电磁炮半桥拓扑结构及作业方法

技术领域

本发明涉及电磁发射器领域，尤其是一类电磁炮半桥拓扑结构，以及相应的作业方法。

背景技术

电磁炮主要形式有线圈炮和轨道炮，它把电能通过电磁方面的物理规律转化为各类载体的动能。电磁炮属于近代新概念武器，除了军事应用前景，在生产和科学研究中也有应用，如电磁钉枪、弹丸碰撞试验设备等。

电磁炮已经发展了将近两百年，中间过程较为艰难，且主要热点围绕轨道炮展开，线圈炮发展较少。但随着半导体技术的发展，特别是SCR、IGBT、MOS器件的进步，线圈炮在近年来逐渐接近实用化，但利用传统拓扑制作的线圈炮性能并不佳[1]，需要配合合理的电路拓扑结构设计，才能显著提升性能，如射速(单位时间内发射的弹量)、电能-动能转换效率(下文简称效率)、弹丸动能与设备质量之比(下文简称动质比)等。

对此，本发明以电源技术的半桥技术为基础[2]，提出了适用于线圈炮的拓扑及其改进型结构，利用SCR(晶闸管)、Diode(二极管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等具备半控或全控能力的、单向导通的半导体开关的组合控制，可以达到让电磁炮提升效率、动质比、减小系统复杂度的目的，提高鲁棒性。使得电磁炮可以实现便携轻量化的目的。

费付聪,李渊成,唐勇,陆媛媛,倪广源,黄晓琴.基于传感器控制的多级磁阻式电磁炮制作与研究[J].物理与工程,2013,23(01):25-28+35.

刘广艳.半桥式DC/DC转换器在48V充电系统中的设计[J].电气时代,2022,No.495(12):71-74.

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电磁炮半桥拓扑结构及作业方法，以提供电磁炮轻量化、高效率、高集成度的设计方案。

本发明采用的技术方案如下：

一种电磁炮半桥拓扑结构，其包括有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组所述半桥拓扑网络分别连接所述主储能单元两端；

至少一组所述半桥拓扑网络包括半桥电路，以及至少一级加速电路；

所述半桥电路，包括由半导体开关Q1、二极管D1串联的第一路开关电路，以及由半导体开关Q2、二极管D2串联的第二路开关电路，所述半导体开关Q1和Q2均为全控开关；两路开关电路的两端分别连接于所述主储能单元；

每一级加速电路均包含加速线圈和串联的选级开关，所述选级开关均为半控开关；各级加速电路的一端连接于所述半导体开关Q1和二极管D1之间，另一端连接于所述半导体开关Q2和二极管D2之间。

本发明还提供了上述电磁炮半桥拓扑结构的作业方法，该方法包括：

以各级加速电路的排列顺序，循环执行以下流程：

导通半导体开关Q1和Q2；

导通当前级加速电路的选级开关；

经过第一时间，关断所述半导体开关Q1和Q2之一；

经过第二时间，关断所述半导体开关Q1和Q2剩余的一个。

优选的，所述半桥拓扑网络至少为两组。

本发明还提供了包含两组以上半桥拓扑网络的电磁炮半桥拓扑结构的作业方法，其包括：

以各组半桥拓扑网络排列的顺序，循环执行以下流程：

导通当前组半桥拓扑网络半导体开关Q1和Q2；

导通当前组半桥拓扑网络的一级选级开关；

经过第一时间，关断所述当前组半桥拓扑网络的半导体开关Q1和Q2之一；

经过第二时间，关断当前组半桥拓扑网络的所述半导体开关Q1和Q2剩余一个。

本发明还提供了另一种电磁炮半桥拓扑结构，其包括有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组所述半桥拓扑网络分别连接所述主储能单元两端；

至少一组所述半桥拓扑网络包括半桥电路，以及至少一级加速电路；

所述半桥电路，包括由半导体开关Q1、二极管D1串联的第一路开关电路，以及由半导体开关Q2、二极管D2串联的第二路开关电路，所述半导体开关Q1和Q2均为全控开关；两路开关电路的两端分别连接于所述主储能单元；

每一级加速电路均包含加速线圈、和所述加速线圈串联的选级开关，以及与所述加速线圈并联的保护电路，所述选级开关均为全控开关；各级加速电路的一端连接于所述半导体开关Q1和二极管D1之间，另一端连接于所述半导体开关Q2和二极管D2之间。

本发明还提供了上述电磁炮半桥拓扑结构的作业方法，其包括：

以各级加速电路的排列顺序，循环执行以下流程：

导通半导体开关Q1和Q2；

导通当前级加速电路的选级开关；

经过第一时间，关断所述半导体开关Q1和Q2之一；

经过第二时间，关断所述半导体开关Q1和Q2剩余的一个；

经过第三时间，关断当前级加速电路的选级开关。

本发明还提供了另一种电磁炮半桥拓扑结构，其包括：有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组所述半桥拓扑网络分别连接所述主储能单元两端；

至少一组所述半桥拓扑网络包括半桥电路，以及至少一级加速电路；

所述半桥电路，包括由半导体开关Q1、二极管D1串联的第一路开关电路，以及由半导体开关Q2构成的第二路开关电路，所述半导体开关Q1和Q2均为全控开关；所述第一路开关电路的两端连接于所述主储能单元，所述第二路开关电路的一端连接所述主储能单元上与所述半导体开关Q1相对的一端；

每一级加速电路均包含加速线圈和串联的选级开关，所述选级开关均为半控开关；各级加速电路的一端连接于所述半导体开关Q1和二极管D1之间，另一端连接于所述半导体开关Q2的另一端；各级加速电路的加速线圈和选级开关之间，分别连接有一续流二极管。

本发明还提供了上述电磁炮半桥拓扑结构的作业方法，其包括：

以各级加速电路的排列顺序，循环执行以下流程：

导通半导体开关Q1和Q2；

导通当前级加速电路的选级开关；

经过第一时间，关断所述半导体开关Q2；

经过第二时间，关断所述半导体开关Q1。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明以电源设计的半桥技术为基础，实现用较少的半导体元器件对电磁炮工程的实施，通过对半控或全控开关等单向导电开关元器件的组合控制，提升了电磁炮的效率、动质比以及集成度，实现了电磁炮的便携、轻量化、低成本设计。

2、本发明在采用半控开关作为选级开关的基本设计思路基础上，设计了多种变型方案，解决了多级加速线圈的开关频率问题。

3、本发明实现了能量在多级加速线圈之间的循环回收利用，提高了电能-动能转换效率。

4、本发明仅需一个有极性的主储能元件，使得电磁炮机械结构更加灵活多变，可把主储能元件集中放置，方便携带或隐蔽起来。同时还解决了现有多级电磁炮的每一级需要单独储能元件，导致内阻损耗大，对铝电解电容品质要求极高的弊端。

5、本发明接线十分简洁。所有级加速电路都挂接在几根(半桥数的两倍)母线(即开关电路)上，不需要有额外的脉冲功率走线。因此布线简单，成本低，可靠性高。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是电磁炮半桥拓扑结构的基本拓扑形式。

图2是图1电磁炮半桥拓扑结构的实施方式。

图3、图4分别为对应图2中全控开关和半控开关的控制电路的实施例。

图5-图8是图2所示电磁炮半桥拓扑结构循环一次励磁、续流、能量回收的流程示意图。

图9是对电磁炮半桥拓扑结构作业过程的测试波形。

图10是设计包含两组半桥拓扑网络的电磁炮半桥拓扑结构的实施例。

图11、图12分别电磁炮半桥拓扑结构的另外两种实施例。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

一种电磁炮半桥拓扑结构，包括有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组半桥拓扑网络分别连接于所述主储能单元的两端。

所述半桥拓扑网络，包括半桥电路，以及至少一级加速电路。包含多级加速电路即形成多级电磁炮。

半桥电路由两路开关电路构成，两路开关电路同向(开关导通方向)连接于所述主储能单元；而每一级加速电路分别连接于该两路开关电路之间，每一级加速电路均包含加速线圈和串联的选级开关。

如图1所示，第一路开关电路由半导体开关Q1和二极管D2串联而成，第二路开关电路由半导体开关Q2和二极管D1串联而成，其中，半导体开关Q1和Q2均为具有全控能力的半导体开关(简称全控开关)，例如IGBT、MOS管等，两路开关电路构成半桥网络，用来控制加速线圈完成电流续流、换相后能量回收的功能。通过有全控能力的半导体开关，实现对每一级加速线圈的精准脉宽控制，来实现能量的均等分配，以匹配电磁线圈炮“均匀加速”的特性，实现比普通多级电磁炮更高的加速度、效率和动质比。两路开关电路的两端分别连接到主储能单元C1，主储能单元C1可以连接到电源进行充电。

图1中示出了三级加速电路，每一级加速电路均由加速线圈和选级开关串联而成，每一级加速电路的一端连接于半导体开关Q1和二极管D2之间，另一端连接于半导体开关Q2和二极管D1之间。如图1所示，第一级加速电路由电感L1和选级开关U1串联而成，第二级加速电路由电感L2和选级开关U2串联而成，第三级加速电路由电感L3和选级开关U3串联而成，两路开关电路间还可以连接更多的(n级)加速电路，各路加速电路的结构同理设计而成。各选级开关均是具有半控能力的半导体开关(简称半控开关)，如SCR(晶闸管)等，具有拓展半桥上的线圈数量、选择工作线圈以及辅助续流的作用，以提高电气元件的利用程度。另外，在工作时，SCR等半控开关不得主动关断，在此电路中只能电流低于维持电流关断。

如此，便设计得到由半导体开关Q1、Q2，二极管D1、D2构成的半桥电路，以及由加速线圈L1、L2、L3……Ln(n为加速电路的级数)分别串联的选级开关U1、U2、U3……Un构成的各级加速电路，配合主储能单元C1即形成了一组半桥拓扑网络。

上述的半导体开关Q1、Q2，各选级开关U1、U2……Un，均为受控的、具备单向导电能力的半导体器件，均需要借助电压信号进行导通/关断状态的控制。图2所示为半桥拓扑网络的一个具体实施例，主储能单元C1经开关SW1连接到400V电源进行充电，该主储能单元C1在电磁炮工作过程中电容不会被放尽，充电阻抗较高，可通过电池、高压电源对主储能单元C1持续补充能量，有利于减少电容数量且使连射成为可能，容易得到高射速。NET2、NET3、NET5、NET6、NET7依次为半导体开关Q1、Q2，选级开关U1、U2、U3的控制端，图3所示为半导体开关控制电路的实施例，图4所示为选级开关控制电路的实施例，图3、图4中所用的器件型号如图中的标注。其中，H6、H7为12伏转20伏的隔离电源，用于悬浮驱动供电；MCU1～MCU5分别连接STC89C52RC单片机的5个不同的I/O口，用于控制各半导体器件的导通或关断。

半桥拓扑网络在工作过程中存在三大过程，依次为励磁、续流、能量回收。展开来讲，首先导通半导体开关Q1、Q2导通，在半导体开关Q1、Q2导通时，当选级开关U1、U2、U3……Un其中之一也导通，此处以Uk(k＝1、2……n)导通为例，主储能单元C1则会对对应的加速线圈Lk供能，此为励磁过程。经过第一时间，随后半导体开关Q1、Q2其中之一断开，加速线圈Lk会进入续流状态。经过第二时间，最后半导体开关Q1、Q2全断开，加速线圈Lk会经过选级开关Uk，以及二极管D1、D2对主储能单元C1充电，完成能量回收并加速撤销该线圈的磁场。然后依据加速电路的排列顺序，重复上述过程，只是此次重复过程的当前级变成了下一级加速电路，选级开关变成为下一级的选级开关U(k+1)(若k＝n，则U(k+1)＝U1)，以此循环，每次循环之间可以间隔第三时间。线圈续流、能量回收过程都会让加速性能提升。

如图5-图8所示为本实施例一组半桥拓扑网络的作业方法过程示意图。如图5所示为第一级加速线圈的励磁过程，半导体开关Q1、Q2以及选级开关U1导通，主储能单元C1对第一级的加速线圈L1供能，加速线圈L1进入磁场构建阶段，此阶段弹丸的加速尤为缓慢。如图6所示为第一级加速线圈的续流过程，当励磁一段时间后，加速线圈L1的电流达到预设值，此时断开半导体开关Q2，加速线圈L1进入续流过程，弹丸加速力达到峰值，速度快速增加。如图7所示为能量回收过程，续流一段时间后，弹丸加速力有急剧下跌的趋势，此时断开半导体开关Q1，加速线圈L1进入能量回收过程，对残余的磁场快速吸能，避免对弹丸造成严重反拉(减速)。加速线圈L1把残余的磁场能转化为电能，被主储能单元C1吸收存储，为下一级加速作准备。如图8所示为下一级加速线圈的励磁过程，半导体开关Q1、Q2以及选级开关U2导通，后续作业过程与第一级加速线圈完全相同，再然后是第三级加速电路等来执行相同的三个过程。

如图9所示为对包含3级加速电路的一组半桥拓扑网络的作业过程中相关参数进行测试得到的测试波形。在该测试中，主储能单元C1充电至400伏后断开开关SW1；圆柱形弹丸的规格为直径8mm，长度12mm，重4.3g，材质为A3钢，国标GB119；炮管使用内径8.1mm，外径8.5mm的304不锈钢管；线圈尺寸均为内径8.5mm，外径22.7mm，长度20mm，线径各级依次为1mm、1.25mm、1.4mm,线圈间距均为22mm；弹丸的初始位置为-14mm(即线圈炮工作前弹丸中心与第一级线圈中心距离为14mm，弹丸在后)。

工作顺序及各状态：如图9所示，在0～600us之间，半导体开关Q1、Q2和选级开关U1导通，电流的暂态过程如图5所示，图9中的绿线(l1)即为加速线圈L1的电流；在400us～600us之间，断开半导体开关Q2，加速线圈L1进入续流阶段，此阶段的电流呈下降的趋势，电流的暂态过程如图6所示；在600us处断开半导体开关Q1，加速线圈L1进入能量回收阶段，电流的暂态过程如图7所示。随后，在800us～1200us之间，半导体开关Q1、Q2和选级开关U2导通，加速线圈L2开始工作(图9中橙线l2)，1100us处关断半导体开关Q2，1200us处关断半导体开关Q1；1400us～1650us之间半导体开关Q1、Q2和选级开关U3导通，加速线圈L3开始工作(图9中深绿线l3)，1580us处关断半导体开关Q2，1650us处关断半导体开关Q1。可见电容电压(图9中紫线l4)上下起伏的波动，并呈下降趋势，以及弹丸的受力情况(图9中深蓝线l5)、弹丸的速度(图9中红线l6)，表现加速状态良好。

在本典型实施案例中，并未给电磁炮的MCU加入传感器，只是让MCU达到定时控制各半导体器件的工作状态，我们称之为时序。当级数、弹丸速度较低时，即便没有加入传感器反馈的情况下它也能表现得十分稳定。若速度在比如200m/s以上，就需要考虑加弹丸位置的检测了。对于电磁炮弹丸位置的检测，可采用光电传感器、霍尔传感器等形式，并且根据实时状态，给予MCU反馈信号并自修正时序，让弹丸一直保持在良好的加速状态。

实施例二

实施例一中的半桥拓扑网络属于本发明的基本设计构思，其能够满足需求不高的一些应用场景，但也存在一些不足，主要原因是选级开关采用具有半控能力的半导体开关，其开关频率低，若是操作速度高于其开关频率，则会存在选级开关在恢复时间内再次承受正向电压，而发生选级开关失控导通，无法关断的问题，此时会发生效率低以及损坏电路的问题。对此，本实施例将电磁炮半桥拓扑结构设计为了包含多组(两组及以上)半桥拓扑网络，通过各组半桥拓扑网络交替工作，使得每一组半桥拓扑网络中的选级开关空闲时间得以增加。

如图10所示，为设计两组半桥拓扑网络的实施例，图10示出的是本实施例的电路原理图，在实际中，各组半桥拓扑网络的加速电路(主要是加速线圈)交错排列，例如图10中加速线圈L1、L2、L3、L4依次排列，或者，如果还包括第三组半桥拓扑网络，其包含加速线圈L5、L6，则加速线圈L1、L2、L5、L3、L4、L6依次排列，即每一组半桥拓扑网络的前一级加速电路依次排列后，再依次排列每一组半桥拓扑网络的后一级加速电路，以此类推。当然，不严格按照顺序排列的方式进行布置，也是可行的，只要同一组半桥拓扑网络中相邻加速线圈间布置了其他半桥拓扑网络的加速线圈。半桥拓扑网络的组数，以及每一组中的加速电路的级数，可以灵活设置，但是优选的，每一组半桥拓扑网络的加速电路的级数是相等的。

在设计多组半桥拓扑网络时，各组半桥拓扑网络则需要交替工作。作为最简单的示例，以各加速线圈排列的顺序，通过控制对应的半桥电路和选级开关，依次控制各加速线圈执行励磁、续流、能量回收过程。例如图10所示实施例中，首先控制加速线圈L1执行励磁、续流、能量回收过程，然后控制加速线圈L2执行励磁、续流、能量回收过程，再然后是加速线圈L3、L4，以此类推。当然，也可以通过其他顺序进行作业，例如首先控制加速线圈L1执行励磁、续流、能量回收过程，然后控制加速线圈L4执行励磁、续流、能量回收过程，再然后是加速线圈L3、L2，只要不连续控制同一组半桥拓扑网络的加速线圈执行即可。从原理上讲，是以各组半桥拓扑网络排列的顺序，循环控制每一组半桥拓扑网络的一级加速电路执行该三个流程，三个流程即：导通当前组半桥拓扑网络半导体开关Q1和Q2；导通当前组半桥拓扑网络的一级选级开关；经过第一时间，关断所述当前组半桥拓扑网络的半导体开关Q1和Q2之一；经过第二时间，关断当前组半桥拓扑网络的所述半导体开关Q1和Q2剩余一个。而针对每一组半桥拓扑网络，其又是以其各级加速电路在该组半桥拓扑网络中排列的顺序进行作业控制的。本实施例中所说的第一组、第二组……，第一级、第二级……的顺序，即为加速线圈导通的顺序，其可以与物理排列顺序形同，也可以不同，即第一个导通加速线圈的半桥拓扑网络即可称之为第一组，第二个导通的半桥拓扑网络即可称之为第二组，以此类推；第一个导通的加速电路即可称之为第一级，第二个导通的加速电路，即可称之为第二次级，以此类推，第二个导通的加速电路，可以是物理排序上排列第二的加速电路，也可以排在其他位置上的加速电路，当然，优选是导通顺序与物理排列顺序相同。

实施例三

作为解决具有半控能力的半导体开关的开关频率低的问题，本实施例提供了另一种解决方案，设计了另一种半桥拓扑网络。

如图11所示，在实施例一所设计的电磁炮半桥拓扑结构基础上，将各组半桥拓扑网络中的每一级加速电路中的选级开关均替换为全控开关，并且，在每一级加速电路中的加速线圈上，均连接(并联)上保护电路。在一些实施例中，保护电路由压敏电阻和二极管串联而成，如图11所示，以一组半桥拓扑网络包含三级加速电路为例，第一级加速电路采用半导体开关Q3作为选级开关，在加速线圈L1上并联有由压敏电阻RV1和二极管D3串联而成的第一级保护电路，作为半导体开关Q3的保护电路；同样的，第二级加速电路采用半导体开关Q4作为选级开关，在加速线圈L2上并联有由压敏电阻RV2和二极管D4串联而成的第二级保护电路，第,三级加速电路采用半导体开关Q5作为选级开关，在加速线圈L3上并联有由压敏电阻RV3和二极管D5串联而成的第三级保护电路，半导体开关Q3、Q4、Q5均为全控开关。若要设计更多的加速电路，则同理拓展即可，使用压敏电阻RV1、RV2、RV3……RVn(n为加速电路的级数)分别串联二极管D3、D4、D5……D(n+2)以分别作为半导体开关Q3、Q4、Q5……Q(n+2)的保护电路。这样，使得选级开关能够随时关断，解决半控开关的开关频率低的问题，降低对各级电路的控制难度。

本实施例的电磁炮半桥拓扑结构的作业方法与实施例一相同，即依次控制各级加速电路执行励磁、续流和能量回收的流程，只不过，因为选级开关是全控开关，加速电路在执行能量回收流程后的第三时间，需要主动关断该级加速电路的选级开关。即以各级加速电路的排列顺序，循环执行以下流程：导通半导体开关Q1和Q2；导通当前级加速电路的选级开关，以控制当前级加速电路的加速线圈执行励磁流程；经过第一时间，关断所述半导体开关Q1和Q2之一，以控制加速线圈执行续流流程；经过第二时间，关断所述半导体开关Q1和Q2剩余的一个，以控制加速线圈执行能量回收流程；经过第三时间，关断当前级加速电路的选级开关，能量回收完毕，为控制下一级加速电路做准备。

该实施例的变体，由于选级开关不再是半控开关，所以功率容量有所下滑，但易于控制，使得该拓扑的适配性更好。

实施例四

作为解决具有半控能力的半导体开关的开关频率低的问题，本实施例提供了另一种解决方案，设计了另一种半桥拓扑网络。

电磁炮半桥拓扑结构包括有极性的主储能单元，以及至少一组半桥拓扑网络，每一组半桥拓扑网络分别连接于所述主储能单元的两端。半桥拓扑网络，包括半桥电路，以及至少一级加速电路。

本实施例的半桥电路与实施例一的原理相同，同样包含两路开关电路，并且第一路开关电路结构也相同，只是第二路开关电路只有半导体开关，另外，在每一级加速电路上，在加速线圈与选级开关之间，分别连接有一续流二极管，该二极管连接到主储能单元。这样可以在续流和能量回收过程中，使得选级开关(半控开关)不再参与，让选级开关空闲时间更长。

半桥拓扑网络包括由半导体开关Q1和二极管D1串联而成的第一路开关电路，还包括由半导体开关Q2构成的第二路开关电路；第一路开关电路(依据半导体开关Q1的导通方向为正向)并联到主储能单元；第二路开关电路(依据半导体开关Q2的导通方向为正向)连接到主储能单元的负极，半导体开关Q1和Q2均为全控开关。半桥拓扑网络包含至少一级加速电路，每一级加速电路均包含加速线圈和串联的选级开关，选级开关均为半控开关。在半导体开关Q1和二极管D1之间，分别连接每一级加速线圈的一端，各加速线圈的另一端分别经一选级开关连接到半导体开关Q2。在每一级加速电路的加速线圈和选级开关之间，连接有一二极管，该二极管连接到主储能单元的正极。这样，加速线圈的励磁过程，有选级开关控制开启，而在续流和能量回收流程中，加速线圈上的电流则直接从二极管流出，选级开关不再参与该两个流程。

如图12所示，以一组半桥拓扑网络包含3级加速电路为例，第一路开关电路由半导体开关Q1和二极管D1串联而成，半导体开关Q1连接到主储能单元的正极。半桥拓扑网络的第一级加速电路由加速线圈L1和选级开关U1串联而成，第二级加速电路由电感L2和选级开关U2串联而成，第三级加速电路由电感L3和选级开关U3串联而成，还可以同理连接更多的(n级)加速电路，每一级加速电路均经半导体开关Q2回到主储能单元的负极。第一级加速电路中，加速线圈L1和选级开关U1之间，通过二极管D2连接到主储能单元的正极；第二级加速电路中，加速线圈L2和选级开关U2之间，通过二极管D3连接到主储能单元的正极；第三级加速电路中，加速线圈L3和选级开关U3之间，通过二极管D4连接到主储能单元的正极，更多级数的二极管同理设计。这样设计的思路是，通过选级开关选通加速电路，决定哪一级的加速线圈开始执行励磁流程，又通过该级加速电路的二极管将选级开关排除在续流和能量回收流程之外。

本实施例的电磁炮半桥拓扑结构，其作业方法与实施例一的大体相同，只是，这样设计，在续流过程中，则是要求保持半导体开关Q1导通，而半导体开关Q2关闭，而不再是导通任意一个而关断另一个，从而使得选级开关U1-Un不再承担续流的作用，在续流、能量回收过程中不再参与工作，让选级开关空闲时间更长，有利于其性能的恢复，故对开关频率的要求有所降低，可让两线圈中心距离更近，有利于加速结构的紧凑化，使电磁炮小型化。

展开来说，本实例中，以一组半桥拓扑网络说明电磁炮半桥拓扑结构的作业过程，其是以各级加速电路的排列顺序，循环执行以下流程：导通半导体开关Q1、Q1，在半导体开关Q1、Q2导通时，当选级开关U1、U2、U3……Un其中之一也导通，此处以Uk(k＝1、2……n)导通为例，主储能单元C1则会对对应的加速线圈Lk供能，此为励磁过程。随后半导体开关Q2断开，保持半导体开关Q1导通，加速线圈Lk上的电流经二极管D(k+1)进入续流状态。最后半导体开关Q1也断开，加速线圈Lk会经过二极管D(k+1)，以及二极管D1对主储能单元C1充电，完成能量回收。

总的来讲，在实际应用中，本发明可能以是单兵武器的形式存在(电磁枪)，也可以是各类电磁弹射系统(如飞机的弹射)，采用PCB技术构建控制和放电回路，提高集成度，将电磁炮半桥拓扑结构全部涵盖到武器内部，在炮管上装设多个紧凑排列的线圈，主储能单元C1可集成在加速结构上，或者背包内，作为能量暂储系统，为加速结构提供高品质的脉冲电流。利用电池作为系统的持续能源，配合升压系统把电池电压转换为主储能单元C1适合储存的电压。另外，利用高射速、速度可控的优势，可对有生命的人或动物进行无伤驱赶。

本发明也可应用于舰载或者岸边防御的动能武器中，利用本身的加速结构与储能结构可分离的优势，可做到转动灵活、低惯量的加速结构的动能武器系统，对目标进行快、准、狠地打击。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。