[发明专利]一种等离子体推进器用脉冲储能模块及其高效控制方法

说明书

一种等离子体推进器用脉冲储能模块高效控制方法，包括脉冲储能模块高效率恒流储能控制方法和脉冲储能模块原边开关管低损耗控制方法；本发明巧妙利用储能变换器升压器件的寄生参数实现输入电流的正弦变化，利用电流正负换向的时刻进行开关管驱动信号切换，并利用绝缘栅型场效应管饱和时双向导电性和本体比寄生体二极管低得多的导通电阻的特性，使正弦电流为负向时不经过体二极管回馈，而是经由开关管本体直接流向母线的控制方法，实现功率管低损耗，从而提高储能模块的转换效率，降低器件温升，增加模块的功率密度和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种等离子体电推进器用脉冲储能模块及其高效控制方法，属于能源技术领域。

背景技术

等离子体电推进以其功率灵活可变、结构简单、可靠性高、在低功率下能够保持高比冲等特点，可用于执行微小型航天器姿态控制、阻力补偿以及精确编队等任务，成为当前电推进技术研究的热点和发展方向之一。等离子体电推进能源控制主要包括点火模块的控制和储能模块的控制，其中点火模块控制主要包括点火脉冲的宽度，电压幅值等，影响电推进器的放电频率；储能模块的控制包括储能速率，稳压精度，放电响应速度等，直接影响电推进器的推力指标，因此储能模块控制方法的优劣成为设计的关键问题。

储能模块传统的控制方法是利用高压直流源串接限流电阻的方法，系统简单，可靠，但也存在着体积较大，储能效率低，储能时间长的缺点，一般用于地面测试设备；高频变换器的发展使储能元器件的重量体积大大减小，也推动了电推进器在空间的应用，但随着频率的不断提高，储能变换器开关管的损耗也急剧增加，限制了储能模块的体积进一步缩小；另外，航天器用电推进储能模块采用太阳能电池作为供电输入电源，输出电压往往高于1000V，这会导致储能变换器升压器件匝比很大，寄生电容电感等参数影响占比显著，高频脉冲波形畸变严重，限制了储能模块的工作频率进一步提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种等离子体推进器用脉冲储能模块及其高效控制方法，巧妙利用储能变换器升压器件的寄生参数实现输入电流的正弦变化，利用电流正负换向的时刻进行开关管驱动信号切换，并利用绝缘栅型场效应管饱和时双向导电性和本体比寄生体二极管低得多的导通电阻的特性，使正弦电流为负向时不经过体二极管回馈，而是经由开关管本体直接流向母线的控制方法，实现功率管低损耗，从而提高储能模块的转换效率，降低器件温升，增加模块的功率密度和可靠性。

本发明所采用的技术方案是：脉冲储能模块包括正弦电流频率识别控制模块、正弦电流过零点开关频率调整模块、开关管驱动逻辑执行模块、三元谐振槽升压变换模块；

正弦电流频率识别控制模块根据三元谐振槽升压变换模块的输出电压U_o与输入电压U_in信息识别三元谐振频率值，将三元谐振频率值提供给正弦电流过零点开关频率调整模块，正弦电流过零点开关频率调整模块按照三元谐振槽变换器自身正弦电流的变化规律，调整控制驱动频率，将调整后的驱动频率发送至开关管驱动逻辑执行模块；然后由开关管驱动逻辑执行模块根据驱动频率产生驱动信号，确定驱动信号的起始时刻，并将驱动信号提供给三元谐振槽升压变换模块，实现三元谐振槽升压变换模块的开关管正弦电流在电流为零的时刻开通和关断，同时通过调整单位时间内能量传递的频率补偿三元谐振槽升压变换模块的输出电流，使三元谐振槽升压变换模块的输出电流在工作周期内保持恒定。

一种等离子体推进器用脉冲储能模块高效控制方法包括脉冲储能模块高效率恒流储能控制方法和脉冲储能模块原边开关管低损耗控制方法；

脉冲储能模块高效率恒流储能控制方法实现步骤如下：