点火模块用脉冲变压器的关键寄生参数影响分析及优化设计方法
点火模块是脉冲等离子体推力器(Pulsed Plasma Thruster, PPT)启动放电的基础，其输出特性直接决定着点火工作的可靠程度。随着电力电子技术的发展与产品需求的进一步提高，对点火模块的电气性能、体积和重量等要求越来越高。尤其在军事应用领域，如飞行器点火装置和航天发动机点火装置等的应用中，点火模块的重量和体积已经成为设计过程中最为关键的技术指标[1]。
脉冲变压器作为点火模块的核心元件，其输出特性是影响 PPT 点火工作可靠性的关键因素[2]。脉冲变压器的工况与普通变压器不同，其工作于短时脉冲波形激励，其输出脉冲的上升沿时间是点火模块性能的关键指标。此时不能将脉冲变压器视为理想的变压器，其寄生参数有可能对输出脉冲的上升沿时间产生重要的影响作用。同时脉冲变压器在点火模块中的体积和重量占比最高。因此对脉冲变压器的寄生参数影响进行深入分析进而研究其优化设计方法对减小脉冲变压器的体积和提高点火模块功率密度具有重要意义[3]。
在脉冲变压器的寄生参数影响机理和建模方面，文献[4]采用桥式双极性Marx电路和脉冲变压器结合方案，建立了考虑脉冲变压器寄生参数的等效电路模型，最终构建了变压器寄生参数与输出之间的理论关系。在脉冲变压器的寄生参数优化方面，文献[5]中N. Kobayashi通过电路计算表明电路计算表明，原边线圈为一匝，原边线圈到副边线圈的磁路长度较短时，可提高阻抗匹配和耦合系数。文献[6,8]对脉冲变压器的寄生电感与分布电容进行计算，并提出优化设计方案。现有文章都是基于桥式电路及平面变压器结构，但在具体的应用场合中点火模块电路结构和脉冲变压器的结构各不相同，此时脉冲变压器的寄生参数关键影响因素和优化设计方法也不相同，因此对具体点火模块电路结构和变压器结构下的关键寄生参数进行分析和优化具有重要的研究意义。
因此，本文对基于正激电路结构的点火模块工作过程中正激变压器寄生参数对输出特性地影响进行了深入分析，建立了综合考虑变压器寄参数的影响的输出特性数学模型，并在此基础上明确了脉冲变压器的漏感是影响点火模块输出脉冲电压上升沿的关键影响因素。基于电磁场的理论分析了环形脉冲变压器的漏感形成机理与并建立了相应的数学模型。从而提出了环形脉冲变压器的优化设计流程，通过该设计流程可以有效减小脉冲变压器的漏感。最后通过仿真以及实验验证了此方案的正确性。
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