引信全电子安全系统高压变换器分析与设计

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1、第14卷第4期北京理工大学学报V0114No．41994年11月JournalofBeiIlgImtit~t~ofTccJmologyNov．1994≯～)，，引信全电子安全系统高压变换器分析与设计至———互—————一奎范宁军一『』丁UIj／0’、’j，L，(北京理工大学力学工程系，北京100081)摘要g-I信全电子安全系统中的高压变换器的研究重点是解决好储能、充电速率、变换器体积与转换效率之同的相互关系．本文以单端反激式开关变换器为基础，进行电路暂态特性分析，归纳出在开关变换器设计中实现最佳控制的途径，并按文中得出的结论设计了一个高压变换器．关键词

2、．!堕／高压直流变换器；粤子安全与解除保险彩密争龟，觥～埔。高凌目前，开关直流变换器的理论分析，一般局限于直流稳态特性分析与稳态时交流小信号特性分析，电路设计考虑的重点是如何提高工作效率与减小变压器体积，很少涉及高压开关变换器过渡过程的暂态特性分析(即变换器如何建立稳定电压或电流，其充电过程与哪些因素相关)．在引信目标基安全系统⋯的状态控制过程中，为了使系统在尽可能短的时间内控制高压变换器将储能电容充电到shpper雷管所需的发火电压，必须研究高压变换器的暂态特性及其变化规律．-1电路工作原理DCRT图1基本电路原理圈图2等效电路图收稿日期：1一l1—2

3、7十国防科技预研基金资助项目第4期李杰等：引信全电子安全系统高压变换器分析与设计427单端反激式开关直流变换器】，基本组成单元有直流电源【，．、开关三极管T、二极管D、变压器和储能f[电容c．电路原理如图1所示．为便于分析，又不失一般性，现作如下简化：不考虑各器件内阻的影响，变D时序口．[压器耦合系数为l，等效电路如图2所示在三极管T上的控制信号频率的一个周期内，电路有3种工作状态，设起始工作状态时T闭合，电路在储能、充电与保持3种状态之间做周期循环，T与D的时序如图3所示，其工作状态如图4所示．下面对3种状态进行分圈3T与D的工作波形图析DDCC(a)

4、储能阶段(b)充电阶段(c)保持阶段圈4电路的3种工作状态l_1储能阶段lt0，t。lT在￡。时刻闭合，D断开，直流电转化为磁场能储于变压器，见图4a．设初级线圈电感量为L，持续时间=tE。，在E时刻初级线圈激励电流』。为』=【，．／L1．2充电阶段lt1，t2lT在。时刻断开，D闭合，此时次级线圈激起感生电流厶，向电容C充电，磁场能转化为电能储于电容，见图4b．设次级线圈电感量为L，充电阶段持续时间=￡一t，则有12=U．／√LL2设在￡∈【￡，l时刻，电容两端电压为【，(f)，流经二极管的电流为(￡)，并由初始状态ID(￡)=厶，可得【，c(r)∞1

5、U．sin~o2(卜一￡1)+Uc(f1)oos∞2(卜一￡【)(1)』D(￡)=Co)2【∞lU．0o8∞2(￡一t1)一Uc()sin∞2(E—1)】(2)式中∞=l√LC，∞2=l／√Lc将(t2)=0代入式(2)，得=(1／∞：)axcctg【【，c(￡)／(∞U．)】(3)北京理工大学学报第14卷1．3保持阶段lf2，fJt：时刻，变压器上电压为零，D断开，T断开，电容器两端电压u将维持至t，即下一周期信号来临，见图4c．这一阶段持续时间=￡一t=To一一，其中为T的工作周期．为了使L，c的衰减尽可能小，应使尽可能短，最好是=O．2电路暂态特性

6、分析由上述分析可知，变换器达到最佳充电效果的前提是73=0，即充电阶段刚好结束，电路就转为储能阶段．由此，问题就转化为充电电压u与充电持续时间的关系．用式(3)对u(f，)求导，得墨：一!：互r4、。dUc(t1)∞I∞2U‘从式(4)看出，随着充电电压的升高，对于一定的储能时间，要求充电阶段持续时间越来越短．实际上，与控制信号频率，是对应的，要求小，考虑到的情况，则最佳控制信号频率，与占空比要根据上一周期的电压值作适当调整，才能达到最佳的充电效果，但要在技术上予以实现相当困难．下面以数学分析为基础，利用计算机模拟技术，针对全电子安全系统高压变换器的具体

7、特点，从3个方面研究高压变换器的充电问题．2．1输入控制信号频率夏占空比对充电电压的影响高压变换器输人控制信号对充电电压的影响有两种情况：一种是控制信号频率，的影响，另一种是控制信号频率的占空比的影响．将式(1)～(3)在计算机上进行模拟，可以看出它们的影响趋势．从图5电压一频率变化曲线(，)可以看出，频率变化对充电效果的改善并无多大影响．从图6电压一占空比变化曲线(m)可以看出，在一定工作时间T内最佳占空比m为一定值，随充电时间的增加，最佳值变大．这说明对于特定的高压变换器，选定工作频率后，的选取对充电性能的改善有很大关系，需要根据充电时间的要求或充电

8、电压值具体确定．8＼＼／—＼=0lsl06—T=001s2、＼T=0．001s0