一種空心陰極電源變換器及其控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電源控制電路，尤其設(shè)及一種空屯、陰極電源變換器，并設(shè)及包括 了該空屯、陰極電源變換器的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的空屯、陰極供電電源分別由S個(gè)電源組成：陰極加熱電源、陰極點(diǎn)火電源和 陰極觸持電源，所述空屯、陰極供電電源簡(jiǎn)稱(chēng)空屯、陰極電源，所述陰極加熱電源簡(jiǎn)稱(chēng)加熱電 源，所述陰極點(diǎn)火電源簡(jiǎn)稱(chēng)點(diǎn)火電源，所述陰極觸持電源簡(jiǎn)稱(chēng)觸持電源;空屯、陰極電源是為 空屯、陰極運(yùn)種裝置供電的電源。加熱電源為空屯、陰極的加熱器進(jìn)行供電，點(diǎn)火電源和觸持 電源同時(shí)接到空屯、陰極的觸持極，并為觸持極提供點(diǎn)火用的高壓脈沖電壓和維持點(diǎn)火狀態(tài) 的觸持電流，加熱電源、點(diǎn)火電源和觸持電源運(yùn)=個(gè)電源基于同一基準(zhǔn)地輸出，如圖2所示 的是應(yīng)用在某種電推進(jìn)上的空屯、陰極及空屯、陰極電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0003] 考慮到空屯、陰極材料的熱敏感特性，加熱電源需要對(duì)給加熱器供電的加熱電流進(jìn) 行精準(zhǔn)檔位調(diào)節(jié)，在空屯、陰極點(diǎn)著火前，迅速將空屯、陰極加熱到大約1200°C，使發(fā)射體產(chǎn)生 電子，再由電子和加在空屯、陰極的觸持極兩端的脈沖型高壓電壓將氣氣流擊穿成等離子體 態(tài)，促使空屯、陰極點(diǎn)火成功。在空屯、陰極點(diǎn)火成功瞬間，空屯、陰極的觸持極間的阻抗迅速下 降，引起其電壓迅速下降，陰極點(diǎn)火電源通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)該電壓的迅速下降來(lái)判斷點(diǎn)火成功 狀態(tài)并在點(diǎn)火成功后關(guān)閉其輸出，防止陰極點(diǎn)火電源輸出功率過(guò)大而燒毀。觸持電源在陰 極點(diǎn)火電源關(guān)閉的瞬間為空屯、陰極電源的觸持極提供限制的輸出電流，來(lái)維持空屯、陰極的 等離子體狀態(tài)。在電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火成功后，因空屯、陰極自身會(huì)產(chǎn)生自熱現(xiàn)象，引起溫度進(jìn) 一步升高，如果空屯、陰極長(zhǎng)時(shí)間維持在過(guò)高溫度會(huì)降低其使用壽命，因此在點(diǎn)火成功后應(yīng) 盡快降低加熱電源的功率或是關(guān)閉加熱電源可防止空屯、陰極因長(zhǎng)時(shí)間過(guò)熱而降低使用壽 命。
[0004] 已有技術(shù)問(wèn)題及缺陷描述：目前大多空屯、陰極的供電電源均設(shè)計(jì)成獨(dú)立的加熱電 源、點(diǎn)火電源和觸持電源來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空屯、陰極供電，應(yīng)用在空間電推進(jìn)系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)電推進(jìn)發(fā)動(dòng) 機(jī)各功能部件均啟動(dòng)并穩(wěn)定工作后，通過(guò)電推進(jìn)控制系統(tǒng)來(lái)判讀電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀 態(tài)，再發(fā)送指令關(guān)閉加熱電源、點(diǎn)火電源和觸持電源，運(yùn)在控制上大大延遲了點(diǎn)火成功后降 低加熱電源輸出功率的時(shí)間，從而嚴(yán)重影響了空屯、陰極的使用壽命。另外，現(xiàn)有的運(yùn)種=個(gè) 獨(dú)立電源為空屯、陰極供電的方式存在供電電源體積、重量大，效率低，設(shè)計(jì)復(fù)雜等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是需要提供一種能夠?qū)訜犭娫?、點(diǎn)火電源和觸持電 源進(jìn)行禪合，并且提高功率密度的空屯、陰極電源變換器，并提供包括了該空屯、陰極電源變 換器的控制系統(tǒng)。
[0006] 對(duì)此，本發(fā)明提供一種空屯、陰極電源變換器，包括:主變壓器原邊電路和主變壓器 副邊整流濾波電路;主變壓器副邊整流濾波電路包含兩路輸出：加熱電源輸出和點(diǎn)火觸持 電源輸出;對(duì)主變壓器副邊整流濾波電路的加熱電源輸出電壓采樣形成輸出電壓環(huán)閉環(huán)控 審IJ，并對(duì)加熱電源輸出電流和點(diǎn)火觸持電源輸出電流分別進(jìn)行采樣形成相應(yīng)的輸出電流環(huán) 閉環(huán)控制;在空屯、陰極點(diǎn)火成功前，觸持極與基準(zhǔn)地呈現(xiàn)高阻抗，加熱電源的輸出電流環(huán)閉 環(huán)工作，點(diǎn)火觸持電源的輸出電流環(huán)處于開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài);在空屯、陰極點(diǎn)火瞬間，轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)火 觸持電源的輸出電流環(huán)閉環(huán)工作，加熱電源的輸出電流環(huán)閉環(huán)不工作;在空屯、陰極點(diǎn)火成 功時(shí)，觸持極阻抗下降，直到所述主變壓器副邊整流濾波電路的點(diǎn)火觸持電源輸出電壓被 拉低到第二設(shè)定值W下時(shí)，則判斷為空屯、陰極點(diǎn)火成功。
[0007] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在空屯、陰極點(diǎn)火成功后，當(dāng)觸持極阻抗進(jìn)一步降低使 得觸持極電壓降到低于觸持電源最高限制電壓時(shí)，對(duì)主變壓器副邊整流濾波電路的輸出電 流進(jìn)行閉環(huán)控制，使得觸持電源開(kāi)始工作并限制其輸出電流為設(shè)定的觸持極電流值。
[0008] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述主變壓器為變壓器Tl,所述主變壓器原邊電路包 括二極管D1、二極管D2、開(kāi)關(guān)管Ql和開(kāi)關(guān)管Q2,所述二極管Dl的陰極和開(kāi)關(guān)管Ql的漏極分別 與所述電源正極相連接，所述二極管D2的陰極和開(kāi)關(guān)管Ql的源極分別與所述變壓器Tl原邊 的一端相連接，所述二極管Dl的陽(yáng)極和開(kāi)關(guān)管Q2的漏極分別與所述變壓器Tl原邊的另一端 相連接，所述二極管D2的陽(yáng)極和開(kāi)關(guān)管Q2的源極分別接地;所述主變壓器副邊整流濾波電 路包括點(diǎn)火觸持電源，所述點(diǎn)火觸持電源包括二極管D3、二極管D4、電感Ll、電容Cl和斬波 開(kāi)關(guān)管Q3,所述變壓器Tl副邊的一端與所述二極管D3的陽(yáng)極相連接，所述變壓器Tl副邊的 另一端分別與所述二極管D4的陽(yáng)極、電容Cl的一端和地相連接，所述二極管D3的陰極和二 極管D4的陰極分別通過(guò)電感Ll連接至斬波開(kāi)關(guān)管Q3的漏極，所述電容Cl的另一端與所述斬 波開(kāi)關(guān)管Q3的漏極相連接，所述斬波開(kāi)關(guān)管Q3的源極連接至點(diǎn)火觸持電源的輸出，所述斬 波開(kāi)關(guān)管Q3的柵極連接至點(diǎn)火脈寬控制信號(hào)；其中，所述電感Ll為主變壓器副邊整流濾波 電路的輸出濾波電感。
[0009] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述二極管D2的陰極和開(kāi)關(guān)管Ql的源極分別與所述變 壓器Tl原邊的同名端相連接，所述二極管Dl的陽(yáng)極和開(kāi)關(guān)管Q2的漏極分別與所述變壓器Tl 原邊的異名端相連接;所述變壓器Tl副邊的第一同名端與所述二極管D3的陽(yáng)極相連接，所 述變壓器Tl副邊的第一異名端分別與所述二極管D4的陽(yáng)極、電容Cl的一端和地相連接。
[0010] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述變壓器副邊整流濾波電路還包括加熱電源，所述 加熱電源包括二極管D5、二極管D6、電感L2和電容C2,所述變壓器Tl副邊的第二同名端分別 與所述二極管D6的陰極和電容C2的一端相連接，所述變壓器Tl副邊的第二異名端與所述二 極管D5的陰極相連接，所述二極管D5的陽(yáng)極和二極管D6的陽(yáng)極分別通過(guò)電感L2接地，所述 電容C2的另一端接地;將點(diǎn)火觸持電源的輸出整流部分疊加到加熱電源的輸出整流部分上 面，所述點(diǎn)火觸持電源的輸出整流部分和加熱電源的輸出整流部分采用同樣的地輸出回 路。
[0011] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，將所述點(diǎn)火觸持電源的電感Ll和加熱電源的電感L2集 成為繞制在同一個(gè)磁忍上的禪合電感Lc。
[0012] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在空屯、陰極點(diǎn)火瞬間及其之后，點(diǎn)火觸持電源輸出的 脈沖高壓電壓擊穿空屯、陰極電源產(chǎn)生等離子體，使得空屯、陰極觸持極間輸出阻抗迅速降 低，當(dāng)空屯、陰極電源的觸持極間的等離子體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，觸持極間呈現(xiàn)低阻抗特性;在此 過(guò)程中，空屯、陰極電源的觸持極等效阻抗迅速下降，斬波開(kāi)關(guān)管Q3通過(guò)判斷觸持極電壓迅 速下降來(lái)判斷點(diǎn)火成功后，從而關(guān)閉脈沖型斬波方式并使斬波開(kāi)關(guān)管Q3保持長(zhǎng)通狀態(tài)。
[0013] 本發(fā)明還提供一種空屯、陰極電源變換器的控制系統(tǒng)，包括了如上所述的空屯、陰極 電源變換器，并包括點(diǎn)火控制電路、采樣電路和點(diǎn)火可變斬波脈寬控制電路;主變壓器原邊 電路與所述點(diǎn)火控制電路相連接，所述點(diǎn)火控制電路通過(guò)采樣電路與所述主變壓器副邊整 流濾波電路相連接，所述點(diǎn)火可變斬波脈寬控制電路與所述主變壓器副邊整流濾波電路相 連接。
[0014] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述采樣電路包括第一電流傳感器、第二電流傳感器、 采樣電阻化1和采樣電阻化2,所述采樣電阻化1和采樣電阻Rs2順序與所述空屯、陰極電源變換 器的禪合電感進(jìn)行串聯(lián)，加熱電源輸出電流的回線(xiàn)接在采樣電阻化1和采樣電阻化2之間，點(diǎn) 火觸持電源輸出電流的回線(xiàn)接在地線(xiàn)上;所述采樣電阻化1的兩端分別通過(guò)第一電流傳感器 連接至所述點(diǎn)火控制電路上，所述采樣電阻化2的兩端分別通過(guò)第二電流傳感器連接至所述 點(diǎn)火控制電路上。
[0015] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述空屯、陰極電源變換器采用如下時(shí)序工作：
[0016] 處于空屯、陰極點(diǎn)火成功前，主變換器由加熱輸出電流環(huán)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，加熱輸出 電壓隨加熱電阻絲阻值的變化而變化，點(diǎn)火觸持極的輸出處于開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，通過(guò)脈沖型 電壓構(gòu)成點(diǎn)火脈寬控制信號(hào)的輸出，連接到空屯、陰極的觸持極上；
[0017] 點(diǎn)火過(guò)程進(jìn)行中，在脈寬峰值處點(diǎn)著火，因空屯、陰極的觸持極對(duì)地的阻抗降低而 使得點(diǎn)火觸持電源輸出電壓降低，輸出電流升高，主變換器的閉環(huán)調(diào)節(jié)由加熱輸出電流環(huán) 轉(zhuǎn)為點(diǎn)火觸持電源的限流環(huán)閉環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，主變壓器副邊整流濾波電路的輸出端所接斬波 開(kāi)關(guān)Q3在判斷點(diǎn)火成功后維持直通狀態(tài)；加熱電源的輸出支路處于開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，因用于 點(diǎn)火觸持極的限流環(huán)閉環(huán)調(diào)節(jié)PWM波的占空比相對(duì)之前的加熱電源的電流閉環(huán)調(diào)節(jié)變小， 加熱電源的輸出支路的輸出電壓降低，輸出電流降低，進(jìn)而減小了加熱電源的輸出功率；
[0018] 完成空屯、陰極電源點(diǎn)火過(guò)程，降低加熱電源的輸出功率；
[0019] 斷開(kāi)加熱電源輸出到空屯、陰極加熱器的配電開(kāi)關(guān)，關(guān)閉對(duì)空屯、陰極電源的加熱輸 出部分。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:首先將點(diǎn)火電源和觸持電源進(jìn)行禪合 得到點(diǎn)火觸持電源，實(shí)現(xiàn)一個(gè)主變換器輸出，功率密度比現(xiàn)有技術(shù)提高大約一倍，同時(shí)還能 夠省掉現(xiàn)有技術(shù)中觸持電源的輸出連接到空屯、陰極電源觸持極上的高壓二極管;在此基礎(chǔ) 上，還將加熱電源、點(diǎn)火電源和觸持電源進(jìn)行禪合得到一個(gè)同時(shí)具備加熱電源、點(diǎn)火電源和 觸持電源的主變換器，相比現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)=個(gè)變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的方式，本發(fā)明帶來(lái)的好處 是:一、功率密度同比提高=倍;二、供電動(dòng)態(tài)響應(yīng)提高，可顯著提升空屯、陰極電源的壽命， 在空屯、陰極點(diǎn)火成功瞬間，馬上降低對(duì)加熱器加熱的功率，并限制流過(guò)觸持極的電流，能夠 很好地保護(hù)空屯、陰極，W