一种空心阴极电源变换器及其控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电源控制电路，尤其设及一种空屯、阴极电源变换器，并设及包括 了该空屯、阴极电源变换器的控制系统。
【背景技术】
[0002] 传统的空屯、阴极供电电源分别由S个电源组成：阴极加热电源、阴极点火电源和 阴极触持电源，所述空屯、阴极供电电源简称空屯、阴极电源，所述阴极加热电源简称加热电 源，所述阴极点火电源简称点火电源，所述阴极触持电源简称触持电源;空屯、阴极电源是为 空屯、阴极运种装置供电的电源。加热电源为空屯、阴极的加热器进行供电，点火电源和触持 电源同时接到空屯、阴极的触持极，并为触持极提供点火用的高压脉冲电压和维持点火状态 的触持电流，加热电源、点火电源和触持电源运=个电源基于同一基准地输出，如图2所示 的是应用在某种电推进上的空屯、阴极及空屯、阴极电源的结构示意图。
[0003] 考虑到空屯、阴极材料的热敏感特性，加热电源需要对给加热器供电的加热电流进 行精准档位调节，在空屯、阴极点着火前，迅速将空屯、阴极加热到大约1200°C，使发射体产生 电子，再由电子和加在空屯、阴极的触持极两端的脉冲型高压电压将氣气流击穿成等离子体 态，促使空屯、阴极点火成功。在空屯、阴极点火成功瞬间，空屯、阴极的触持极间的阻抗迅速下 降，引起其电压迅速下降，阴极点火电源通过实时检测该电压的迅速下降来判断点火成功 状态并在点火成功后关闭其输出，防止阴极点火电源输出功率过大而烧毁。触持电源在阴 极点火电源关闭的瞬间为空屯、阴极电源的触持极提供限制的输出电流，来维持空屯、阴极的 等离子体状态。在电推进发动机点火成功后，因空屯、阴极自身会产生自热现象，引起溫度进 一步升高，如果空屯、阴极长时间维持在过高溫度会降低其使用寿命，因此在点火成功后应 尽快降低加热电源的功率或是关闭加热电源可防止空屯、阴极因长时间过热而降低使用寿 命。
[0004] 已有技术问题及缺陷描述：目前大多空屯、阴极的供电电源均设计成独立的加热电 源、点火电源和触持电源来实现对空屯、阴极供电，应用在空间电推进系统时，当电推进发动 机各功能部件均启动并稳定工作后，通过电推进控制系统来判读电推进发动机的工作状 态，再发送指令关闭加热电源、点火电源和触持电源，运在控制上大大延迟了点火成功后降 低加热电源输出功率的时间，从而严重影响了空屯、阴极的使用寿命。另外，现有的运种=个 独立电源为空屯、阴极供电的方式存在供电电源体积、重量大，效率低，设计复杂等缺点。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够对加热电源、点火电源和触持电 源进行禪合，并且提高功率密度的空屯、阴极电源变换器，并提供包括了该空屯、阴极电源变 换器的控制系统。
[0006] 对此，本发明提供一种空屯、阴极电源变换器，包括:主变压器原边电路和主变压器 副边整流滤波电路;主变压器副边整流滤波电路包含两路输出：加热电源输出和点火触持 电源输出;对主变压器副边整流滤波电路的加热电源输出电压采样形成输出电压环闭环控 审IJ，并对加热电源输出电流和点火触持电源输出电流分别进行采样形成相应的输出电流环 闭环控制;在空屯、阴极点火成功前，触持极与基准地呈现高阻抗，加热电源的输出电流环闭 环工作，点火触持电源的输出电流环处于开环调节状态;在空屯、阴极点火瞬间，转变为点火 触持电源的输出电流环闭环工作，加热电源的输出电流环闭环不工作;在空屯、阴极点火成 功时，触持极阻抗下降，直到所述主变压器副边整流滤波电路的点火触持电源输出电压被 拉低到第二设定值W下时，则判断为空屯、阴极点火成功。
[0007] 本发明的进一步改进在于，在空屯、阴极点火成功后，当触持极阻抗进一步降低使 得触持极电压降到低于触持电源最高限制电压时，对主变压器副边整流滤波电路的输出电 流进行闭环控制，使得触持电源开始工作并限制其输出电流为设定的触持极电流值。
[0008] 本发明的进一步改进在于，所述主变压器为变压器Tl,所述主变压器原边电路包 括二极管D1、二极管D2、开关管Ql和开关管Q2,所述二极管Dl的阴极和开关管Ql的漏极分别 与所述电源正极相连接，所述二极管D2的阴极和开关管Ql的源极分别与所述变压器Tl原边 的一端相连接，所述二极管Dl的阳极和开关管Q2的漏极分别与所述变压器Tl原边的另一端 相连接，所述二极管D2的阳极和开关管Q2的源极分别接地;所述主变压器副边整流滤波电 路包括点火触持电源，所述点火触持电源包括二极管D3、二极管D4、电感Ll、电容Cl和斩波 开关管Q3,所述变压器Tl副边的一端与所述二极管D3的阳极相连接，所述变压器Tl副边的 另一端分别与所述二极管D4的阳极、电容Cl的一端和地相连接，所述二极管D3的阴极和二 极管D4的阴极分别通过电感Ll连接至斩波开关管Q3的漏极，所述电容Cl的另一端与所述斩 波开关管Q3的漏极相连接，所述斩波开关管Q3的源极连接至点火触持电源的输出，所述斩 波开关管Q3的栅极连接至点火脉宽控制信号；其中，所述电感Ll为主变压器副边整流滤波 电路的输出滤波电感。
[0009] 本发明的进一步改进在于，所述二极管D2的阴极和开关管Ql的源极分别与所述变 压器Tl原边的同名端相连接，所述二极管Dl的阳极和开关管Q2的漏极分别与所述变压器Tl 原边的异名端相连接;所述变压器Tl副边的第一同名端与所述二极管D3的阳极相连接，所 述变压器Tl副边的第一异名端分别与所述二极管D4的阳极、电容Cl的一端和地相连接。
[0010] 本发明的进一步改进在于，所述变压器副边整流滤波电路还包括加热电源，所述 加热电源包括二极管D5、二极管D6、电感L2和电容C2,所述变压器Tl副边的第二同名端分别 与所述二极管D6的阴极和电容C2的一端相连接，所述变压器Tl副边的第二异名端与所述二 极管D5的阴极相连接，所述二极管D5的阳极和二极管D6的阳极分别通过电感L2接地，所述 电容C2的另一端接地;将点火触持电源的输出整流部分叠加到加热电源的输出整流部分上 面，所述点火触持电源的输出整流部分和加热电源的输出整流部分采用同样的地输出回 路。
[0011] 本发明的进一步改进在于，将所述点火触持电源的电感Ll和加热电源的电感L2集 成为绕制在同一个磁忍上的禪合电感Lc。
[0012] 本发明的进一步改进在于，在空屯、阴极点火瞬间及其之后，点火触持电源输出的 脉冲高压电压击穿空屯、阴极电源产生等离子体，使得空屯、阴极触持极间输出阻抗迅速降 低，当空屯、阴极电源的触持极间的等离子体达到稳定状态，触持极间呈现低阻抗特性;在此 过程中，空屯、阴极电源的触持极等效阻抗迅速下降，斩波开关管Q3通过判断触持极电压迅 速下降来判断点火成功后，从而关闭脉冲型斩波方式并使斩波开关管Q3保持长通状态。
[0013] 本发明还提供一种空屯、阴极电源变换器的控制系统，包括了如上所述的空屯、阴极 电源变换器，并包括点火控制电路、采样电路和点火可变斩波脉宽控制电路;主变压器原边 电路与所述点火控制电路相连接，所述点火控制电路通过采样电路与所述主变压器副边整 流滤波电路相连接，所述点火可变斩波脉宽控制电路与所述主变压器副边整流滤波电路相 连接。
[0014] 本发明的进一步改进在于，所述采样电路包括第一电流传感器、第二电流传感器、 采样电阻化1和采样电阻化2,所述采样电阻化1和采样电阻Rs2顺序与所述空屯、阴极电源变换 器的禪合电感进行串联，加热电源输出电流的回线接在采样电阻化1和采样电阻化2之间，点 火触持电源输出电流的回线接在地线上;所述采样电阻化1的两端分别通过第一电流传感器 连接至所述点火控制电路上，所述采样电阻化2的两端分别通过第二电流传感器连接至所述 点火控制电路上。
[0015] 本发明的进一步改进在于，所述空屯、阴极电源变换器采用如下时序工作：
[0016] 处于空屯、阴极点火成功前，主变换器由加热输出电流环进行闭环调节，加热输出 电压随加热电阻丝阻值的变化而变化，点火触持极的输出处于开环调节状态，通过脉冲型 电压构成点火脉宽控制信号的输出，连接到空屯、阴极的触持极上；
[0017] 点火过程进行中，在脉宽峰值处点着火，因空屯、阴极的触持极对地的阻抗降低而 使得点火触持电源输出电压降低，输出电流升高，主变换器的闭环调节由加热输出电流环 转为点火触持电源的限流环闭环调节状态，主变压器副边整流滤波电路的输出端所接斩波 开关Q3在判断点火成功后维持直通状态；加热电源的输出支路处于开环调节状态，因用于 点火触持极的限流环闭环调节PWM波的占空比相对之前的加热电源的电流闭环调节变小， 加热电源的输出支路的输出电压降低，输出电流降低，进而减小了加热电源的输出功率；
[0018] 完成空屯、阴极电源点火过程，降低加热电源的输出功率；
[0019] 断开加热电源输出到空屯、阴极加热器的配电开关，关闭对空屯、阴极电源的加热输 出部分。
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于:首先将点火电源和触持电源进行禪合 得到点火触持电源，实现一个主变换器输出，功率密度比现有技术提高大约一倍，同时还能 够省掉现有技术中触持电源的输出连接到空屯、阴极电源触持极上的高压二极管;在此基础 上，还将加热电源、点火电源和触持电源进行禪合得到一个同时具备加热电源、点火电源和 触持电源的主变换器，相比现有技术中通过=个变换器来实现的方式，本发明带来的好处 是:一、功率密度同比提高=倍;二、供电动态响应提高，可显著提升空屯、阴极电源的寿命， 在空屯、阴极点火成功瞬间，马上降低对加热器加热的功率，并限制流过触持极的电流，能够 很好地保护空屯、阴极，W