電和電磁環(huán)境對(duì)引信全電子安全系統(tǒng)的影響

汪儀林，馬秋華

(西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

隨著引信全電子安全系統(tǒng)的大量使用，亟需評(píng)估電和電磁環(huán)境對(duì)其安全性的影響，進(jìn)而按照GJB 373B—2019《引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》[1]、GJB 346A—2019《引信安全失效率計(jì)算方法》[2]等要求計(jì)算安全失效率，分析電/電磁環(huán)境對(duì)全電子安全系統(tǒng)的影響是評(píng)估安全失效率的重要環(huán)節(jié)，目前國(guó)內(nèi)尚未開(kāi)展相關(guān)研究，故亟需加強(qiáng)此項(xiàng)工作。本文以GJB 573B—2020《引信及引信零部件環(huán)境與性能試驗(yàn)方法》[3]，GJB 151B—2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》[4]，GJB 7073—2010《引信電子安全與解除保險(xiǎn)裝置電磁環(huán)境與性能試驗(yàn)方法》[5]等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電和電磁環(huán)境為可信環(huán)境，分析其對(duì)引信安全性的影響；基于全電子安全系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)建立初級(jí)/次級(jí)傳遞函數(shù)，分析GJB 573B—2020《引信及引信零部件環(huán)境與性能試驗(yàn)方法》[3]及GJB 151B—2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》[4]，GJB 7073—2010《引信電子安全與解出保險(xiǎn)裝置電磁環(huán)境與性能試驗(yàn)方法》[5]，GJB 8848—2016《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)方法》[6]等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電和電磁效應(yīng)作用下在高壓電容或雷管上產(chǎn)生的電壓；根據(jù)電壓幅度和起爆概率的關(guān)系，確定對(duì)安全失效率的影響。在典型的電路參數(shù)下，以典型的全耦合變壓器為例，計(jì)算對(duì)安全性影響較大的靜電、電流傳導(dǎo)和電壓傳導(dǎo)在高壓電容和雷管上產(chǎn)生的電壓，說(shuō)明在兩個(gè)靜態(tài)開(kāi)關(guān)和動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)(三個(gè)開(kāi)關(guān))均處于短路狀態(tài)時(shí)CS114規(guī)定的傳導(dǎo)電流、CS106規(guī)定的傳導(dǎo)電壓可能導(dǎo)致安全失效。

1 靜電、電纜注入和電源電壓傳導(dǎo)對(duì)全電子安全系統(tǒng)安全性影響分析

1.1 電起爆器電壓特性和安全失效率的關(guān)系

全電子安全系統(tǒng)的基本構(gòu)成選用2016年第59屆國(guó)際引信年會(huì)論文中的典型電路[7]，如圖1所示。

為了方便分析和討論，只保留與安全狀態(tài)有關(guān)的部分，如圖2所示。

圖1 典型全電子安全系統(tǒng)框圖Fig.1 The typical schematic diagram of electronic safety-and-arming system

圖2 全電子安全系統(tǒng)框圖Fig.2 The schematic diagram of electronic safety-and-arming system

其工作過(guò)程為：解除保險(xiǎn)環(huán)境識(shí)別k1識(shí)別第一解除保險(xiǎn)環(huán)境后輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)1閉合；解除保險(xiǎn)環(huán)境識(shí)別k2識(shí)別第二解除保險(xiǎn)環(huán)境后，由邏輯控制器k4對(duì)解除保險(xiǎn)環(huán)境時(shí)序進(jìn)行時(shí)序判斷，符合預(yù)定時(shí)序要求時(shí)使阻斷器k3釋放，靜態(tài)開(kāi)關(guān)2閉合；在滿足規(guī)定的延時(shí)要求后，產(chǎn)生交替變化的信號(hào)控制動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)，高壓變換器在交變信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行高壓變換，開(kāi)始對(duì)高壓電容充電，解除隔離。本文中高壓變換采用全耦合變壓器。

基于電雷管起爆的正態(tài)分布特征，電雷管起爆概率Pd1為：

(1)

式(1)中，μ為期望值，σ為方差，Vd為高壓電容器電壓。

設(shè)雷管起爆電壓為V1，起爆電壓達(dá)到V0(V0≥500 V)，引信處于已解除隔離狀態(tài)，由此求得該雷管起爆電壓分布：

雷管起爆概率低于百萬(wàn)分之一對(duì)應(yīng)的電壓Va為：

1.274V0-0.274V1。

若V1=1 200 V，V0=500 V，則：μ=850 V，σ≈112.9，Va≈308.1 V。

通過(guò)式(1)可以算出雷管或高壓電容兩端電壓對(duì)應(yīng)的起爆概率。

1.2 靜電、電流注入和電源尖峰等激勵(lì)在高壓電容上建立的電壓

通常引信安全系統(tǒng)都有屏蔽殼體，通過(guò)輻射等方式對(duì)安全性的影響遠(yuǎn)低于引線上傳導(dǎo)的電流、電壓和靜電饋入。因此我們主要考慮GJB 151B—2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》[4]中的CS114、CS115、CS116、CS106和GJB 573B—2020中靜電對(duì)安全性的影響。

高壓變換次級(jí)和電源通過(guò)變壓器隔離，故不考慮電源及電源地傳導(dǎo)的影響，只考慮典型引線方式下，靜電和電纜束注入在高壓電容和雷管上建立的電壓。初級(jí)回路分析考慮靜電、電流和電壓傳導(dǎo)的影響。

1.2.1靜電、電流源對(duì)雷管放電在雷管上建立的電壓Udg計(jì)算

靜電對(duì)雷管放電的電路示意圖如圖3所示。

圖3 靜電對(duì)雷管放電示意圖Fig.3 The diagram of electrostatic discharge to detonator

建立放電回路微分方程

(2)

式(2)中，L1、C1、R1為靜電放電電感、電容、電阻，rL為雷管等效電阻，i(t)為流入雷管的電流(即放電電流)。

對(duì)式(2)進(jìn)行拉普拉斯變換得到：

(3)

式(3)中，uc(0)為靜電放電電壓。

由式(3)可得：

(4)

(5)

靜電在雷管兩端建立的電壓為Udg，Udg=ig×rL。

若電流注入，注入電流為Ii，在電雷管兩端的電壓則為：Udi=Ii×rL。

1.2.2靜電、電流源在高壓電容上建立的電壓Ucg、Uci計(jì)算

與高壓電容相關(guān)的靜電引入途徑(高壓電容通過(guò)引線拉出殼體再和高壓開(kāi)關(guān)連接)如圖4所示。

圖4 高壓電容和高壓開(kāi)關(guān)連接點(diǎn)通過(guò)引線拉出殼體時(shí)靜電引入示意圖Fig.4 Electrostatic discharge diagram of high-voltage capacitance and high-voltage link to shell with cable

1) 計(jì)算靜電在高壓電容上建立的電壓Ucg

式中，Icg為放電電流。

則有：

(6)

2) 計(jì)算電纜線電流注入在高壓電容上產(chǎn)生的電壓與高壓電容相關(guān)的電流注入途徑如圖5、圖6所示。

圖5 高壓電容和高壓開(kāi)關(guān)連接點(diǎn)通過(guò)引線拉出殼體時(shí)線上電流注入Fig.5 Current injection diagram of high-voltage capacitance and high-voltage link to shell with cable

圖6 高壓變換和高壓電容之間引線拉出時(shí)電纜線電流注入Fig.6 Current injection of cable link to voltage transformer and high-voltage capacitance

圖5為在高壓開(kāi)關(guān)入口引出線，圖6為在高壓電容端引出線。分別計(jì)算這兩種引線方式在電流注入下，高壓電容上產(chǎn)生的電壓。

圖5所示電流注入在高壓電容上建立的電壓計(jì)算如下：

(7)

式(7)中，Ii為注入電流的拉普拉斯變換，R0為電流源注入等效內(nèi)阻。

圖6所示電流注入在高壓電容上產(chǎn)生的電壓計(jì)算如下：

(8)

1.2.3輸入回路靜電、電流注入和電源尖峰在高壓電容上建立的電壓計(jì)算

按照設(shè)計(jì)要求，不應(yīng)將靜態(tài)開(kāi)關(guān)、動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)放置在不同的電路板上，所以不考慮靜電、電流從靜態(tài)開(kāi)關(guān)之后引入的情況。

輸入回路如圖7所示，圖中R1、C1，R2、C2，R3、C3分別為靜態(tài)開(kāi)關(guān)1、靜態(tài)開(kāi)關(guān)2和動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)在未開(kāi)啟時(shí)的等效電阻、電容，其值和所用開(kāi)關(guān)類型和參數(shù)有關(guān)，在后續(xù)例子中將會(huì)加以說(shuō)明。

圖7 初級(jí)回路靜態(tài)開(kāi)關(guān)、動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)和高壓變換示意圖Fig.7 Diagram of static switch，dynamic switch and voltage tansformer of the primary circuit

次級(jí)回路對(duì)前級(jí)回路的影響用和電感L12并接的阻抗ZL表示，對(duì)于全耦合變壓器則有

(9)

式(9)中，n為初級(jí)/次級(jí)變壓比。

(10)

(11)

1) 計(jì)算初級(jí)回路靜電在高壓電容上建立的電壓

次級(jí)等效阻抗上形成的電壓

等效阻抗ZL上建立的電壓

(12)

在高壓電容上建立的電壓為：

(13)

令Ug123為ZR符合式(10)(即3個(gè)開(kāi)關(guān)均處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí))由式(12)、式(13)計(jì)算的結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到概率P(Ug123/n)；

Ug12、Ug13、Ug23分別為R3、R2、R1為0(即1個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除時(shí))的計(jì)算結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到P(Ug23/n)、P(Ug13/n)、P(Ug12/n)；

Ug1、Ug2、Ug3分別為R2、R3，R1、R3，R1、R2同時(shí)為0(即2個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除時(shí))的計(jì)算結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到P(Ug1/n)、P(Ug2/n)、P(Ug3/n)；

Ug為R1、R2、R3同時(shí)為0(即3個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除時(shí))時(shí)的計(jì)算結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到P(Ug/n)。

2) 計(jì)算初級(jí)回路電流注入在高壓電容上建立的電壓

初級(jí)回路電流注入在次級(jí)等效阻抗上形成電壓計(jì)算如下：

(14)

式(14)中，Ii為注入電流。

電流注入在高壓電容上建立的電壓為：

(15)

令Ui123為ZR符合式(10)(即3個(gè)開(kāi)關(guān)均處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí))由式(14)、式(15)計(jì)算的結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到P(Ui123/n)；

Ui12、Ui13、Ui23分別為R3、R2、R1為0(即1個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除時(shí))計(jì)算的結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到P(Ui23/n)、P(Ui13/n)、P(Ui12/n)；

Ui1、Ui2、Ui3分別為R2、R3，R1、R3，R1、R2同時(shí)為0(即2個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除時(shí))計(jì)算的結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到P(Ui3/n)、P(Ui2/n)、P(Ui1/n)；

Ui為R1、R2、R3同時(shí)為0(即3個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除時(shí))時(shí)的計(jì)算結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到P(Ui/n)。

3) 計(jì)算初級(jí)回路電源尖峰在高壓電容上形成電壓

初級(jí)回路電源尖峰在次級(jí)等效阻抗上形成電壓

(16)

式(16)中，Uv為電源線傳導(dǎo)電壓。

電源線傳導(dǎo)電壓在高壓電容上建立的電壓

(17)

令Uv123為ZR符合式(10)(即3個(gè)開(kāi)關(guān)均處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí))由式(16)、式(17)計(jì)算的結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到P(Uv123/n)；

Uv12、Uv13、Uv23分別為R3、R2、R1為0(即1個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除)時(shí)計(jì)算的結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到P(Uv23/n)、P(Uv13/n)、P(Uv12/n)；

Uv1、Uv2、Uv3分別為R2、R3，R1、R3，R1、R2同時(shí)為0(即2個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除)時(shí)計(jì)算的結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1)，得到P(Uv3/n)、P(Uv2/n)、P(Uv1/n)；

Uv為R1、R2、R3同時(shí)為0(即3個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障或解除)時(shí)的計(jì)算結(jié)果，將求出的電壓值代入式(1) 得到P(Uv/n)。

2 全電子安全系統(tǒng)失效率計(jì)算

參照1.1節(jié)給出的全電子安全系統(tǒng)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)1采用雙極型晶體管，靜態(tài)開(kāi)關(guān)2采用晶閘管，動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)采用硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

設(shè)靜態(tài)開(kāi)關(guān)1未閉合時(shí)的等效電阻R1=1 MΩ，等效電容C1=50 pF；靜態(tài)開(kāi)關(guān)2未閉合時(shí)的等效電阻R2=500 kΩ，等效電容C2=C1；動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)未閉合時(shí)的等效電阻R3=1 MΩ，等效電容為C3=100 pF。

初級(jí)/次級(jí)變壓比(n)=變壓器(高壓變換器)初級(jí)電壓/次級(jí)電壓=25/2 000=1/80；若采用全耦合變壓器，初級(jí)和次級(jí)的電感比為L(zhǎng)12=n2×L2，L2=500μH；高壓電容C2=0.2μF。

耗散電阻R2=50 MΩ，雷管等效電阻rL=0.5 Ω。

進(jìn)行靜電計(jì)算時(shí)，根據(jù)GJB 573B—2020《引信及引信零部件環(huán)境與性能試驗(yàn)方法》[4]的人體靜電條件取C1=500 pF，L1=5 μH，R1=5 Ω，uc(0)=25 kV；進(jìn)行CS116、CS114計(jì)算時(shí)將等效電流源內(nèi)阻取為R0=1 000 Ω。

2.1 計(jì)算靜電、電流源在雷管上建立的電壓Udg、Udi

靜電在雷管兩端建立的電壓為Udg，Udg=ig×rL。

將電路參數(shù)代入式(4)、式(5)：

ig的幅度為：

由于rL<1，Udg?123 V，可忽略其影響。

若電流注入，注入電流可為Ii，在電雷管兩端的電壓則為：Udi=Ii×rL。

GJB 151B中CS114、CS115和CS116注入電流峰值均不大于10 A，雷管等效阻抗rL通常小于1 Ω，故在雷管上建立的電壓低于10 V，在安全失效分析中，可略去其影響。

2.2 靜電、電流源在高壓電容上建立的電壓Ucg、Uci計(jì)算

將電路參數(shù)代入式(6)計(jì)算在高壓電容上產(chǎn)生的電壓Ucg，結(jié)果如圖8所示。

圖8 人體靜電在高壓電容上產(chǎn)生的電壓Fig.8 Voltage of personnel-borne ESD at the high-voltage capacity

Ucg?123 V，可忽略其影響。

將電路參數(shù)代入式(7)、式(8)，求GJB 151B—2013的CS116正弦阻尼瞬變電流[4]注入在高壓電容上產(chǎn)生的電壓Uci。CS116的注入電流為i≈I0e-αtsin (ω0t)，ω0在10 kHz～10 MHz頻率范圍內(nèi)，由式(7)、式(8)計(jì)算出的Uci分別如圖9(a)、圖9(b)所示。由圖可知Uci?123 V，可忽略其影響。

為了求GJB 151B—2013的在4 kHz～400 MHz CS114電纜束注入下，雷管兩端注入電流時(shí)高壓電容的響應(yīng)曲線，先計(jì)算高壓電容兩端注入電流時(shí)的傳遞函數(shù)，計(jì)算結(jié)果如圖10(a)所示，雷管兩端注入電流的傳遞函數(shù)如圖10(b)所示。

圖9 CS116正弦阻尼在高壓電容上產(chǎn)生的電壓Fig.9 Voltage of CS116 sine impedance at the high-voltage capacity

圖10 兩種電流注入下的阻抗曲線Fig.10 The impedance diagram of two kinds of current injection

從圖10可見(jiàn)，阻抗最大值為1 000 Ω，圖10(a)對(duì)應(yīng)頻率約16 kHz，圖10(b)對(duì)應(yīng)頻率為0 Hz。

CS114在1～30 MHz頻率注入電流為109 dBμA(即0.282 A)，由圖10可知該頻段對(duì)應(yīng)傳遞函數(shù)的模小于100，可得電壓幅值不大于28.2 V；CS114在16 kHz時(shí)，注入電流約73 dBμA(即4.466 mA)，該頻段對(duì)應(yīng)傳函的模約1 000，可得電壓幅值不大于4.5 V。CS114注入電流在高壓電容上建立的電壓遠(yuǎn)小于123 V，可忽略其影響。

上述計(jì)算表明在高壓回路(次級(jí)回路)中，人體靜電及按照GJB 151B給出的電流、電壓傳導(dǎo)，都不會(huì)在高壓電容或雷管上建立超過(guò)123 V的電壓，故可忽略其對(duì)安全性的影響。

2.3 計(jì)算初級(jí)回路靜電、電流源、電壓干擾在高壓電容上建立的電壓Ucg、Uci 、Ucv

1) 計(jì)算人體靜電從初級(jí)電源端引入，在高壓電容上產(chǎn)生的電壓Ucg

由式(12)得人體靜電在次級(jí)等效阻抗上產(chǎn)生的電壓如圖11所示。圖中Ug123為靜態(tài)開(kāi)關(guān)、動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)均正常的電壓，Ug23為靜態(tài)開(kāi)關(guān)1發(fā)生短路故障時(shí)的電壓，Ug3為靜態(tài)開(kāi)關(guān)1、2均發(fā)生短路故障時(shí)的電壓，Ug為兩個(gè)靜態(tài)開(kāi)關(guān)、一個(gè)動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)均發(fā)生短路故障的情況。

圖11 初級(jí)回路引入靜電在次級(jí)等效阻抗上產(chǎn)生的電壓Fig.11 Voltage of the secondary equivalent impedance through ESD of the primary circuit

2) 計(jì)算GJB 151B中CS114電流注入時(shí)，在高壓電容上建立的電壓Uci

由式(14)得電流源激勵(lì)在次級(jí)等效阻抗上產(chǎn)生電壓的傳遞函數(shù)頻響曲線如圖12所示，Hi124、Hi23、Hi3、Hi分別為靜態(tài)開(kāi)關(guān)均正常、一個(gè)靜態(tài)開(kāi)關(guān)發(fā)生短路故障、兩個(gè)開(kāi)關(guān)發(fā)生短路故障、三個(gè)開(kāi)關(guān)均發(fā)生短路故障。

圖12 初級(jí)回路電流注入在次級(jí)等效阻抗上產(chǎn)生電壓的傳遞函數(shù)Fig.12 Transmit function of the secondary equivalent impedance through injection of the primary circuit

CS114在1～30 MHz頻率注入電流為109 dBμA(即0.282 A)，由圖12(d)知該頻段對(duì)應(yīng)傳遞函數(shù)Hi的模小于5，電壓幅值不大于1.41 V，在高壓電容上建立的電壓1/n×1.41=112.8 V，小于123 V，可忽略其影響；CS114在15～16 kHz時(shí)，注入電流約73 dBμA(即4.466 mA)，該頻段對(duì)應(yīng)傳遞函數(shù)的模大于9 000，可得電壓幅值約40 V，由式(15)得在高壓電容上建立的電壓Uci=1/n×40=3 200 V，大于123 V，達(dá)到雷管起爆電壓，安全失效。

3) 計(jì)算GJB 151B中CS116電流注入時(shí)，在高壓電容上建立的電壓Uci

由式(14)得電流瞬變?cè)诖渭?jí)等效阻抗上產(chǎn)生的電壓如圖13所示，Ui123、Ui23、Ui3、Ui分別為靜態(tài)開(kāi)關(guān)均正常、一個(gè)靜態(tài)開(kāi)關(guān)發(fā)生短路故障、兩個(gè)開(kāi)關(guān)發(fā)生短路故障、三個(gè)開(kāi)關(guān)均發(fā)生短路故障。

圖13 初級(jí)回路注入正弦瞬變電流在次級(jí)等效阻抗上產(chǎn)生的電壓Fig.13 Voltage of the secondary equivalent impedance through sine instantaneous current through the primary circuit

圖13(d)電壓幅值不大于1.5 V，在高壓電容上建立的電壓Uci=1/n×1.5=120 V，小于123 V，可忽略其影響。

4) 計(jì)算初級(jí)回路電源串?dāng)_在高壓電容上產(chǎn)生的電壓Ucv

由式(16)得初級(jí)回路電源尖峰在高壓電容上電壓響應(yīng)的傳遞函數(shù)如圖14所示，Uv123、Uv23、Uv3、Uv分別為靜態(tài)開(kāi)關(guān)均正常、一個(gè)靜態(tài)開(kāi)關(guān)發(fā)生短路故障、兩個(gè)開(kāi)關(guān)發(fā)生短路故障、三個(gè)開(kāi)關(guān)均發(fā)生短路故障。

圖14 初級(jí)回路電源串?dāng)_在高壓電容上產(chǎn)生的電壓Fig.14 Voltage of the high-voltage capacitances through current disturb of the primary circuit

圖14(d)電壓幅值達(dá)400 V，在高壓電容上建立的電壓Ucv=1/n×400達(dá)到起爆雷管電壓，安全失效。

上述計(jì)算表明，在至少一個(gè)開(kāi)關(guān)未閉合時(shí)，一般的電和電磁效應(yīng)并不導(dǎo)致安全失效率的降低，但當(dāng)三個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)短路故障，且出現(xiàn)電流注入和電源線尖峰信號(hào)傳導(dǎo)時(shí)(如圖12(d)、14(d)所示)，會(huì)導(dǎo)致安全失效。因此，設(shè)計(jì)應(yīng)確保避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。

3 討論

3.1 高壓回路中靜電放電對(duì)全電子安全系統(tǒng)的影響

若靜電放電條件變?yōu)橹鄙龣C(jī)補(bǔ)給靜電：

E=±300 kV，C=1 000 pF，R1=1 Ω，L=10 μH，雷管端靜態(tài)電阻為1.0 Ω時(shí)得

則有，ig=3 000×e-7×104tsin (107t)靜電放電在雷管上產(chǎn)生的電壓Udg=3 000×e-7×104tsin (107t)。

若雷管端靜態(tài)電阻為0.5 Ω時(shí)，

在雷管上產(chǎn)生的電壓Udg=1 500×e-7×104t·sin (107t)，最大值超出123 V，達(dá)到起爆雷管所需的電壓。

因此，要高度重視高壓回路的靜電防護(hù)，確保彈體表面可能產(chǎn)生的靜電放電沒(méi)有引入全電子安全系統(tǒng)高壓回路的潛在通道，采取的防護(hù)措施應(yīng)確保在高壓電容或雷管端產(chǎn)生的電壓滿足安全裕度要求。

3.2 初級(jí)回路的防護(hù)

第2章計(jì)算了靜電、電流注入、電源電壓瞬變等在高壓電容上產(chǎn)生的電壓，得出了至少有一個(gè)開(kāi)關(guān)處于未閉合狀態(tài)時(shí)這些激勵(lì)不影響安全性的結(jié)論，但如果三個(gè)開(kāi)關(guān)均處于短路狀態(tài)則有可能安全失效。計(jì)算靜電、電流注入、電源電壓瞬變產(chǎn)生的總電壓，考慮篇幅略去推導(dǎo)，直接給出靜電在三個(gè)開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生的總電壓如圖15(a) 所示；電源電壓瞬變?cè)谌齻€(gè)開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生的總電壓如圖15(b)所示；正弦阻尼電流注入在三個(gè)開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生的總電壓如圖15(c )、(d)所示，其中(c )對(duì)應(yīng)頻率低于1 MHz的情況，(d)對(duì)應(yīng)頻率在1 MHz以上的情況。

圖15 初級(jí)回路在高壓電容上的總電壓Fig.15 The total voltage at thigh-voltage capacitance of the primary circuit

圖15(a)、(c )、(d)表明，在開(kāi)關(guān)上可產(chǎn)生超過(guò)千伏的瞬態(tài)電壓，引信設(shè)計(jì)中若選用靜態(tài)開(kāi)關(guān)、動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)的總耐壓不夠，三個(gè)開(kāi)關(guān)可能同時(shí)發(fā)生電壓擊穿，而誘發(fā)三個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)閉合的失效模式進(jìn)而導(dǎo)致安全失效。

因此，初級(jí)回路的瞬態(tài)電壓防護(hù)至關(guān)重要，應(yīng)確保可信的電/電磁激勵(lì)下防護(hù)措施有效，一方面應(yīng)滿足三個(gè)開(kāi)關(guān)中耐壓最低器件耐壓裕度要求，另一方面應(yīng)保證耦合到高壓電容端的電壓在安全裕度以內(nèi)。

4 結(jié)論

以國(guó)際引信年會(huì)發(fā)表的引信全電子安全系統(tǒng)為例，分析了全電子安全系統(tǒng)主要電/電磁環(huán)境影響因素，推導(dǎo)了不同激勵(lì)參數(shù)條件下的傳遞函數(shù)，得出了在不同位置引入靜電、電流注入和電源線傳導(dǎo)在高壓電容和雷管上產(chǎn)生電壓的計(jì)算方法，將典型電路參數(shù)代入計(jì)算可知：在正常情況下這些因素基本上不影響安全性，但是當(dāng)三個(gè)開(kāi)關(guān)因故障而處于短路狀態(tài)，按GJB 151B饋入CS114、CS106規(guī)定的電能時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致安全失效。計(jì)算了靜電、電流注入和電源線傳導(dǎo)在三個(gè)開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生的電壓：當(dāng)三個(gè)開(kāi)關(guān)總耐壓不夠時(shí)，可能會(huì)發(fā)生三個(gè)開(kāi)關(guān)因擊穿而處于短路狀態(tài)導(dǎo)致安全失效。因此，全電子安全系統(tǒng)的初級(jí)、次級(jí)回路都應(yīng)進(jìn)行有效防護(hù)，次級(jí)回路防護(hù)應(yīng)確保彈體表面可能產(chǎn)生的強(qiáng)靜電沒(méi)有引入全電子安全系統(tǒng)高壓回路的潛在通道；初級(jí)回路的防護(hù)應(yīng)確保在可信的電/電磁激勵(lì)下，滿足三個(gè)開(kāi)關(guān)耐壓裕度要求；防護(hù)措施應(yīng)保證耦合到高壓電容或雷管上的電壓在安全裕度以內(nèi)。