的等离子体状态，在此过程中，空屯、阴 极的触持极脉冲型高压电压源需要直接过度到限流状态恒流源。
[0088] 如下图11所示的是点火可变斩波脉宽控制电路的控制电路示意图，对A点电压进 行采样并通过比较器(comparator)与基准电压比较来判断点火状态，在点火前输出"0"电 位，当A点电压低于设定值时，判断点火成功，而输出"r电位。脉冲信号发生器用来设置斩 波开关脉冲的周期与脉宽，在图11中设置为周期120ms，脉宽8ms，该信号与比较器的输出进 行OR的运算。载波信号发生器产生的载波信号通过隔离变压器传输到副边，并整流产生直 流电压即可W驱动Q3导通，关闭载波信号就使得Q3断开。OR运算的输出再与载波信号的输 出进行AND的运算，运样即可W通过控制载波信号的有无来产生脉冲型的载波信号，再经过 隔离变压器来驱动Q3对A点电压进行斩波从而产生脉冲高压。在点着火后，OR运算输出恒定 的"r电位，载波信号将Q3置于长通的状态。
[0089] 本例所提出的是隔离型变换器副边整流及输出滤波的整合、=环控制和斩波开关 的控制思想，基于上述核屯、思想，原边主拓扑结构不限制于本文采用的双管正激拓扑结构， 同样可W由反激、半桥、全桥和推挽等拓扑实现。本例对原边主拓扑结构采用双管正激变换 器，仅仅是因为其无需磁复位绕组，主拓扑结构及驱动控制均简单，且满足电源指标的要 求。
[0090] 本例基于空屯、阴极电源的运=款隔离电源输出共基准地，W及点火前后工作时序 上的特点，将传统的=个独立电源阴极加热电源、点火电源、触持电源禪合成一个功率变换 器，同时实现了为电推进空屯、阴极进行加热、点火W及触持的功能，运种禪合带来了 3个方 面的好处：1)=个电源禪合为一个电源，功率密度同比提高3倍。2)动态响应显著提高，空屯、 阴极点火成功瞬间，通过=环控制的设计实现了阴极点火电源快速由脉冲型电压切换到触 持电源的限流模式，并瞬间降低阴极加热电源的输出功率从而对空屯、阴极产生保护。3)总 效率提高。3个变换器的辅助供电、开关损耗和变压器损耗等变为1个主变换器的损耗。
[0091] W上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于运些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护化围。
【主权项】
1. 一种空心阴极电源变换器，其特征在于，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制，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;在空心阴极点火成功前，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;在空心阴极点火瞬间，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;在空心阴极点火成功时， 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 第二设定值以下时，则判断为空心阴极点火成功。2. 根据权利要求1所述的空心阴极电源变换器，其特征在于，在空心阴极点火成功后， 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。3. 根据权利要求1或2所述的空心阴极电源变换器，其特征在于，所述主变压器为变压 器T1，所述主变压器原边电路包括二极管D1、二极管D2、开关管Q1和开关管Q2,所述二极管 D1的阴极和开关管Q1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Q1 的源极分别与所述变压器T1原边的一端相连接，所述二极管D1的阳极和开关管Q2的漏极分 别与所述变压器T1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L1、电容C1和斩波开关管Q3，所述变压器T1副边的一端与所述二极管D3的阳 极相连接，所述变压器T1副边的另一端分别与所述二极管D4的阳极、电容C1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L1连接至斩波开关管Q3的漏 极，所述电容C1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L1为主变压器副边整流滤波电路的输出滤波电感。4. 根据权利要求3所述的空心阴极电源变换器，其特征在于，所述二极管D2的阴极和开 关管Q1的源极分别与所述变压器T1原边的同名端相连接，所述二极管D1的阳极和开关管Q2 的漏极分别与所述变压器T1原边的异名端相连接;所述变压器T1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T1副边的第一异名端分别与所述二极管D4的阳极、电 容C1的一端和地相连接。5. 根据权利要求4所述的空心阴极电源变换器，其特征在于，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T1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T1 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。6. 根据权利要求5所述的空心阴极电源变换器，其特征在于，将所述点火触持电源的电 感L1和加热电源的电感L2集成为绕制在同一个磁芯上的耦合电感Lc。7. 根据权利要求5所述的空心阴极电源变换器，其特征在于，在空心阴极点火瞬间及其 之后，点火触持电源输出的脉冲高压电压击穿空心阴极电源产生等离子体，使得空心阴极 触持极间输出阻抗迅速降低，当空心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，空心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。8. -种空心阴极电源变换器的控制系统，其特征在于，包括了如权利要求1至7任意一 项所述的空心阴极电源变换器，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。9. 根据权利要求8所述的空心阴极电源变换器的控制系统，其特征在于，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R S1和采样电阻RS2,所述采样电阻RS1和采 样电阻RS2顺序与所述空心阴极电源变换器的耦合电感进行串联，加热电源输出电流的回线 接在采样电阻R S1和采样电阻RS2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RS1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R S2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。10. 根据权利要求8所述的空心阴极电源变换器的控制系统，其特征在于，所述空心阴 极电源变换器采用如下时序工作： 处于空心阴极点火成功前，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，连接到空心阴极的触持极上； 点火过程进行中，在脉宽峰值处点着火，因空心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； 完成空心阴极电源点火过程，降低加热电源的输出功率； 断开加热电源输出到空心阴极加热器的配电开关，关闭对空心阴极电源的加热输出部 分。
【专利摘要】本发明提供一种空心阴极电源变换器及其控制系统，所述空心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；对主变压器副边整流滤波电路的输出电压采样形成电压闭环控制，并对其输出电流进行采样形成输出电流闭环控制；在空心阴极点火成功前，触持极与基准地呈现高阻抗，电流闭环不工作；在空心阴极点火成功时，触持极阻抗下降，直到所述主变压器副边整流滤波电路的输出电压被拉低到第二设定值以下时，则判断为空心阴极点火成功；当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。本发明将加热电源、点火电源和触持电源进行耦合得到一个主变换器，功率密度大，动态响应提高。
【IPC分类】H03K7/08, H02M7/217
【公开号】CN105553298
【申请号】CN201610064165
【发明人】付明, 张贤涛
【申请人】深圳航天科技创新研究院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月29日