一种一体化阴极电源及其系统技术方案

本发明专利技术提供一种一体化阴极电源及其系统，所述一体化阴极电源包括反激变压器T

An integrated cathode power supply and its system

【技术实现步骤摘要】
一种一体化阴极电源及其系统
本专利技术涉及一种阴极电源，尤其涉及一种一体化阴极电源，并涉及一种包括了该一体化阴极电源的一体化阴极电源系统。
技术介绍
氙离子电推进是目前航天器最广泛使用的电推进方式。典型的离子电推进电源处理单元（PowerProcessingUnit,PPU）由屏栅电源、加速电源、阳极电源、阴极加热电源、阴极点火电源、阴极触持电源、中和器加热电源、中和器触持电源以及中和器点火电源组成，其中阴极点火电源、阴极触持电源以及阴极加热电源为氙离子推力器空心阴极供电，如图2所示。由图2可知，阴极加热电源为空心阴极加热器供电，阴极点火电源与触持电源连接至推力器触持极，其中点火电源为触持极提供高压点火脉冲，触持电源为触持极提供点火击穿状态的恒定电流。推力器阴极点火过程为加热电源将加热器加热至一定温度后，点火电源发出高压脉冲击穿触持极，而后触持电源输出恒定电流维持触持极的等离子击穿状态。目前大多数的服务于氙离子推力器的空心阴极电源均设计为独立的电源，也就是三个电源，阴极点火电源（高压脉冲电源），阴极触持电源（恒流源）以及阴极加热电源（恒流源）。该供电方式三个电源互相独立，控制简单，但是导致阴极电源体积和重量较大，功率密度较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是需要提供一种能够将阴极触持电源、阴极点火电源以及阴极加热电源整合到一个电源里的技术方案，进而实现一体化阴极电源，以便降低推力器空心阴极供电电源的体积和重量，提高离子推进电源处理单元的功率密度；在此基础上，还提供包括了该一体化阴极电源的一体化阴极电源系统。对此，本专利技术提供一种一体化阴极电源，包括：反激变压器T1、二极管D1、电容C1、二极管D2、电容C2和反激变压器T2，所述反激变压器T1的输入端连接至输入电压Vin，所述反激变压器T1的第一输出端的一个管脚连接至所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极分别至所述反激变压器T2的一个输入管脚和电容C1的一端，所述反激变压器T1的第一输出端的另一个管脚和电容C1的另一端接地，所述反激变压器T2的另一个输入管脚与输入电压Vin相连接，所述反激变压器T2的输出管脚分别电容C1的一端和阴极触持/点火电源相连接；所述反激变压器T1的第二输出端的一个管脚连接至所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极和电容C2的一端连接至阴极电热电源，所述反激变压器T1的第二输出端的另一个管脚和电容C2的另一端接地；其中，所述一体化阴极电源的工作过程为：开始时，阴极加热电源开始闭环输恒流，当阴极加热电源工作一段时间使得加热器温度达到预设的温度阈值时，开始发射电子，点火电源脉冲信号g2将输入电压Vin通过反激变压器T2传递至所述阴极触持/点火电源形成高压，进而实现等离子体击穿；当等离子体击穿后输出恒定电流以维持阴极电子发射状态。本专利技术的进一步改进在于，还包括开关管S2，所述开关管S2的栅极连接至所述点火电源脉冲信号g2，所述反激变压器T2的一个输入管脚连接至所述开关管S2的漏极，所述反激变压器T2的一个输出管脚连接至所述阴极触持/点火电源，所述开关管S2的源极接地。本专利技术的进一步改进在于，还包括开关管S1，所述开关管S1的漏极连接至所述反激变压器T1的输入端，所述开关管S1的栅极连接至主功率开关管驱动信号g1，所述开关管S1的源极接地。本专利技术的进一步改进在于，还包括电流采样电路和闭环控制电路，所述电流采样电路通过所述闭环控制电路输出所述主功率开关管驱动信号g1。本专利技术的进一步改进在于，所述电流采样电路包括阴极触持电流采样单元和阴极加热电流采样单元，所述阴极触持电流采样单元和阴极加热电流采样单元分别与所述闭环控制电路相连接。本专利技术的进一步改进在于，所述阴极触持电流采样单元包括电流变压器T3、二极管D3、电阻R1、电容C3、电阻R2、电阻R3和电容C4，所述电流变压器T3的输入端与所述反激变压器T1的第一输出端相连接，所述电流变压器T3的输出端一个管脚分别与所述电阻R1的一端和二极管D3的阳极相连接，所述二极管D3的阴极分别与所述电容C3的一端、电阻R2的一端以及电阻R3的一端相连接，所述电阻R3的另一端和电容C4的一端连接至所述闭环控制电路，所述电流变压器T3的输出端另一个管脚、电阻R1的另一端、电容C3的另一端、电阻R2的另一端和电容C4的另一端均接地。本专利技术的进一步改进在于，所述阴极加热电流采样单元包括电流变压器T4、二极管D4、电阻R5、电容C6、电阻R6、电阻R7和电容C7，所述电流变压器T4的输入端与所述反激变压器T1的第二输出端相连接，所述电流变压器T4的输出端一个管脚分别与所述电阻R5的一端和二极管D4的阳极相连接，所述二极管D4的阴极分别与所述电容C6的一端、电阻R6的一端以及电阻R7的一端相连接，所述电阻R7的另一端和电容C7的一端连接至所述闭环控制电路，所述电流变压器T4的输出端另一个管脚、电阻R5的另一端、电容C6的另一端、电阻R6的另一端和电容C7的另一端均接地。本专利技术的进一步改进在于，所述闭环控制电路中，所述阴极触持电流采样单元和阴极加热电流采样单元的输出分别通过PID控制器实现闭环控制进而输出所述主功率开关管驱动信号g1。本专利技术的进一步改进在于，所述反激变压器T1的第一输出端与输入端的匝比大于所述反激变压器T1的第二输出端与输入端的匝比。本专利技术还提供一种一体化阴极电源系统，包括了如上所述的一体化阴极电源。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：通过合理的电路设计，进而将阴极触持电源、阴极点火电源以及阴极加热电源整合到了一个电源里，大幅度降低了推力器空心阴极供电电源的体积和重量，显著提高了离子推进电源处理单元（PPU）的功率密度。附图说明图1是本专利技术一种实施例的电路原理图；图2是现有技术的电路原理图；图3是本专利技术一种实施例的电流采样电路和闭环控制电路的电路原理图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明：如图1所示，本例提供一种一体化阴极电源，包括：反激变压器T1、二极管D1、电容C1、二极管D2、电容C2和反激变压器T2，所述反激变压器T1的输入端连接至输入电压Vin，所述反激变压器T1的第一输出端的一个管脚连接至所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极分别至所述反激变压器T2的一个输入管脚和电容C1的一端，所述反激变压器T1的第一输出端的另一个管脚和电容C1的另一端接地，所述反激变压器T2的另一个输入管脚与输入电压Vin相连接，所述反激变压器T2的输出管脚分别与电容C1的一端和阴极触持/点火电源Output1相连接；所述反激变压器T1的第二输出端的一个管脚连接至所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极和电容C2的一端连接至阴极电热电源，所述反激变压器T1的第二输出端的另一个管脚和电容C2的另一端接地；其中，所述一体化阴极电源的工作过程为：开始时，阴极加热电源开始闭环输恒流，当阴极加热电源工作一段时间使得加热器温度达到预设的温度阈值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体化阴极电源，其特征在于，包括：反激变压器T

【技术特征摘要】
1.一种一体化阴极电源，其特征在于，包括：反激变压器T1、二极管D1、电容C1、二极管D2、电容C2和反激变压器T2，所述反激变压器T1的输入端连接至输入电压Vin，所述反激变压器T1的第一输出端的一个管脚连接至所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极分别至所述反激变压器T2的一个输入管脚和电容C1的一端，所述反激变压器T1的第一输出端的另一个管脚和电容C1的另一端接地，所述反激变压器T2的另一个输入管脚与输入电压Vin相连接，所述反激变压器T2的输出管脚分别与电容C1的一端和阴极触持/点火电源相连接；所述反激变压器T1的第二输出端的一个管脚连接至所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极和电容C2的一端连接至阴极电热电源，所述反激变压器T1的第二输出端的另一个管脚和电容C2的另一端接地；其中，所述一体化阴极电源的工作过程为：开始时，阴极加热电源开始闭环输恒流，当阴极加热电源工作一段时间使得加热器温度达到预设的温度阈值时，开始发射电子，点火电源脉冲信号g2将输入电压Vin通过反激变压器T2传递至所述阴极触持/点火电源形成高压，进而实现等离子体击穿；当等离子体击穿后输出恒定电流以维持阴极电子发射状态。


2.根据权利要求1所述的一体化阴极电源，其特征在于，还包括开关管S2，所述开关管S2的栅极连接至所述点火电源脉冲信号g2，所述反激变压器T2的一个输入管脚连接至所述开关管S2的漏极，所述反激变压器T2的一个输出管脚连接至所述阴极触持/点火电源，所述开关管S2的源极接地。


3.根据权利要求1或2所述的一体化阴极电源，其特征在于，还包括开关管S1，所述开关管S1的漏极连接至所述反激变压器T1的输入端，所述开关管S1的栅极连接至主功率开关管驱动信号g1，所述开关管S1的源极接地。


4.根据权利要求3所述的一体化阴极电源，其特征在于，还包括电流采样电路和闭环控制电路，所述电流采样电路通过所述闭环控制电路输出所述主功率开关管驱动信号g1。


5.根据权利要求4所述的一体化阴极电源，其特征在于，所述电流采样电路包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：施凯敏，刘贺，张迪，付明，朱洪雨，
申请(专利权)人：深圳航天科技创新研究院，深圳市航天新源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44