[发明专利]一种放电回路微电感的计算机辅助测量方法

说明书

 

技术领域

本发明属于计算机辅助分析以及脉冲功率领域，具体涉及一种放电回路微电感的计算机辅助测量方法。

背景技术

美国人J.Strond从60年代初开始研究冲击片雷管(slapper),于1971年申请专利。它是炸药冲击起爆与金属电爆炸现象研究相结合的产物。它由起爆电压2~5kV、起爆电流3~6kA、瞬时功率5~10MW的电脉冲引起金属箔爆炸驱动塑料片(飞片)高速撞击猛炸药,使炸药直接起爆。它具有耐高过载、抗射频、抗静电、安全性极好的特点。在引信中使用,可以直接插入主装药中,不需任何复杂的隔离元件,从而构成直列式爆炸序列。

由冲击片雷管和发火电路构成的系统称为爆炸箔起爆系统(EFIs),它由爆炸箔起爆器和电源系统两部分构成，其中爆炸箔起爆器的功能主要是由放电回路来完成的。放电回路中电感的大小对于EFIs有着至关重要的影响，低电感易使回路获得较高的脉冲电流和功率，减小放电回路的电感,是降低EFIs发火能量的关键所在。那么要想有针对性的减小回路电感，有效的测量整个放电回路中的电感的分布情况就显的十分重要。但是放电回路中各个部分的电感都为nH量级，其结构也是非常的紧凑并且固定的，现有的测量设备很难达到所需要的测量精度。目前已公开的放电回路电感测量方法通常为参数识别法，它利用放电电流波形的峰值与周期参数通过相关公式进行计算，此方法只能得到整个回路的总电感值，不能计算出其电感的分布情况。

因此，迫切需要一种用于测量放电回路微电感分布情况的方法，使我们能够清楚的了解放电回路各个部分的电感分布情况。使用该方法要能够准确了解放电回路的电感分布特性，为整个放电回路的设计与优化打下良好的基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用计算机辅助测量放电回路中微电感分布情况的方法。采用本发明能够测量出放电回路nH量级微电感的分布情况，避免盲目的去减小放电回路的电感值，实现放电回路的最优化设计。

为解决上述技术问题，本发明放电回路微电感的计算机辅助测量采用的技术方案是：利用Pspice软件建立放电回路准确的Pspice模型，通过仿真波形与实测波形的对比得到放电回路微电感的分布情况。在放电回路状态不变的情况下，整个回路的电流波形是固定的，但是电压波形会随着测量参考点的不同而发生变化，这种变化是与回路中各部分的电感与电阻的分布情况相关联的，可以利用电压波形的这种变化来确定放电回路中电感与电阻的分布情况。

要建立放电回路的Pspice模型最关键的一点就是要建立高压放电开关的Pspice模型。采用在脉冲功率界比较权威的仿真软件OrCADPSpice软件对高压放电开关进行建模，放电回路其他器件则可以直接利用软件自带的分立元件模型。高压放电开关的Pspice模型是基于其组合模型拓扑结构的，通过其组合模型拓扑结构建立起相应的非线性模型，然后利用多瞬态分析法提取器件关键参数，得到较为准确的Pspice模型。

利用示波器对实测放电回路的放电电流进行监测，根据电流的峰值和周期计算出实际放电回路总的电感电阻值。本方法采用的示波器为Tektronix公司的DPO4054型示波器。将计算的出的总的放电回路阻值带入仿真电路中，便可建立起准确的放电回路仿真模型。

本发明的测量方法是利用放电回路的不同部分在放电时的电压波形的不同来实现的。测量时利用DPO4054型示波器对所需测量部分的电压进行测量，然后通过电路仿真时在总的电感值中提取一部分，使此部分所承载的电压波形与实测电压波形一致，那么仿真电路中提取的这部分的电感值即为实测部分的电感值。

本发明放电回路的计算机辅助测量方法，依次包括如下步骤：

a.建立高压放电开关的Pspice模型

根据高压放电开关的组合模型拓扑结构建立起其等效模型，依据厂家提供的器件参数以及实测参数，利用多瞬态分析发提取高压放电开关的主要参数，将参数带入所建模型之中，从而建立起准确的高压开关Pspice模型；

b.测量实际放电回路放电电流波形，计算其总电感、电阻值

利用示波器测量实际放电回路的放电电流波形，根据电流周期以及峰值信息通过参数识别法计算出实际放电回路总的电感、电阻值；

c.建立放电回路Pspice模型

依据原理图在Pspice环境下建立仿真电路，a中建立的开关模型以及b中得到的实际放电回路的电感、电阻值带入仿真电路。这里由于高压放电开关自身的电感、电阻值相对于回路总的电感、电阻值来说是一微小量，可以忽略；