景莉 張麗梅 張威 劉新偉 張凱 劉曉剛 郝芳

多路并聯(lián)半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器同步發(fā)火故障機(jī)理研究

景莉 張麗梅 張威 劉新偉 張凱 劉曉剛 郝芳

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器在工程應(yīng)用中通常為多個(gè)產(chǎn)品并聯(lián)在同一供電回路中使用，以實(shí)現(xiàn)火工裝置同步點(diǎn)火。在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)某個(gè)火工裝置點(diǎn)火失敗的現(xiàn)象。當(dāng)前，研究主要集中在半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器本身電阻變化對單路點(diǎn)火過程電流、電壓的影響，對多路并聯(lián)半導(dǎo)體橋電流響應(yīng)特性的研究較少。半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器在多路并聯(lián)同步使用時(shí)，作用機(jī)理及故障原理不清限制了其在該場合中的應(yīng)用。文章設(shè)計(jì)搭建了多路并聯(lián)半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器點(diǎn)火電路，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火器多路并聯(lián)使用時(shí)，支路電流存在突然下降或上升速度緩慢的現(xiàn)象，均可能造成點(diǎn)火器半導(dǎo)體橋區(qū)燒蝕不完全或瞎火。結(jié)合半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的點(diǎn)火機(jī)理分析得出電路電流突然下降會(huì)導(dǎo)致相變過程中止、電流上升較慢會(huì)導(dǎo)致相變能量不足，均會(huì)造成半導(dǎo)體橋電爆能量無法正常釋放，進(jìn)而無法正常激發(fā)內(nèi)部起爆藥，這是半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器用在多路并聯(lián)電路情況時(shí)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗的重要原因。

半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器 并聯(lián)發(fā)火 發(fā)火電流特性 電爆燒蝕現(xiàn)象 火工品

0 引言

半導(dǎo)體橋（Semiconductor Bridge，SCB）點(diǎn)火器是一種利用半導(dǎo)體膜或金屬-半導(dǎo)體復(fù)合膜作為發(fā)火元件的火工品，因其具備高瞬發(fā)度、同步性好的優(yōu)點(diǎn)，逐漸替代傳統(tǒng)的橋絲式點(diǎn)火器和橋帶式點(diǎn)火器，成為火工品發(fā)展史中的第三代火工品之一[1]。多路并聯(lián)使用半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器因能夠高精度同步起爆多個(gè)火工裝置，在滿足航天任務(wù)需求方面具有應(yīng)用前景。

國內(nèi)外對半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的研究主要集中在其本身電阻變化對單路點(diǎn)火過程電流、電壓的影響，或是電阻升溫過程的研究，如文獻(xiàn)[2-5]重點(diǎn)研究了單路電容起爆半導(dǎo)體橋發(fā)火電流特性及電阻表征模型；文獻(xiàn)[6-10]重點(diǎn)研究了半導(dǎo)體橋電阻升溫過程的特性并建立橋區(qū)能量隨溫度變化的表征方程。已有的研究成果對半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器多路并聯(lián)使用時(shí)的電流響應(yīng)特性研究較少，造成實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)同步發(fā)火單路點(diǎn)火失敗的故障機(jī)理不清，從而限制了半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器在多路并聯(lián)工程實(shí)踐中的應(yīng)用。

本文基于半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的點(diǎn)火機(jī)理，提出了微觀區(qū)域性相變分析法，建立了供電過程中半導(dǎo)體橋電阻變化與半導(dǎo)體橋區(qū)不同區(qū)域溫度和狀態(tài)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用情況，針對多路并聯(lián)半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器同步發(fā)火的故障機(jī)理開展研究，搭建多路并聯(lián)點(diǎn)火電路，對起爆后半導(dǎo)體橋區(qū)形態(tài)以及每一支路實(shí)測的點(diǎn)火電流曲線進(jìn)行分析，得出多路并聯(lián)半導(dǎo)體點(diǎn)火器同步發(fā)火的支路點(diǎn)火電流響應(yīng)特性及產(chǎn)生單路點(diǎn)火故障的原因。通過本文的研究，可指導(dǎo)多路并聯(lián)半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的使用及電路設(shè)計(jì)，從而提高半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器多路并聯(lián)同步點(diǎn)火的可靠性。

1 基于區(qū)域性相變分析半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的工作過程

半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器核心部件為半導(dǎo)體橋，其形狀不同性能會(huì)有較大差異，本文基于兩端對稱設(shè)計(jì)“V”型缺口的“H”型半導(dǎo)體橋（又稱為碟形半導(dǎo)體橋）[11]，提出了一種半導(dǎo)體橋微觀區(qū)域劃分的分析方法，結(jié)合半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的點(diǎn)火機(jī)理分析其工作全過程。

半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器橋藥結(jié)合區(qū)如圖1所示。當(dāng)通以足夠大的脈沖電流時(shí)，半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的半導(dǎo)體橋區(qū)因焦耳熱迅速氣化并在電場的作用下形成等離子體放電，高溫等離子體沖擊起爆藥，使藥劑受熱達(dá)到著火溫度而發(fā)火。

圖1 半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器橋藥結(jié)合區(qū)示意

在電流加載過程中，半導(dǎo)體橋會(huì)隨著溫度的變化快速經(jīng)歷“固態(tài)—液態(tài)—?dú)鈶B(tài)—等離子體”的相變過程，不同相變階段，其阻抗會(huì)發(fā)生變化。這種復(fù)雜性是由半導(dǎo)體材料特殊的阻抗溫度特性和相變造成的。在發(fā)火電流導(dǎo)通時(shí)，半導(dǎo)體材料的阻抗由于焦耳熱的熱效應(yīng)迅速發(fā)生變化，并隨著半導(dǎo)體橋的相變過程的變化而隨之波動(dòng)。在加電初始階段，由于熱效應(yīng)半導(dǎo)體橋電阻增大，當(dāng)溫度超過多晶硅溫度系數(shù)臨界特征溫度（約1 000 K）時(shí)[12-13]，半導(dǎo)體橋中導(dǎo)電粒子運(yùn)動(dòng)速度加快，掙脫晶格約束，粒子濃度呈指數(shù)上升，電阻變小，半導(dǎo)體呈負(fù)溫度特性，阻值隨著溫度升高變小，直至達(dá)到硅融化點(diǎn)溫度（1 684 K）；電阻進(jìn)一步減小，使線路電流增大，呈正反饋過程，促使半導(dǎo)體橋迅速釋放熱傳導(dǎo)熱量和電爆高溫粒子，從而點(diǎn)燃裝藥。

在點(diǎn)火時(shí)，半導(dǎo)體橋隨著相變過程的推進(jìn)，對能量集中性的需求呈增長趨勢。當(dāng)點(diǎn)火器輸入電流足夠大時(shí)，半導(dǎo)體橋橋區(qū)的相變過程非常迅速，幾種相變狀態(tài)在橋區(qū)有共存現(xiàn)象。半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器橋區(qū)狀態(tài)隨溫度的變化如表1所示[14-16]。

表1 半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器橋區(qū)不同溫度下的狀態(tài)

Tab.1 The state of SCB at different temperatures

結(jié)合表1半導(dǎo)體橋不同溫度下的變化過程以及實(shí)際電流在橋區(qū)的流動(dòng)情況，將半導(dǎo)體橋進(jìn)行微觀區(qū)域劃分，包含A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)，具體區(qū)域位置如圖2所示。根據(jù)供電過程中由于電流密度不同引起的溫度梯度，對半導(dǎo)體橋不同區(qū)域的橋區(qū)狀態(tài)進(jìn)行分析，從而將半導(dǎo)體橋阻值變化與橋區(qū)狀態(tài)進(jìn)行關(guān)聯(lián)對應(yīng)，具體分析情況如表2所示，分為序號(hào)1～6種橋區(qū)狀態(tài)。半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器在實(shí)際使用過程中，由于電阻無法直接測量，通常通過分析流經(jīng)半導(dǎo)體橋的電流隨時(shí)間變化，來表征半導(dǎo)體橋電阻變化。如圖3所示，以半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器工作過程電流隨時(shí)間變化的典型曲線為例，關(guān)聯(lián)對應(yīng)了序號(hào)1～6種橋區(qū)狀態(tài)在曲線中的分布情況。

圖2 SCB橋區(qū)電流流動(dòng)情況以及微觀區(qū)域劃分

表2 半導(dǎo)體橋橋區(qū)不同部位在供電過程中的溫度和狀態(tài)變化

Tab.2 The state of SCB at different temperatures

通過圖2可以看出，在供電過程中，碟形半導(dǎo)體橋片在尖點(diǎn)部位（A區(qū)）和中間部位（B區(qū)）電流流經(jīng)的截面最小，電流密度最大，能量最集中，溫度升高快，率先達(dá)到熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，熔化和汽化形成硅蒸汽，局部進(jìn)入電爆過程，電離放熱，形成能量正反饋，促進(jìn)下一區(qū)域的電爆過程，進(jìn)而使電爆區(qū)域向四周蔓延，直至整個(gè)橋區(qū)全部實(shí)現(xiàn)電爆。這種能量首先在尖端集中，隨后向四周蔓延的現(xiàn)象稱為“尖點(diǎn)效應(yīng)”。

半導(dǎo)體橋工作時(shí)，由于尖點(diǎn)效應(yīng)，尖點(diǎn)部分的硅首先熔化，熔化后的液態(tài)硅材料電阻僅為固態(tài)的十分之一，因此熔化后液態(tài)區(qū)的加熱速率遠(yuǎn)高于固態(tài)區(qū)，液態(tài)區(qū)的液態(tài)硅進(jìn)一步吸收熱量進(jìn)而形成硅蒸汽。氣態(tài)的橋區(qū)不導(dǎo)電，因此電流沿著氣態(tài)區(qū)的邊緣通過，持續(xù)將邊緣的硅加熱，重復(fù)熔化—汽化的過程，使氣態(tài)區(qū)不斷變大。在氣態(tài)區(qū)變大的過程中，硅氣體離子數(shù)量不斷增多，首先形成一個(gè)較弱的離子氣體層，隨著電流增加，電離不斷加強(qiáng)，最終產(chǎn)生較強(qiáng)的熱等離子層，在后期放電時(shí)產(chǎn)生等離子體輻射、放電，將能量傳輸給起爆藥而使藥劑引燃[13]。

注：圖中序號(hào)1～6對應(yīng)表2中序號(hào)1～6，表示半導(dǎo)體。

2 多路并聯(lián)半導(dǎo)體橋特性及故障現(xiàn)象分析

2.1 試驗(yàn)情況

搭建一個(gè)電源同時(shí)起爆四路半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的電路，在試驗(yàn)室中模擬多路并聯(lián)點(diǎn)火器同步起爆任務(wù)的實(shí)際工程應(yīng)用情況，具體電路如圖4所示。試驗(yàn)電源為23V穩(wěn)壓電源；半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器編號(hào)分別為點(diǎn)火器1號(hào)～點(diǎn)火器8號(hào)，半導(dǎo)體橋?yàn)榈伟雽?dǎo)體橋，規(guī)格為100 μm×400 μm×2 μm；電路開關(guān)分別選用實(shí)際工程中常用的機(jī)械開關(guān)和電子開關(guān)的兩種類型開關(guān)，即電磁繼電器（單個(gè)觸點(diǎn)接觸電阻0.01 Ω）和MOS功率開關(guān)管（電阻0.06 Ω）。發(fā)火方式為一點(diǎn)四模式。

選用兩種不同類型的開關(guān)分別進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，電路接通后，通過電流鉗及示波器對4個(gè)支路的點(diǎn)火電流進(jìn)行測量，采集頻率為100 MHz；并同時(shí)觀察點(diǎn)火后的橋區(qū)相變形態(tài)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)電流與供電時(shí)間曲線如圖5所示，電路控制選用不同類型的開關(guān)時(shí)，并聯(lián)電路中各支路電流曲線有所不同。當(dāng)電路開關(guān)使用1個(gè)電磁繼電器時(shí)，各支路通過繼電器吸合4對觸點(diǎn)進(jìn)行供電，各支路電流存在供電不同步的現(xiàn)象；當(dāng)電路開關(guān)使用MOS功率開關(guān)管時(shí)，能夠改善電磁繼電器中各支路電流供電不同步的情況，但各支路供電電流上升沿時(shí)間較長，比較緩慢。之后，針對實(shí)測的兩種不同電流供電特性，對半導(dǎo)體橋點(diǎn)火特性及故障現(xiàn)象進(jìn)行分析。

圖4 點(diǎn)火電流不同步影響試驗(yàn)簡化電路圖

圖5 一個(gè)電源同時(shí)點(diǎn)四路半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器電路電流隨時(shí)間變化曲線

（1）點(diǎn)火電流供電不同步對半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的影響分析

通過圖5（a）實(shí)測的4個(gè)半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器支路電流變化曲線看出，各點(diǎn)火器實(shí)測的電流上升沿起始點(diǎn)分別為0 μs、25 μs、140 μs、176 μs，電流上升沿均在5 μs左右，說明電路接通時(shí)，電流迅速作用在半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器上，但繼電器的4對觸點(diǎn)在吸合時(shí)具有最大偏差，達(dá)到176 μs的不同步性。同時(shí)觀察電流曲線變化，發(fā)現(xiàn)電路在接通點(diǎn)火器2通電25 μs后，點(diǎn)火器4所在支路接通，此時(shí)點(diǎn)火器2實(shí)測的電流曲線急速下降至4.5A，之后再逐漸恢復(fù)至6.8 A，出現(xiàn)了明顯的電流急降拐點(diǎn)；電路在接通點(diǎn)火器3通電36 μs后，點(diǎn)火器1所在支路接通，此時(shí)點(diǎn)火器3實(shí)測的電流曲線同樣出現(xiàn)了電流急降拐點(diǎn)，最低降至3.6A，之后在逐漸恢復(fù)至5A，由此可以說明后吸合的電路支路會(huì)導(dǎo)致先吸合的電路支路中通過點(diǎn)火器的電流出現(xiàn)急降拐點(diǎn)，對其余支路中正在通電的半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器電流輸入造成短暫干擾。

試驗(yàn)完成后，對工作后的點(diǎn)火器半導(dǎo)體橋區(qū)進(jìn)行了顯微拍照，如圖6所示，后導(dǎo)通電流的點(diǎn)火器1和點(diǎn)火器4橋區(qū)燃燒正常，先導(dǎo)通電流的點(diǎn)火器2和點(diǎn)火器3橋區(qū)燃燒不完全，呈青色液態(tài)流動(dòng)凝固狀。利用區(qū)域性相變分析方法分析，點(diǎn)火器2和點(diǎn)火器3分別在導(dǎo)通電流后26μs和36μs時(shí)出現(xiàn)的電流急降，正是電路的電流處于變小后的上升階段，說明半導(dǎo)體橋已經(jīng)進(jìn)入相變階段，結(jié)合區(qū)域性相變分析理論，蝶形半導(dǎo)體橋片的A區(qū)和B區(qū)已經(jīng)開始液化。在半導(dǎo)體橋區(qū)發(fā)生相變時(shí)，更加需要持續(xù)供應(yīng)一定密度的能量用于支持橋區(qū)繼續(xù)相變，此時(shí)電路中的供電電流受到另一電路接通時(shí)突然急降的干擾，導(dǎo)致該區(qū)域的相變終止，使橋區(qū)表現(xiàn)出不完全燒蝕現(xiàn)象。

圖6 工作后的SCB燒蝕狀態(tài)圖

該試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)多路半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器并聯(lián)點(diǎn)火時(shí)，支路上開關(guān)接通時(shí)間不同步會(huì)導(dǎo)致后接通支路引起先接通支路的電流急降?；诎雽?dǎo)體橋點(diǎn)火器的作用機(jī)理，若點(diǎn)火器處于相變過程中，此時(shí)電流下降會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體橋相變過程因能量無法持續(xù)供給而使相變過程中斷，進(jìn)而使點(diǎn)火器失效。

（2）點(diǎn)火電流上升慢對半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的影響分析

通過圖5（b）電流變化曲線看出，使用MOS功率開關(guān)管控制的電路能夠保證四個(gè)支路上點(diǎn)火器同時(shí)接通，電流曲線呈現(xiàn)同時(shí)上升，但上升到平穩(wěn)段的電流出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)間約105 μs，其電流上升沿時(shí)間和出現(xiàn)電流拐點(diǎn)時(shí)間較電磁繼電器開關(guān)控制的電路長。因此，使用MOS功率開關(guān)管控制電路能夠保證各支路電流的同步性，避免各支路之間的相互干擾，但根據(jù)實(shí)測電流曲線結(jié)果看出電流達(dá)到規(guī)定的供電電流需要一定的上升時(shí)間。利用區(qū)域性相變分析方法分析，電流上升的快慢直接影響半導(dǎo)體橋片“尖點(diǎn)效應(yīng)”的反應(yīng)程度，因此，為進(jìn)一步研究電流上升快慢對半導(dǎo)體橋能量釋放的影響，再次搭接試驗(yàn)電路，該試驗(yàn)電路簡化圖如圖7所示。利用電容充電的方式控制電路開關(guān)，從而達(dá)到調(diào)整輸入電流上升沿大小的目的。試驗(yàn)試件使用半導(dǎo)體橋電極塞，編號(hào)為1#～6#，半導(dǎo)體橋部位為蝶形半導(dǎo)體橋，規(guī)格為100 μm× 400 μm× 2 μm，與半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器一致。試驗(yàn)過程中，通過觀察通入半導(dǎo)體橋電極塞電流的變化情況以及半導(dǎo)體橋電極塞通電后的燒蝕狀態(tài)，分析電流上升沿對半導(dǎo)體橋能量釋放的影響，試驗(yàn)共進(jìn)行了6次。

試驗(yàn)過程中使用電流鉗及示波器對通過半導(dǎo)體橋片的電流進(jìn)行測量和監(jiān)測，示波器采樣頻率為100 MHz。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示，實(shí)測通過半導(dǎo)體橋電流與供電時(shí)間的變化曲線如圖8所示，橋區(qū)相變形態(tài)圖如圖9所示。

表3 上升沿點(diǎn)火試驗(yàn)數(shù)據(jù)

Tab.3 Data in the different rising edge of power supply test

圖7 模擬不同供電上升沿的點(diǎn)火電路示意

圖8 不同電流上升沿SCB電極塞實(shí)測電流曲線圖

圖9 上升沿點(diǎn)火器試驗(yàn)后橋區(qū)表面燒蝕狀態(tài)圖

以上6組試驗(yàn)均是在相同的供電電壓條件下進(jìn)行的，僅電流上升沿設(shè)置不同。如圖8所示，通過對比6組通過半導(dǎo)體橋電極塞的實(shí)測電流曲線，可以看出供電上升沿為27 μs的1#半導(dǎo)體橋電極塞的電流變化時(shí)間遠(yuǎn)小于其余2#～6#半導(dǎo)體橋電極塞；同時(shí)峰值電流也最大，具體數(shù)值如表3所示。說明當(dāng)電流上升沿為27 μs時(shí)，半導(dǎo)體橋反應(yīng)迅速，在整個(gè)相變反應(yīng)過程中橋阻變化小，因此實(shí)際經(jīng)過半導(dǎo)體橋的峰值電流較大；當(dāng)電流上升沿增加時(shí)，供給半導(dǎo)體橋相變的能量減緩，使橋片“尖點(diǎn)效應(yīng)”減弱，半導(dǎo)體橋相變電阻波動(dòng)增加，同時(shí)隨著電流上升時(shí)間的增大，電阻阻值波動(dòng)時(shí)間增長。因此，隨著供電電流的上升沿時(shí)間增大，實(shí)測半導(dǎo)體橋兩端電流變化時(shí)間變長，即說明半導(dǎo)體橋區(qū)橋阻變化時(shí)間增大，半導(dǎo)體橋相變反應(yīng)過程變長。

進(jìn)一步對比電流上升沿設(shè)置在125～189 μs之間的2#～6#半導(dǎo)體橋電極塞實(shí)測的電流變化曲線，第一個(gè)電流峰值的持續(xù)時(shí)間T隨著電流上升沿時(shí)間的增加而增長，同時(shí)第一峰值電流值隨著上升沿時(shí)間的增加而減少。結(jié)合圖9橋區(qū)燒蝕圖像可以看出，3#半導(dǎo)體橋電極塞（上升沿為144 μs）試驗(yàn)后，橋區(qū)明顯成青色熔融狀態(tài)，起爆成像不如其余試件，說明該橋片能量沒有正常釋放。進(jìn)一步說明半導(dǎo)體橋在點(diǎn)火電流供應(yīng)速度減緩時(shí)，相變速度隨著能量輸入減緩而減慢，橋片不同區(qū)域的相變速度趨于一致，從而使橋阻增大，實(shí)際供電電流減小，進(jìn)而影響點(diǎn)火能量釋放。

3 結(jié)束語

半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器的電熱電爆作用機(jī)理是由半導(dǎo)體橋的電阻溫度特性和相變特性決定的，其換能原理涉及到電能-熱能轉(zhuǎn)化、不同材質(zhì)間的熱傳導(dǎo)等理論，工作過程十分復(fù)雜。單路半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器工作時(shí)，電路上的器件較簡單，受到的干擾少。多路半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器并聯(lián)使用時(shí)，由于支路上開關(guān)導(dǎo)通的不同步性，使各支路間電流會(huì)產(chǎn)生相互影響，后導(dǎo)通支路電流上升沿會(huì)引起先導(dǎo)通支路中的穩(wěn)態(tài)電流出現(xiàn)瞬態(tài)下降，這是同一電源給多路半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器供電時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流后導(dǎo)通支路點(diǎn)火器發(fā)生故障的主要原因。在半導(dǎo)體橋發(fā)生相變過程中供電電流突然下降會(huì)使半導(dǎo)體橋相變過程部分或完全終止，由于此時(shí)半導(dǎo)體橋已經(jīng)開始熔化或橋路電阻發(fā)生較大變化，導(dǎo)致此過程不可逆，即使后續(xù)電流恢復(fù)正常，也可能由于半導(dǎo)體橋的換能性能已經(jīng)發(fā)生變化而無法釋放等離子體激發(fā)起爆藥，最終導(dǎo)致點(diǎn)火失效；此外，并聯(lián)電路點(diǎn)火時(shí)，若各支路電流同步，但電流上升較慢，也會(huì)造成在半導(dǎo)體橋相變時(shí)能量供應(yīng)不足，無法支撐電離狀態(tài)的能量需要，可能會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。因此，在進(jìn)行多路并聯(lián)半導(dǎo)體橋電路設(shè)計(jì)時(shí)，要通過使用MOS功率開關(guān)管等電子器件，保證各支路中電流持續(xù)、穩(wěn)定，此外，還需關(guān)注供電上升速度，可以通過合理的電路設(shè)計(jì)，提高控制開關(guān)的響應(yīng)速度來實(shí)現(xiàn)，從而保證各支路半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器正常工作，確保點(diǎn)火器的可靠性。

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Research on Synchronous Ignition Current Response Characteristics and Fault Phenomena of Multichannel Parallel Semiconductor Bridges

JING Li ZHANG Limei ZHANG Wei LIU Xinwei ZHANG Kai LIU Xiaogang HAO Fang

（Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China）

Semiconductor bridge(SCB) igniters are usually connected in a multichannel parallel circuit to realize simultaneous initiation of multiple igniters. However, some product in the parallel circuit may fail to ignite in engineering application. At present, many researches focus on how the resistance change of the semiconductor bridge influence the current and voltage in a single circuit, there are few studies on the current response characteristics of semiconductor bridges in multiple parallel circuit. In this paper, we design a multi-channel parallel semiconductor bridge ignition circuit and record the current of each branch in tests. It is found that the current of some branch drops suddenly or rises slowly in the multichannel parallel circuit. Combined with the analysis of ignition mechanism of semiconductor bridge, it is concluded that the sudden drop of circuit current will stop the phase transition process, and the slow rise of current will lead to the lack of phase transition energy, these two phenomenon will lead to the lack of energy to excite the primary explosive, and is one of the important reasons for ignition failure.

semiconductor bridge igniters; multichannel parallel fire; characteristics of ignition current; electro-explosive ablation phenomena; explosive initiator

TJ450.1

A

1009-8518(2023)03-0145-09

10.3969/j.issn.1009-8518.2023.03.015

景莉，女，1985年生，2010年獲北京理工大學(xué)大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位，高級(jí)工程師。主要研究方向?yàn)楹教旎鸸ぜ夹g(shù)。E-mail：Jingli0307@163.com。

2022-03-04

景莉, 張麗梅, 張威, 等. 多路并聯(lián)半導(dǎo)體橋點(diǎn)火器同步發(fā)火故障機(jī)理研究[J]. 航天返回與遙感, 2023, 44(3): 145-153.

JING Li, ZHANG Limei, ZHANG Wei, et al. Research on Synchronous Ignition Current Response Characteristics and Fault Phenomena of Multichannel Parallel Semiconductor Bridges[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2023, 44(3): 145-153. (in Chinese)

（編輯：龐冰）