选的，各组BOOST拓扑网络的加速线圈交错排布，包括：
[0016]将各组BOOST拓扑网络的第一级加速线圈顺序排布后，再以此顺序，顺序排布各组BOOST拓扑网络的每一级加速线圈。
[0017]优选的，每一级所述加速电路均还包括：充电电路，所述充电电路连接所述储能单元。
[0018]优选的，所述充电电路包括充电二极管。
[0019]针对单组BOOST拓扑网络的设计，本专利技术还提供了多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构的作业方法，该方法包括：
[0020]以各级加速线圈的排列顺序，循环执行：
[0021]导通所述半导体开关；
[0022]导通当前级加速线圈所在加速电路的选级开关；
[0023]经特定时间后，关断所述半导体开关。
[0024]优选的，方法还包括：
[0025]在所有加速线圈循环作业完一轮后，对各级加速电路的储能单元进行充电。
[0026]针对多组BOOST拓扑网络的设计，本专利技术还提供了多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构的作业方法，该方法包括：控制各组BOOST拓扑网络交替作业。
[0027]优选的，所述控制各组BOOST拓扑网络交替作业，包括：
[0028]以各级加速线圈的排列顺序，循环执行：
[0029]导通当前级加速线圈所在BOOST拓扑网络的半导体开关；
[0030]导通当前级加速线圈所在加速电路的选级开关；
[0031]经过特定时间，关断所述半导体开关。
[0032]优选的，方法还包括：
[0033]在所有加速线圈循环作业完一轮后，对各级加速电路的储能单元进行充电。
[0034]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0035]1、本专利技术每一组BOOST拓扑网络仅使用一个全控开关，多级加速电路均使用半控开关作为选级开关，极大程度减少全控型器件的使用，除了大幅降低了成本外，还提升了功率容量，使得在成本一样的情况下，能得到更多的功率容量，或者在功率容量一样的情况下，能有更小的开关体积。并且，整个拓扑网络使用的半导体元器件较少，尽可能降低了电子元器件的能量损耗，有利于便携式电磁炮工程的实施。
[0036]2、本专利技术使用BOOST电路原有的特性，能够完成对加速线圈磁场能量的回收，以达到对能量的高效率利用。
[0037]3、本专利技术单级加速电路使用的电容容量小，每次加速之后几乎无剩余储能，储能密度利用率和效率高，有利于减少储能器件的体积和总储能，有利于便携化，且可在射击的
同时进行对电容充电蓄能，使连射成为可能，容易得到高射速。
[0038]4、本专利技术利用全控器件直接控制半控器件，使半控器件在本身具有功率容量大的特点同时，也具有了“可控关断”的功能，达到两全其美的效果。
[0039]5、本专利技术通过全控器件，实现对每一级线圈加速的时机与脉宽精准控制，做到“均匀加速”，以达到良好的加速效果，保证了较优的加速度、效率和动质比等良好的加速性能。
附图说明
[0040]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0041]图1是包含单组BOOST拓扑网络的多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构的实施例。
[0042]图2、图3分别是两种包含两组BOOST拓扑网络的多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构的实施例。
[0043]图4、图5分别是全控开关和半控开关的驱动电路的实施例。
[0044]图6
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图9为图3实施例中第一级加速线圈作业的流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构，其特征在于，包括至少一组BOOST拓扑网络，其中，至少一组所述BOOST拓扑网络包括半导体开关，以及多级加速电路，所述半导体开关为全控开关；每一级所述加速电路均包括储能单元、加速线圈、选级开关、续流二极管以及能量回收二极管，所述选级开关为半控开关；所述储能单元、加速线圈以及选级开关串联后，连接到所述半导体开关；所述续流二极管与所述储能单元并联；非末级加速电路的能量回收二极管，由当前级加速线圈连接到下一级储能单元，末级加速电路的能量回收二极管，对末级加速线圈进行短路，或者将末级加速线圈连接到压敏电阻。2.如权利要求1所述的多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构，其特征在于，所述BOOST拓扑网络为两组以上，各组BOOST拓扑网络的加速线圈交错排布。3.如权利要求2所述的多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构，其特征在于，各组BOOST拓扑网络的加速线圈交错排布，包括：将各组BOOST拓扑网络的第一级加速线圈顺序排布后，再以此顺序，顺序排布各组BOOST拓扑网络的每一级加速线圈。4.如权利要求1所述的多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构，其特征在于，每一级所述加速电路均还包括：充电电路，所述充...

【专利技术属性】
技术研发人员：林华景，刘虎，
申请(专利权)人：成都科创时空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：