2019年电赛H题 电磁**（激光版）

理论分析与计算
电磁**工作原理类似于圆筒形直线异步感应电动机，驱动电源为储能电容。通电瞬间电容对线圈放点产生圆环电流id，变化电流产生磁场，使得金属弹丸产生了与驱动线圈同轴的环形电流ip，圆环电流id和ip产生的磁场相互作用，实现弹丸击发。

线圈加速过程比较复杂，电、磁、机械联系紧密，为了方便分析，忽略弹丸空气阻力、回路电感等因素进行简化分析，可得电磁**等效模型如图：

U0为电容初始电压，Rd为线圈电路总电阻，Ld为线圈电路总电感，Lp为金属弹丸总电感，Rp为金属弹丸等效电阻，M为线圈和金属弹丸之前的互感系数。

分别对线圈和弹丸分析，可得方程组：

金属弹丸在磁场内运动时方程为：

式中：vp、m分别为弹丸速度和重量，up、ud分别为弹药和线圈电压。

各原理图电路分析

1.结构框架

电路总体模块如图所示。电磁**和激光测距头均搭载于舵机云台上同步运动。触控屏实现人机交互和参数设定。STM32通过PWM控制充电电容电压，实现对击发距离的控制。

STM32F103主控电路、舵机云台控制电路、激光测距电路原理较为简单，不做详细阐述。下面重点阐述电磁**充能及击发控制模块，相关部分电路如图

充能电路

充能模块通过一个UC3843芯片控制BOOST升压电路实现。由于电磁**的发射能量与电容上储存的能量存在正相关，电容上储存的能量由于电容的容值正相关，因此本系统需要选择较大的电解电容，在实际的过程中选择了2个470uF/450V的电容进行并联。考虑到电感电流纹波等因素，BOOST电路选择了1.5mA的电感。开关管选择的是IERP460，这是一款500V/20A的MOSFET。

在正常工作过程中，C6和C7的电压比较高，因此D1选择的是快恢复二极管MUR460，它的反向耐压值为600V。在充能电路中，可以通过在P5端口加入PWM控制，调节UC3843芯片的VFB引脚的电压，从而调节UC3843的控制信号，控制BOOST升压电路的输出。

3.击发电路
电磁**击发时的电容电压大约为150-200V左右，经过测量线圈电阻在15欧姆左右，电磁**击发时电容对线圈电感进行放电，放电电流大约在10多安培左右，根据电流大小本系统选择可控硅70TPS16作为放电开关。70TPS16额定电压1600V，额定电流70A，完全满足本系统的需求。在驱动电路上，选择了专用的驱动光耦TLP250。

4.充电电源控制