一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及霍尔电推进发动机阴极点火极的供电方式，具体为一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源及方法。
【背景技术】
[0002]传统的点火方式为恒压直流点火。这种点火方式一方面增加了点火电源的功率损耗，另一方面，由于点火电源的负载是非线性负载，点火前相当于空载，点火成功后相当于短路，如果点火电源动态响应不够快，不能及时限流，电源短时流过较大电流会影响电源的正常工作，同时也可能对阴极点火极造成损害。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种阴极点火可靠，功率损耗低，性能稳定的霍尔电推进发动机阴极电压点火电源及方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0005]—种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火方法，为霍尔电推进器阴极点火极提供低频脉冲电压，脉冲幅度为150V，脉冲周期为100ms± 10ms，宽度为5±0.5ms，限流电流为0.3A0
[0006]优选的，当霍尔电推进器未点着火时，点火电源模块一直输出脉冲电压为霍尔电推进器阴极点火极供电；当霍尔电推进器点火成功时，负载电流大于限流电流时，点火电源模块的输出脉冲电压幅值减小，输出电流被限定在保护电流0.3A内。
[0007]—种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源，包括向霍尔电推进器点火极输出脉冲电压的点火电源模块；所述点火电源模块包括功率主回路、使能&控制电路、低频脉冲发生器、斩波&限流电路和反馈绕组；功率主回路的输入端连接母线和使能&控制电路，输出端分别连接斩波&限流电路和低频脉冲发生器；使能&控制电路接收外部控制信号并输入到与其连接的反馈绕组；低频脉冲发生器输出端连接斩波&限流电路的控制端提供驱动信号；输入端经反馈绕组与功率主回路连通；斩波&限流电路根据驱动信号输出低频脉冲电压连接到点火极。
[0008]优选的，点火电源模块输出正连接到霍尔电推进器的阴极点火极，输出负连接到霍尔电推进器的公共负端。
[0009]优选的，功率主回路采用正激拓扑结构，低频脉冲发生器由功率主回路中副边提供电能。
[0010]优选的，使能&控制电路通过设置的PWM芯片输出的PWM控制信号连接功率主回路的控制端，用于控制点火电源模块工作和关断。
[0011]优选的，斩波&限流电路包括用于根据低频脉冲发生器驱动信号输出斩波的电子开关，以及用于限流的限流电阻。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0013]本发明通过功率主回路采用正激拓扑，由电源母线输入电能并将其转换成所需直流电压，从而通过磁隔离反馈作用于控制电路。使能&控制电路通过接收外部控制电路的使能信号，实现对功率主回路工作的启动与停止控制；通过拓扑输出电感上的反馈绕组为其供电和提供输出电压反馈信号；并将反馈信号转化为PWM为功率主回路的M0S管提供驱动信号。低频脉冲发生器由功率主回路提供电能，输出低频驱动信号给斩波&限流电路。从而为霍尔电推进器阴极点火极供电的点火电源模块的输出在空载时是一个脉冲式电压(脉冲周期/宽度:(100±10)ms/(5±0.5)ms)，输出脉冲电压是利用低频脉冲发生器驱动电子开关进行输出斩波，实现点火电源模块脉冲电压的输出。有效降低了点火电源的功率损耗，优化了点火电源的产品性能，保证了点火电源和阴极点火极的可靠工作。
[0014]进一步的，当输出电流过大时，斩波&限流电路增大内阻降低输出电压，从而限制输出电流到恒定值。当霍尔电推进器点火成功后点火电源的输出脉冲电压幅值减小，负载电流被限在0.3A。同时，短路限流点可调，限流电流过大，保护效果不明显。限流电流过小，降低点火成功率。短路电流设置为300mA最优。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实例中所述的点火电源的供电原理框图。
[0016]图2为本发明实例中所述的空载输出电压和短路电流波形示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体的实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0018]本发明一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源，如图1所示，其包括向霍尔电推进器点火极输出脉冲电压的点火电源模块，点火电源模块由功率主回路、使能&控制电路、低频脉冲发生器电路、斩波&限流电路、和反馈绕组组成。
[0019]功率主回路输入连接母线和使能&控制电路，输出连接斩波&限流电路和低频脉冲发生器；使能&控制电路接收外部控制信号并输入连接反馈绕组，输出连接功率主回路；低频脉冲发生器输入连接功率主回路，输出连接斩波&限流电路；低频脉冲发生器由功率主回路副边提供电能，并向斩波&限流电路提供驱动信号。斩波&限流电路接收低频脉冲发生器的驱动信号并输出低频脉冲电压。斩波&限流电路接收低频脉冲发生器的驱动信号，当有驱动电压时，斩波&限流电路接通，输出电压为高电压；当驱动电压消失时，斩波&限流电路切断输出与前级，输出为零，从而达到将功率主回路输出的直流电压变为低频脉冲电压的功能。
[0020]本发明的成果已成功应用于国内某卫星，该卫星从2012年10月发射入轨，截止到2013年10月已经完成了百余次霍尔电推进系统在轨点火试验。图2上是采用了本发明所述电路结构的点火电源输出波形示意图。点火输出电压为直流脉冲电压，脉冲幅值为304V，脉冲顶部宽度为5.5ms，脉冲周期为96ms，很好地实现了本发明所述的脉冲幅度150V，脉冲周期100ms脉冲宽度5ms的要求。本发明所述的脉冲电压点火方式相对于直流电压点火方式有如下优点。
[0021]首先，在点火失败与成功的临界点时，相当于负载短路，瞬间单次脉冲释放能量少，点火电源电压幅值恢复比直流点火方式快，因此可多次提供电压脉冲，直到点火成功，大大提高点火成功率。其次，单次脉冲释放能量少，有效地防止点火电源和发动机点火极瞬间过功率，显著提高可靠性。
[0022]图2下是采用了本发明所述电路结构的点火电源短路输出电流波形图，由图2可见，输出电流脉冲宽度5ms，脉冲电流幅度0.3A。点火电源短路限流特性进一步降低了点火电源在点火时的瞬间功率输出，提高其可靠性。
【主权项】
1.一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火方法，其特征在于，为霍尔电推进器阴极点火极提供低频脉冲电压，脉冲幅度为150V，脉冲周期为lOOmsilOms，宽度为5±0.5ms，限流电流为0.3A。2.根据权利要求1所述的一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火方法，其特征在于，当霍尔电推进器未点着火时，点火电源模块一直输出脉冲电压为霍尔电推进器阴极点火极供电； 当霍尔电推进器点火成功时，负载电流大于限流电流时，点火电源模块的输出脉冲电压幅值减小，输出电流被限定在保护电流0.3A内。3.—种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源，其特征在于，包括向霍尔电推进器点火极输出脉冲电压的点火电源模块；所述点火电源模块包括功率主回路、使能&控制电路、低频脉冲发生器、斩波&限流电路和反馈绕组； 功率主回路的输入端连接母线和使能&控制电路，输出端分别连接斩波&限流电路和低频脉冲发生器； 使能&控制电路接收外部控制信号并输入到与其连接的反馈绕组； 低频脉冲发生器输出端连接斩波&限流电路的控制端提供驱动信号；输入端经反馈绕组与功率主回路连通； 斩波&限流电路根据驱动信号输出低频脉冲电压连接到点火极。4.根据权利要求3所述的一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源，其特征在于，点火电源模块输出正连接到霍尔电推进器的阴极点火极，输出负连接到霍尔电推进器的公共负端。5.根据权利要求3所述的一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源，其特征在于，所述的功率主回路采用正激拓扑结构，低频脉冲发生器由功率主回路中副边提供电能。6.根据权利要求3所述的一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源，其特征在于，所述的使能&控制电路通过设置的PWM芯片输出的PWM控制信号连接功率主回路的控制端，用于控制点火电源模块工作和关断。7.根据权利要求3所述的一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源，其特征在于，所述的斩波&限流电路包括用于根据低频脉冲发生器驱动信号输出斩波的电子开关，以及用于限流的限流电阻。
【专利摘要】本发明一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源及方法，通过功率主回路采用正激拓扑，由电源母线输入电能并将其转换成所需直流电压，从而通过磁隔离反馈作用于控制电路。使能&控制电路通过接收外部控制电路的使能信号，实现对功率主回路工作的启动与停止控制；通过拓扑输出电感上的反馈绕组为其供电和提供输出电压反馈信号；并将反馈信号转化为PWM为功率主回路的MOS管提供驱动信号。低频脉冲发生器由功率主回路提供电能，输出低频驱动信号给斩波&限流电路。从而为霍尔电推进器阴极点火极供电的点火电源模块的输出在空载时是一个脉冲式电压，输出脉冲电压是利用低频脉冲发生器驱动电子开关进行输出斩波，实现点火电源模块脉冲电压的输出。
【IPC分类】F03H1/00
【公开号】CN105351161
【申请号】CN201510672977
【发明人】成渭民, 康小录, 张建渝, 乔彩霞, 王波, 张萍, 张新平
【申请人】中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月16日