[发明专利]多级线圈式电磁炮的BOOST拓扑结构及作业方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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-电磁能-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。

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。

由于近年来，半导体技术的迅速发展，如SCR、IGBT、MOS等的发明和发展，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-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。

对此，本发明以传统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。

[1]王莹,肖峰.电炮原理.国防工业出版社,1995,1.4节,3.1.1节。

[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):25-28+35。

[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):59-62.DOI:10.19651/j.cnki.emt.2017.03.013。

发明内容

本发明的发明目的在于：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。

本发明采用的技术方案如下：

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，

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。

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。

优选的，各组BOOST拓扑网络的加速线圈交错排布，包括：