[发明专利]一种用于微型脉冲等离子体推进器的充电电路

说明书

本发明提供了一种用于微型脉冲等离子体推进器的充电电路，包括功率变换电路、整流滤波电路和PWM控制器电路，功率变换电路将星载电源(VS)转换为高压脉冲；整流滤波电路将功率变换电路输出的高压脉冲滤波整流得到所需的直流电压；功率变换电路还包括变压器(T3)；星载电源(VS)与变压器(T3)的初级线圈相连，变压器(T3)的次级线圈与整流滤波电路相连，用做高压脉冲电源。本发明提供的用于微型脉冲等离子体推进器的充电电路可靠性较好、稳压输出、功率管承受电压降低、变压器磁芯利用率提高、纹波系数减小、待机时不存在电能消耗。

技术领域

本发明涉及一种用于微型脉冲等离子体推进器的充电电路。

背景技术

当前，卫星系统沿网络化、微型化快速发展，使得研制出能够满足微纳卫星高精度姿轨控制要求，且具有质量轻、体积小、功耗低等特点的微型电推进器显得十分必要。微型脉冲等离子体推进器(Micro-Pulsed Plasma Thruster,μPPT)是脉冲等离子体推进器(Pulsed Plasma Thruster,PPT)的一种，通常将系统质量低于1kg的PPT称为μPPT，其质量、体积和功耗均至少要比PPT的低一个量级。μPPT除了具备传统PPT推力密度大、比冲高、推力小而精准、控制精度高、结构简单、可靠性高等优点外，还具备功耗低、成本低、质量轻、体积小等优点，十分适用于微纳卫星的空间应用以及执行高精度控制的推进任务。

μPPT的系统组成包括推力器本体和电源处理单元，而电源处理单元包括点火系统和充电电源两部分，其中，充电电源用来对微推进器的主放电电容进行充电，其质量和性能直接关系到整个推力器系统的质量和性能。

按照控制机理分，目前常见的充电电路有调频式和调宽式两种。调频式充电电源具有静态功耗小等优点，但其无限流功能，且不能连续工作，不能满足于μPPT的工作要求。调宽式充电电源具有噪音小、效率高、能连续工作等优点，该控制方式已广泛应用于多种开关电源。

按照升压结构分，调宽式充电电源的升压电路结构可分为单端反激式、单端正激式、自激式、降压式、升压式、反转式、推挽式等，目前应用于PPT的充电电源多采用推挽式升压电路结构。推挽式电路利用脉冲调制器将直流信号转化为高频方波信号后，通过变压器进行升压处理，再通过普通倍压整流电路对交流电整流滤波为直流并对外输出，推挽结构采用了变压器，具有电气隔离功能，同时还具有通态损耗小、电源利用率较高、电路结构简单、功率大等优点。这种充电电源存在一些问题：

电路可靠性较差，抗干扰能力不强。μPPT的电源处理单元信号源复杂，加上充电电路前级与后级间隔离不彻底，容易对充电电路产生干扰；负载的变化会引起电压降落和电压脉动，造成输出电压不稳定；电路短路保护不彻底。

功率管承受电压过高。开关管关断时漏感能量在开关管上会引起高压电尖峰，导致功率管承受高电压。

磁芯的利用率低。这是由于变压器的铁心偏磁导致的。

纹波系数较大。普通倍压电路下柱在一个周期内仅在很短时间内获得电荷，而在差不多在一个周期的时间内流失电荷，导致纹波系数较大。

待机时存在电能消耗。电路中不存在待机可关断功能，电路中元器件在系统待机时存在一定数值的电能消耗，不适应于微纳卫星低功耗的要求。

发明内容

基于此，本发明有必要提供一种用于微型脉冲等离子体推进器的充电电路，针对充电电路可靠性较差、输出电压不稳定、功率管承受电压过高、变压器磁芯利用率低、纹波系数较大、待机时存在电能消耗等技术问题，本发明提供的用于微型脉冲等离子体推进器的充电电路可靠性较好、稳压输出、功率管承受电压降低、变压器磁芯利用率提高、纹波系数减小、待机时不存在电能消耗。

其技术方案如下：