一种用于脉冲等离子体推力器的电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于脉冲等离子体推力器的电路，包括点火电路，储能电路和控制电路；控制电路中的单片机输出斩波信号，通过点火电路与储能电路中的脉冲变压器对点火电容与储能电容充电。在两个电压比较器正输入端的采样电压分别达到设定的点火电压与储能电压时，单片机停止输出斩波信号，经过一个设定的延迟时间，单片机输出点火信号，点火信号通过储能电路中的脉冲变压器产生触发脉冲高压电，脉冲高压电放电击穿气体放电管产生电火花，引发点火。本发明专利技术优点在于：能够实现快速、可控的充电和精确的触发点火。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电推进领域，涉及一种用于脉冲等离子体推力器的电路，具体涉及自动控制等电路技术。
技术介绍
电推进等空间用微小推力发动机技术在航天领域应用广泛。由于空间应用的推力器要求比冲高，质量小，对推力器的设计带来很大困难。脉冲等离子体推力器的电源处理单元占推力器质量的绝大部分，推力器的性能也跟电路的特点密切相关。现阶段的研究成果有利用反击式开关变换器产生高压的电路，这种电路较为复杂，点火控制不精确。具体参见《40J脉冲等离子体推力器性能研究》，胡宗森，2002.6。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种将卫星上低压直流变换为高压脉冲，对储能电容充电，并引入反馈控制电压的用于脉冲等离子体推力器的电路，包括点火电路，储能电路和控制电路。点火电路用来将卫星母线电源(V1)变换为高压脉冲对点火电容(C1)充电，在接收到点火信号后对火花塞放电；储能电路用来将卫星母线电源(V1)变换为高压脉冲对储能电容(C2)充电；控制电路用来发出斩波信号进行电压变换，监测点火电路中的点火电容(C1)和储能电路中的储能电容(C2)的电压并发出点火信号。所述点火电路包括脉冲变压器(T1)与(T2)，开关晶体管(Q1)与(Q2)，点火电容(C1)，钳位二极管(D1)与(D5)、束流二极管(D2)、气体放电管(a)与(b)，分压电阻(R1)、采样电阻(R2)和火花塞；其中，卫星母线电源(V1)为低压直流电源，卫星母线电源(V1)与脉冲变压器(T1)初级线圈和开关晶体管(Q1)串联，脉冲变压器(T1)次级线圈与钳位二极管(D1)和点火电容(C1)串联，分压电阻(R1)和采样电阻(R2)串联后与点火电容(C1)并联，钳位二极管(D5)与气体放电管(a)、气体放电管(b)、火花塞串联后与点火电容(C1)并联，分压电阻(R1)和采样电阻(R2)连接点引出采样电压；卫星母线电源(V1)与脉冲变压器(T2)初级线圈和开关晶体管(Q2)串联，脉冲变压器(T2)次级线圈与束流二极管(D2)和气体放电管(a)串联。储能电路包括脉冲变压器(T3)，开关晶体管(Q3)，钳位二极管(D3)、(D4)，储能电容(C2)，分压电阻(R3)、采样电阻(R4)、限流电阻(R5)和气体放电管(c)；卫星母线电源(V1)与脉冲变压器(T3)初级线圈和开关晶体管(Q3)串联，脉冲变压器(T3)次级线圈与钳位二极管(D3)和储能电容(C2)串联，分压电阻(R3)与采样电阻(R4)串联后与储能电容(C2)并联，气体放电管(c)与限流电阻(R5)串联后与储能电容(C2)并联，钳位二极管(D4)与储能电容(C2)并联，分压电阻(R3)与采样电阻(R4)的连接点引出采样电压。控制电路包括ATmega16型单片机，电压比较器(U 1)、(U2)，稳压管(D6)、(D7)，电-->位器(R6)、(R7)，限流电阻(R8)、分压电阻(R9)、(R10)、(R11)、限流电阻(R12)，驱动三极管(Q4)、(Q5)、(Q6)，控制信号电源(V2)和标准直流电源(V3)。其中，电压比较器(U1)负输入端接电位器(R6)，正输入端与点火电路中分压电阻(R1)、采样电阻(R2)连接点连接；电压比较器(U1)输出端串联限流电阻(R8)和稳压管(D6)，稳压管(D6)两端引出电压接单片机输入引脚(8)；电压比较器(U2)负输入端接电位器(R7)，正输入端与储能电路中分压电阻(R3)、采样电阻(R4)的连接点连接；电压比较器(U2)输出端串联限流电阻(R12)和稳压管(D7)，稳压管(D7)两端引出电压接单片机输入引脚(4)；电压比较器(U1)和电压比较器(U2)使用标准直流电源(V3)供电，标准直流电源(V3)并联在电位器(R6)、(R7)两端；单片机使用稳压电源(VCC)供电，标准直流电源(V3)与单片机共地，点火电路(1)中的点火电容(C1)、储能电路(2)中的储能电容(C2)的低压端与单片机共地；单片机输出引脚(1)与驱动三极管(Q4)、分压电阻(R9)、控制信号电源(V2)串联；单片机输出引脚(3)与驱动三极管(Q5)、分压电阻(R10)、控制信号电源(V2)串联；单片机输出引脚(2)与驱动三极管(Q6)、分压电阻(R11)、控制信号电源(V2)串联；控制信号电源(V2)正极接地，负极与卫星母线电源(V1)负极连接；分压电阻(R9)与驱动三极管(Q4)的连接点与储能电路中开关晶体管(Q3)控制极连接；分压电阻(R10)高压端接开关晶体管(Q2)控制极；分压电阻(R11)高压端接开关晶体管(Q1)控制极。电路工作时，控制电路中的单片机输出斩波信号，通过点火电路与储能电路中的脉冲变压器对点火电容(C1)与储能电容(C2)充电。在两个电压比较器正输入端的采样电压分别达到设定的点火电压与储能电压时，单片机停止输出斩波信号，经过一个设定的延迟时间，单片机输出点火信号，点火信号通过储能电路中的脉冲变压器(T3)产生触发脉冲高压电，脉冲高压电放电击穿气体放电管(b)产生电火花，引发点火。本专利技术能够准确、快速、可控的实现电源转换。本专利技术应的优点在于：1、本专利技术电路中采用脉冲变压器，高压与低压隔离，对卫星母线电压影响小；2、本专利技术电路中通过脉冲高压电放电击穿气体放电管产生电火花，引发点火，可精确控制点火频率；3、本专利技术引入反馈控制，监测点火电容和储能电容电压，防止电压过高对电容造成损害，具有过压保护功能。附图说明图1是本专利技术电路的电路原理图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供一种用于脉冲等离子体推力器的电路，主要由点火电路1，储能电路2和控制电路3组成，如图1所示。点火电路1用来将卫星母线电源V1变换为高压脉冲对点火电容C1充电，在接收到点火信号后对火花塞放电。储能电路2用来将卫星母线电源V1变换为高压脉冲对储能电容C2充电。-->控制电路3用来发出斩波信号进行电压变换，监测点火电路1中的点火电容C1和储能电路2中的储能电容C2的电压并发出点火信号。所述点火电路1包括脉冲变压器T1与T2，开关晶体管Q1与Q2，点火电容C1，钳位二极管D1与D5、束流二极管D2、气体放电管a与b，分压电阻R1、采样电阻R2和火花塞。其中，卫星母线电源V1为低压直流电源，卫星母线电源V1与脉冲变压器T1初级线圈和开关晶体管Q1串联，脉冲变压器T1次级线圈与钳位二极管D1和点火电容C1串联，分压电阻R1和采样电阻R2串联后与点火电容C1并联，钳位二极管D5与气体放电管a、气体放电管b、火花塞串联后与点火电容C1并联，分压电阻R1和采样电阻R2连接点引出采样电压；卫星母线电源V1与脉冲变压器T2初级线圈和开关晶体管Q2串联，脉冲变压器T2次级线圈与束流二极管D2和气体放电管a串联。储能电路2包括脉冲变压器T3，开关晶体管Q3，钳位二极管D3、D4，储能电容C2，分压电阻R3、采样电阻R4、限流电阻R5和气体放电管c。卫星母线电源V1与脉冲变压器T3初级线圈和开关晶体管Q3串联，脉冲变压器T3次级线圈与钳位二极管D3和储能电容C2串联，分压电阻R3与采样电阻R4串联后与储能电容C2并联，气体放电管c与限流电阻R5串联后与储能电容C2并联，钳位二极管D4与储能电容C2并联，分压电阻R3与采样电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于脉冲等离子体推力器的电路，其特征在于：包括点火电路，储能电路和控制电路；点火电路用来将卫星母线电源（Ｖ１）变换为高压脉冲对点火电容充电（Ｃ１），在接收到点火信号后对火花塞放电；储能电路用来将卫星母线电源（Ｖ１）变换为高压脉冲对储能电容（Ｃ２）充电；控制电路用来发出斩波信号进行电压变换，监测点火电路中的点火电容（Ｃ１）和储能电路中的储能电容（Ｃ２）的电压并发出点火信号。

【技术特征摘要】
1.一种用于脉冲等离子体推力器的电路，其特征在于：包括点火电路，储能电路和控制电路；点火电路用来将卫星母线电源(V1)变换为高压脉冲对点火电容充电(C1)，在接收到点火信号后对火花塞放电；储能电路用来将卫星母线电源(V1)变换为高压脉冲对储能电容(C2)充电；控制电路用来发出斩波信号进行电压变换，监测点火电路中的点火电容(C1)和储能电路中的储能电容(C2)的电压并发出点火信号。2.如权利要求1所述一种用于脉冲等离子体推力器的电路，其特征在于：所述点火电路包括脉冲变压器(T1)与(T2)，开关晶体管(Q1)与(Q2)，点火电容(C1)，钳位二极管(D1)与(D5)、束流二极管(D2)、气体放电管(a)与(b)，分压电阻(R1)、采样电阻(R2)和火花塞；其中，卫星母线电源(V1)为低压直流电源，卫星母线电源(V1)与脉冲变压器(T1)初级线圈和开关晶体管(Q1)串联，脉冲变压器(T1)次级线圈与钳位二极管(D1)和点火电容(C1)串联，分压电阻(R1)和采样电阻(R2)串联后与点火电容(C1)并联，钳位二极管(D5)与气体放电管(a)、气体放电管(b)、火花塞串联后与点火电容(C1)并联，分压电阻(R1)和采样电阻(R2)连接点引出采样电压；卫星母线电源(V1)与脉冲变压器(T2)初级线圈和开关晶体管(Q2)串联，脉冲变压器(T2)次级线圈与束流二极管(D2)和气体放电管(a)串联。3.如权利要求1所述一种用于脉冲等离子体推力器的电路，其特征在于：储能电路包括脉冲变压器(T3)，开关晶体管(Q3)，钳位二极管(D3)、(D4)，储能电容(C2)，分压电阻(R3)、采样电阻(R4)、限流电阻(R5)和气体放电管(c)；卫星母线电源(V1)与脉冲变压器(T3)初级线圈和开关晶体管(Q3)串联，脉冲变压器(T3)次级线圈与钳位二极管(D3)和储能电容(C2)串联，分压电阻(R3)与采样电阻(R4)串联后与储能电容(C2)并联，气体放电管(c)与限流电阻(R5)串联后与储能电容(C2)并联，钳位二极管(D4)与储能电容(C2)并联，分压电阻(R3)与采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫强，汤海滨，王安良，余鹏，隋禄涛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]