1.3.2 国内外电子安全系统高压变换器的研究概况
针对电子安全系统高压变换电路研究领域,查阅到的国外相关研究主要以基于电磁变压器的高压变换电路为主。其中,1985年Ralph E.Foresman和Kerry J.Harries发表了用于引爆装置电子安全系统的高压能量变换电路,如图1.15所示。
该转换电路采用单端反激式拓扑结构,触发器60接收微处理器65的高频信号和接收晶体管55的信号R共同控制动态开关的导通与截止。电容充电状态通过分压电阻75和76进行控制,达到预定值后,停止充电。该电路为了达到较大的功率和升压比,采用了多个变压器进行充电,使得电路结构变得较为复杂,而且电磁变压器的增多也使得电路的电磁环境变得恶化。
1987年,William F.Marshell为引信开发了高压变换电路,如图1.16所示。该电路采用电容组C 1～C 8将热电池或空气涡轮机产生的能量存储起来作为待转换能量,通过变压器及整流二极管对高压电容进行充电。开关管导通与截止由Q2、C 10以及比较器21进行控制。高压电容下面串联一个测试电阻进行对高压电容电压状态的监控,达到预定电压后终止充电过程。
该电路能够实现电容组随着电压的下降而调节开关Q1的导通时间,一定程度上实现了对充电过程的控制。但是,该电路时间调节功能由分离器件构成,结构复杂,可靠性降低。
图1.15 反激式能量变换电路结构图
图1.16 引爆装置高压变换电路
1995年Craig J.Boucher论述的电子安全系统能量变换电路的组成结构如图1.17所示。该电路结构使用是单端反激式的拓扑结构,通过动态开关126的导通和截止控制引爆装置上直流电源激励变压器原边绕组。驱动动态开关的工作信号采用固定频率的方波信号。
图1.17 起爆能量变换原理图
从以上专利文献可以看出,设计基本为利用电磁变压器实现功率变换,且以单端反激式的拓扑结构为多。目前还未看到国外针对压电变压器用于电子安全系统高压变换技术领域的相关文献。
国内相关科技人员在基于电磁变压器的电子安全系统高压变换器设计方面也做了大量的研究工作。其中文献[28]以单端反激式开关变换器为基础进行电路暂态特性分析,并依次归纳了开关变换器设计中实现最佳控制的途径。文献[29]以克服高压脉冲变压器波形畸变为出发点进行了变换器的针对性设计和分析。文献[30]对单端正激式和单端反激式的高压能量转换电路进行了设计。文献[31]则设计了单管单端带有续流绕组的正激式逆变电路。文献[32]建立了高压能量变换电路的离散时域数学模型,并进行了滞回电流控制模式高压能量转换电路设计。
近些年,随着国内生产压电变压器器件能力的不断提高及产品的不断成熟,北京理工大学和兵总213所开展了对压电变压器用于电子安全系统的高压变换电路的应用研究,并总结了大量的工程应用经验。其中,作者作为项目主要参与人员,所设计的基于压电变压器的高压转换电路已用于引爆装置的电子安全系统中,样机如图1.18所示。
图1.18 引爆装置电子安全系统样机