电磁炮半桥拓扑结构及作业方法技术

本发明专利技术公开了一种电磁炮半桥拓扑结构及作业方法。本发明专利技术结构在主储能元件上连接至少一组半桥拓扑网络，该网络包括半桥电路和至少一级加速电路，各级加速电路分别连接于半桥电路的两路开关电路之间，两路开关电路均以全控开关作为开关元件。对于基本设计，加速电路以半控开关作为选级开关。本发明专利技术在基本设计基础上做了三种变型，其一是设计两组以上半桥拓扑网络交替作业；其二是将选级开关采用全控开关，同时增加保护电路；其三是在每一级加速电路的加速线圈和选级开关之间，增加一续流二极管，以在续流和能量回收时排除掉选级开关。本发明专利技术对电磁炮进行了低复杂度、轻量化、高效率、高集成度、低成本设计，使之能够在实际工程中得以应用。得以应用。得以应用。

【技术实现步骤摘要】
电磁炮半桥拓扑结构及作业方法


本专利技术涉及电磁发射器领域，尤其是一类电磁炮半桥拓扑结构，以及相应的作业方法。

技术介绍

电磁炮主要形式有线圈炮和轨道炮，它把电能通过电磁方面的物理规律转化为各类载体的动能。电磁炮属于近代新概念武器，除了军事应用前景，在生产和科学研究中也有应用，如电磁钉枪、弹丸碰撞试验设备等。电磁炮已经发展了将近两百年，中间过程较为艰难，且主要热点围绕轨道炮展开，线圈炮发展较少。但随着半导体技术的发展，特别是SCR、IGBT、MOS器件的进步，线圈炮在近年来逐渐接近实用化，但利用传统拓扑制作的线圈炮性能并不佳[1]，需要配合合理的电路拓扑结构设计，才能显著提升性能，如射速(单位时间内发射的弹量)、电能
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动能转换效率(下文简称效率)、弹丸动能与设备质量之比(下文简称动质比)等。对此，本专利技术以电源技术的半桥技术为基础[2]，提出了适用于线圈炮的拓扑及其改进型结构，利用SCR(晶闸管)、Diode(二极管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等具备半控或全控能力的、单向导通的半导体开关的组合控制，可以达到让电磁炮提升效率、动质比、减小系统复杂度的目的，提高鲁棒性。使得电磁炮可以实现便携轻量化的目的。
[0001]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.
[0002]刘广艳.半桥式DC/DC转换器在48V充电系统中的设计[J].电气时代,2022,No.495(12):71
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74.

技术实现思路

本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电磁炮半桥拓扑结构及作业方法，以提供电磁炮轻量化、高效率、高集成度的设计方案。本专利技术采用的技术方案如下：一种电磁炮半桥拓扑结构，其包括有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组所述半桥拓扑网络分别连接所述主储能单元两端；至少一组所述半桥拓扑网络包括半桥电路，以及至少一级加速电路；所述半桥电路，包括由半导体开关Q1、二极管D1串联的第一路开关电路，以及由半导体开关Q2、二极管D2串联的第二路开关电路，所述半导体开关Q1和Q2均为全控开关；两路开关电路的两端分别连接于所述主储能单元；每一级加速电路均包含加速线圈和串联的选级开关，所述选级开关均为半控开关；各级加速电路的一端连接于所述半导体开关Q1和二极管D1之间，另一端连接于所述半导体开关Q2和二极管D2之间。本专利技术还提供了上述电磁炮半桥拓扑结构的作业方法，该方法包括：
以各级加速电路的排列顺序，循环执行以下流程：导通半导体开关Q1和Q2；导通当前级加速电路的选级开关；经过第一时间，关断所述半导体开关Q1和Q2之一；经过第二时间，关断所述半导体开关Q1和Q2剩余的一个。优选的，所述半桥拓扑网络至少为两组。本专利技术还提供了包含两组以上半桥拓扑网络的电磁炮半桥拓扑结构的作业方法，其包括：以各组半桥拓扑网络排列的顺序，循环执行以下流程：导通当前组半桥拓扑网络半导体开关Q1和Q2；导通当前组半桥拓扑网络的一级选级开关；经过第一时间，关断所述当前组半桥拓扑网络的半导体开关Q1和Q2之一；经过第二时间，关断当前组半桥拓扑网络的所述半导体开关Q1和Q2剩余一个。本专利技术还提供了另一种电磁炮半桥拓扑结构，其包括有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组所述半桥拓扑网络分别连接所述主储能单元两端；至少一组所述半桥拓扑网络包括半桥电路，以及至少一级加速电路；所述半桥电路，包括由半导体开关Q1、二极管D1串联的第一路开关电路，以及由半导体开关Q2、二极管D2串联的第二路开关电路，所述半导体开关Q1和Q2均为全控开关；两路开关电路的两端分别连接于所述主储能单元；每一级加速电路均包含加速线圈、和所述加速线圈串联的选级开关，以及与所述加速线圈并联的保护电路，所述选级开关均为全控开关；各级加速电路的一端连接于所述半导体开关Q1和二极管D1之间，另一端连接于所述半导体开关Q2和二极管D2之间。本专利技术还提供了上述电磁炮半桥拓扑结构的作业方法，其包括：以各级加速电路的排列顺序，循环执行以下流程：导通半导体开关Q1和Q2；导通当前级加速电路的选级开关；经过第一时间，关断所述半导体开关Q1和Q2之一；经过第二时间，关断所述半导体开关Q1和Q2剩余的一个；经过第三时间，关断当前级加速电路的选级开关。本专利技术还提供了另一种电磁炮半桥拓扑结构，其包括：有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组所述半桥拓扑网络分别连接所述主储能单元两端；至少一组所述半桥拓扑网络包括半桥电路，以及至少一级加速电路；所述半桥电路，包括由半导体开关Q1、二极管D1串联的第一路开关电路，以及由半导体开关Q2构成的第二路开关电路，所述半导体开关Q1和Q2均为全控开关；所述第一路开关电路的两端连接于所述主储能单元，所述第二路开关电路的一端连接所述主储能单元上与所述半导体开关Q1相对的一端；每一级加速电路均包含加速线圈和串联的选级开关，所述选级开关均为半控开关；各级加速电路的一端连接于所述半导体开关Q1和二极管D1之间，另一端连接于所述半导体开关Q2的另一端；各级加速电路的加速线圈和选级开关之间，分别连接有一续流二极
管。本专利技术还提供了上述电磁炮半桥拓扑结构的作业方法，其包括：以各级加速电路的排列顺序，循环执行以下流程：导通半导体开关Q1和Q2；导通当前级加速电路的选级开关；经过第一时间，关断所述半导体开关Q2；经过第二时间，关断所述半导体开关Q1。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：1、本专利技术以电源设计的半桥技术为基础，实现用较少的半导体元器件对电磁炮工程的实施，通过对半控或全控开关等单向导电开关元器件的组合控制，提升了电磁炮的效率、动质比以及集成度，实现了电磁炮的便携、轻量化、低成本设计。2、本专利技术在采用半控开关作为选级开关的基本设计思路基础上，设计了多种变型方案，解决了多级加速线圈的开关频率问题。3、本专利技术实现了能量在多级加速线圈之间的循环回收利用，提高了电能
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动能转换效率。4、本专利技术仅需一个有极性的主储能元件，使得电磁炮机械结构更加灵活多变，可把主储能元件集中放置，方便携带或隐蔽起来。同时还解决了现有多级电磁炮的每一级需要单独储能元件，导致内阻损耗大，对铝电解电容品质要求极高的弊端。5、本专利技术接线十分简洁。所有级加速电路都挂接在几根(半桥数的两倍)母线(即开关电路)上，不需要有额外的脉冲功率走线。因此布线简单，成本低，可靠性高。
附图说明
本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是电磁炮半桥拓扑结构的基本拓扑形式。图2是图1电磁炮半桥拓扑结构的实施方式。图3、图4分别为对应图2中全控开关和半控开关的控制电路的实施例。图5
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图8是图2所示电磁炮半桥拓扑结构循环一次励磁、续流、能量回收的流程示意图。图9是对电磁炮半桥拓扑结构作业过程的测试波形。图10是设计包含两组半桥拓扑网络的电磁炮半桥拓扑结构的实施例。图11、图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁炮半桥拓扑结构，其特征在于，包括有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组所述半桥拓扑网络分别连接所述主储能单元两端；至少一组所述半桥拓扑网络包括半桥电路，以及至少一级加速电路；所述半桥电路，包括由半导体开关Q1、二极管D1串联的第一路开关电路，以及由半导体开关Q2、二极管D2串联的第二路开关电路，所述半导体开关Q1和Q2均为全控开关；两路开关电路的两端分别连接于所述主储能单元；每一级加速电路均包含加速线圈和串联的选级开关，所述选级开关均为半控开关；各级加速电路的一端连接于所述半导体开关Q1和二极管D1之间，另一端连接于所述半导体开关Q2和二极管D2之间。2.如权利要求1所述的电磁炮半桥拓扑结构，其特征在于，所述半桥拓扑网络至少为两组。3.一种电磁炮半桥拓扑结构，其特征在于，包括有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组所述半桥拓扑网络分别连接所述主储能单元两端；至少一组所述半桥拓扑网络包括半桥电路，以及至少一级加速电路；所述半桥电路，包括由半导体开关Q1、二极管D1串联的第一路开关电路，以及由半导体开关Q2、二极管D2串联的第二路开关电路，所述半导体开关Q1和Q2均为全控开关；两路开关电路的两端分别连接于所述主储能单元；每一级加速电路均包含加速线圈、和所述加速线圈串联的选级开关，以及与所述加速线圈并联的保护电路，所述选级开关均为全控开关；各级加速电路的一端连接于所述半导体开关Q1和二极管D1之间，另一端连接于所述半导体开关Q2和二极管D2之间。4.一种电磁炮半桥拓扑结构，其特征在于，包括有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组所述半桥拓扑网络分别连接所述主储能单元两端；至少一组所述半桥拓扑网络包括半桥电路，以及至少一级加速电路；所述半桥电路，包括由半导体开关Q1、二极管D1串联的第一路开关电路，以及由半导体开关Q2构成的第二路开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨忠霖，翟雨山，林华景，刘虎，
申请(专利权)人：成都科创科学文化研究院，
类型：发明
国别省市：