4-83  光电混合点火单元实验和安全性改进

施志贵

基于串联光电池阵列和半导体桥（SCB）点火器的组合运用设计了光电混合点火实验装置（图1）：光电池阵列（PV-array）将二极管激光器（LD）发射的准连续波激光转换成电能并存储在电容器（6.8 mF/125 V）中，示波器通道3（CH3）用于监测电容器充电，当充电电压达到最大值（大于50V）时，闭合触点开关K，触发MOS功率场效应管（IRF540）闭合，电容器快速放电，驱动SCB点火。示波器通道1（CH1）用于采样放电回路电流，通道2（CH2）用于测量SCB两端电压。LD的输出光功率密度约为250 mW/cm²，光电池阵列的开路电压72.5 V，短路电流125 mA，SCB尺寸为100 mm´380 mm´2 mm。

利用示波器通道3监测到电容器充电到53 V的时间为7.2 s，此时间正比于可利用的激光功率。利用示波器通道2测量了SCB两端的电压，发现有两个电压峰值，这与SCB点火过程相对应。第一个峰值对应SCB汽化前的硅桥加热，从SCB开始汽化直到汽化完成，桥区一直维持低电阻，在电流的持续加热下硅蒸汽开始电离，桥区阻抗急剧上升，直到电压曲线出现第二个峰值，这对应于硅等离子体加热阶段开始（即LTD过程开始），时间约为3.5 ms。Benson等人认为只有当LTD过程形成时，SCB才能点燃炸药，并且明确指出如果电流脉冲的持续时间小于3 ms，则LTD过程就不能出现。由此可见，SCB点火的阈值电流约为15.0 A，与计算值的14.3 A接近，点火电压约为33.0 V。

为了提高光电混合点火单元的安全性和非授权使用控制能力，可以在图1电路中加入点火密码鉴别单元，允许系统只用预定特征的点火码点火，如图2所示。另一提高光电混合点火单元安全性的方法是使用半导体光导开关（PCSS）作为起爆开关。由于光导开关采用光学手段控制，可以做到不受电磁的干扰，它的响应速度极快，并且定时精确，体积小，电路的杂散电容和分布电感小，因此它将成为一种十分理想的点火开关。用于实验的光电混合点火单元是最初的原理性演示样机，其安全性需要进一步改进和完善。