Optimum placement of high energy inductors for capacitive pulse power supplies

Elektromanyetik fırlatıcı (EMF) sistemleri, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Mermi için gerekli ivmeyi sağlamak için kısa sürede büyük miktarda enerji sağlanmalıdır. Bu enerji türü genellikle kapasitif darbe güç kaynakları (DGK) ile sağlanır. EMF sistemlerinin toplam enerjisini artırmak için birçok darbe güç kaynağı ünitesi paralel olarak bağlanır. Kapasitif DGK'nın her bir modülü, yüksek enerjili kondansatör, şekillendirme bobini ve yarı iletkenler içerir. Şekillendirme bobinleri, modülün maksimum akımını sınırlamak için kullanılan hava çekirdekli bobinlerdir. Kompakt bir tasarım elde etmek için farklı modüllerin bobinleri yakın yerleştirildiğinden, manyetik alanları birbirini etkiler. Bu manyetik etki, ateşlenmeyen modüllerde yeterince yüksek bir negatif indüklenmiş voltaja yol açarsa, diyotlar iletime geçer ve iletimdeyken bu modül ateşlenirse diyot bozulabilir. EMF sistemlerinde diyotların bu şekilde iletime geçmesi durumunda ilgili modülün aktivasyonunu önleyen koruma sistemleri kullanılmaktadır. Koruma sistemleri arızayı önler fakat sistemin toplam enerjisini azaltır. Bu çalışma, kompakt bir güç kaynağı ile yarı iletken arızasını önlemek için bobinlerin konumlarını ve yönelimlerini, bunların yanında anahtarlama sırasını belirleyen bir tasarım metodolojisi önermektedir. Tasarım, istenen endüktans değerine sahip ve belirlenen yanal kuvvet sınırının altındaki olası indüktörlerin fiziksel boyutlarının belirlenmesiyle başlar ve 2 boyutlu sonlu eleman analiziyle simülasyonları yapılır. İndüktörler arasındaki mesafeler, önceden tanımlanmış farklı yerleşimler dikkate alınarak bir döngü içerisinde belirlenir. Bu yöntemde, diğer indüktörlerde ve sistem düzeyinde indüklenen gerilimleri tahmin etmek için kullanılan endüktans matrisini hesaplamak için 3 boyutlu sonlu eleman analizi modelleri kullanılır. Son olarak, her bir ateşleme dizisi adımı için en uygun modülleri seçmek adına optimum anahtarlama algoritması tasarlanmıştır.