【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天器射频离子电推进，具体涉及一种高可靠的空心阴极中和器的电源电路及其工作方法。
技术介绍
1、射频离子电推进技术作为高性能的微电推进技术,具有高比冲、羽流准直、结构简单、易于小型化等优点，在商业微小卫星领域具有广泛的应用前景。射频离子电推进系统由射频离子推力器、中和器、电源处理与控制单元、射频功率处理单元和贮供单元组成。其中，电源处理与控制单元由直流功率处理单元和数字接口与控制单元组成，直流功率处理单元为推力器的屏栅极和加速栅极、空心阴极中和器的触持极和加热器供电，数字接口与控制单元完成电推进系统各部分的测控功能。其中，空心阴极中和器主要负责产生电子，并参与射频离子推力器的点火和中和过程。
2、在射频离子推力器点火过程中，首先通过空心阴极中和器的加热器对其内部的发射体进行预加热，使其达到电子发射温度。然后对空心阴极中和器的触持极施加高压，实现工质气体的放电击穿，中和器对外发射电子束，此时推力器的屏栅极上加载正高压，将外部电子引入放电室，在电磁场的作用下，电子与放电室内部的中性原子发生碰撞电离从而产生等离子体，从而完成推力器点火。推力器点火成功后，空心阴极中和器继续产生电子与推力器喷出的等离子体完成中和，从而维持整个射频离子电推进系统的电中性，保障系统的稳定运行。
3、在射频离子推力器点火过程中，空心阴极中和器的触持极在工质气体放电击穿瞬间产生的电子量的多少，即触持极点火瞬间电流的大小，将直接影响推力器点火成功的可靠性，触持极点火瞬间电流越大，推力器点火成功的可靠性越高。同时，空心阴极中和器
4、当前空心阴极中和器电源多采用独立电源架构，即空心阴极中和器电源由加热器电源、触持极高压电源和触持极恒流电源三部分组成。部分空心阴极中和器电源将加热器电源和触持极恒流电源进行了复用设计，或者将触持极高压电源和触持极恒流电源的逆变电路部分进行了复用设计，这些设计主要存在以下两个问题：
5、射频离子电推进空心阴极中和器中的加热器电源和触持极恒流电源的输出电流范围和输出电压范围相差较大，采用加热器电源和触持极恒流电源复用设计时，复合后的电源将需要满足更宽的输出范围要求，电源的输出功率变大，且需要增加复用控制电路，可能带来比独立电源架构更高的元器件成本。同时复合后的电源在更宽的输出范围下很难保持高效率工作；
6、对于独立电源架构以及触持极高压电源和触持极恒流电源的逆变电路部分复用架构两种方案，触持极高压支路通常会在其和触持极恒流支路合路前设置分压电阻，分压电阻的阻值一般为触持极恒流等效阻抗的千倍以上，其作用是在触持极点火成功后承受高压，从而减小高压支路的输出功率。但是，一方面，分压电阻会抑制触持极在点火瞬间的放电电流；另一方面，随着点火次数和使用时间的增加，空心阴极中和器的触持极空载等效阻抗逐渐下降，分压电阻会导致触持极空载电压随其空载等效阻抗的下降而下降，从而影响推力器的点火可靠性。因此，综上所述，目前射频离子电推进系统空心阴极中和器的供电方案中，采用加热器电源和触持极恒流电源复用设计时，复合后的电源在更宽的输出范围下效率不够高；触持极高压支路设置分压电阻时，分压电阻会导致触持极空载电压随其空载等效阻抗的下降而下降，从而影响推力器的点火可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种高可靠的空心阴极中和器的电源电路及其工作方法，目的在于解决目前射频离子电推进系统空心阴极中和器的供电方案中，采用加热器电源和触持极恒流电源复用设计时，复合后的电源在更宽的输出范围下效率不够高；触持极高压支路设置分压电阻时，分压电阻会导致触持极空载电压随其空载等效阻抗的下降而下降，从而影响推力器的点火可靠性的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术一种高可靠的空心阴极中和器的电源电路，电源电路包括输入滤波电容cin、触持极电源电路以及加热器电源电路，其中：
4、输入滤波电容cin位于电源电路的输入端，输入滤波电容cin用于给触持极电源电路和加热器电源电路提供直流电压源；
5、触持极电源电路包括：触持极电源原边电流采样电路、触持极电源反激功率变换电路、触持极电源输出电压采样电路、触持极电源输出电流采样电路、触持极电源输出电压pid负反馈控制电路、触持极电源输出电流pid负反馈控制电路、反馈信号比较电路、触持极电源pwm脉宽调制电路以及触持极电源隔离驱动电路；触持极电源电路用于对输入滤波电容cin滤波后的直流电压进行第一电路处理，以便形成中和器触持极负载的直流电压；
6、加热器电源电路包括加热器电源原边电流采样电路、加热器电源反激功率变换电路、加热器电源输出电压采样电路、加热器电源输出电流采样电路、加热器电源输出电流pid负反馈控制电路、加热器电源pwm脉宽调制电路以及加热器电源隔离驱动电路；加热器电源电路用于对输入滤波电容cin滤波后的直流电压进行第二电路处理，以便形成中和器加热器负载的直流电压。
7、在一些实施方式中，触持极电源原边电流采样电路用于采集触持极电源原边电流，并将触持极电源原边电流信号发送给触持极电源pwm脉宽调制电路；触持极电源pwm脉宽调制电路用于将脉宽调制输出信号发送至触持极电源隔离驱动电路。
8、进一步地，触持极电源隔离驱动电路用于通过驱动变压器实现磁隔离，输出第一驱动信号，将第一驱动信号发送到触持极电源反激功率变换电路。
9、进一步地，触持极电源反激功率变换电路用于接收第一驱动信号，实现开关控制和占空比调节，通过功率变压器实现原副边磁隔离。
10、在一些实施方式中，触持极电源输出电压采样电路用于将触持极电源输出电压信号转化为采样信号vcy1，并将采样信号vcy1发送至触持极电源输出电压pid负反馈控制电路。
11、进一步地，触持极电源输出电流采样电路用于：将触持极电源输出电流信号转化为采样信号icy1，并将采样信号icy1发送至触持极电源输出电压pid负反馈控制电路。
12、进一步地，触持极电源输出电压pid负反馈控制电路用于：将采样信号vcy1与基准信号vset1比较，进行负反馈pid环路运算，形成触持极电源输出电压反馈信号，并将其输出至反馈信号比较电路；
13、触持极电源输出电流pid负反馈控制电路用于：将采样信号icy1与基准信号iset1比较，进行负反馈pid环路运算，形成触持极电源输出电流反馈信号，并将其输出至反馈信号比较电路。
14、在一些实施方式中，反馈信号比较电路用于比较触持极电源输出电压pid负反馈控制电路本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述电源电路包括输入滤波电容Cin、触持极电源电路以及加热器电源电路，其中：
2.根据权利要求1所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源原边电流采样电路用于采集触持极电源原边电流，并将触持极电源原边电流信号发送给触持极电源PWM脉宽调制电路；所述触持极电源PWM脉宽调制电路用于将脉宽调制输出信号发送至触持极电源隔离驱动电路。
3.根据权利要求2所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源隔离驱动电路用于通过驱动变压器实现磁隔离，输出第一驱动信号，将第一驱动信号发送到触持极电源反激功率变换电路。
4.根据权利要求3所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源反激功率变换电路用于接收第一驱动信号，实现开关控制和占空比调节，通过功率变压器实现原副边磁隔离。
5.根据权利要求1所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源输出电压采样电路用于将触持极电源输出电压信号转化为采样信号Vcy1，并将采样信
6.根据权利要求5所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源输出电流采样电路用于：将触持极电源输出电流信号转化为采样信号Icy1，并将采样信号Icy1发送至触持极电源输出电压PID负反馈控制电路。
7.根据权利要求6所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源输出电压PID负反馈控制电路用于：将采样信号Vcy1与基准信号Vset1比较，进行负反馈PID环路运算，形成触持极电源输出电压反馈信号，并将其输出至反馈信号比较电路；
8.根据权利要求1所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述反馈信号比较电路用于比较触持极电源输出电压PID负反馈控制电路和触持极电源输出电流PID负反馈控制电路的输出信号，取低电压值输出形成反馈环路控制信号，并将反馈环路控制信号发送至触持极电源PWM脉宽调制电路。
9.根据权利要求1所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源PWM脉宽调制电路用于接收触持极电源原边电流采样电路及反馈信号比较电路的输出信号，实现电源缓启动、原边过流保护以及PWM脉宽调节。
10.根据权利要求1-9任一项所述高可靠的空心阴极中和器的电源电路的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述电源电路包括输入滤波电容cin、触持极电源电路以及加热器电源电路，其中：
2.根据权利要求1所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源原边电流采样电路用于采集触持极电源原边电流，并将触持极电源原边电流信号发送给触持极电源pwm脉宽调制电路；所述触持极电源pwm脉宽调制电路用于将脉宽调制输出信号发送至触持极电源隔离驱动电路。
3.根据权利要求2所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源隔离驱动电路用于通过驱动变压器实现磁隔离，输出第一驱动信号，将第一驱动信号发送到触持极电源反激功率变换电路。
4.根据权利要求3所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源反激功率变换电路用于接收第一驱动信号，实现开关控制和占空比调节，通过功率变压器实现原副边磁隔离。
5.根据权利要求1所述的高可靠的空心阴极中和器的电源电路，其特征在于，所述触持极电源输出电压采样电路用于将触持极电源输出电压信号转化为采样信号vcy1，并将采样信号vcy1发送至触持极电源输出电压pid负反馈控制电路。
6.根据权利要求5所述的高可靠...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，张磊，张新元，廖岩，刘亚哲，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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