[发明专利]一种空心阴极电源变换器及其控制系统

说明书

本发明提供一种空心阴极电源变换器及其控制系统，所述空心阴极电源变换器包括：主变压器原边电路和主变压器副边整流滤波电路；对主变压器副边整流滤波电路的输出电压采样形成电压闭环控制，并对其输出电流进行采样形成输出电流闭环控制；在空心阴极点火成功前，触持极与基准地呈现高阻抗，电流闭环不工作；在空心阴极点火成功时，触持极阻抗下降，直到所述主变压器副边整流滤波电路的输出电压被拉低到第二设定值以下时，则判断为空心阴极点火成功；当触持极电压降到低于触持电源最高限制电压时，对主变压器副边整流滤波电路的输出电流进行闭环控制。本发明将加热电源、点火电源和触持电源进行耦合得到一个主变换器，功率密度大，动态响应提高。

技术领域

本发明涉及一种电源控制电路，尤其涉及一种空心阴极电源变换器，并涉及包括了该空心阴极电源变换器的控制系统。

背景技术

传统的空心阴极供电电源分别由三个电源组成：阴极加热电源、阴极点火电源和阴极触持电源，所述空心阴极供电电源简称空心阴极电源，所述阴极加热电源简称加热电源，所述阴极点火电源简称点火电源，所述阴极触持电源简称触持电源；空心阴极电源是为空心阴极这种装置供电的电源。加热电源为空心阴极的加热器进行供电，点火电源和触持电源同时接到空心阴极的触持极，并为触持极提供点火用的高压脉冲电压和维持点火状态的触持电流，加热电源、点火电源和触持电源这三个电源基于同一基准地输出，如图2所示的是应用在某种电推进上的空心阴极及空心阴极电源的结构示意图。

考虑到空心阴极材料的热敏感特性，加热电源需要对给加热器供电的加热电流进行精准档位调节，在空心阴极点着火前，迅速将空心阴极加热到大约1200℃，使发射体产生电子，再由电子和加在空心阴极的触持极两端的脉冲型高压电压将氙气流击穿成等离子体态，促使空心阴极点火成功。在空心阴极点火成功瞬间，空心阴极的触持极间的阻抗迅速下降，引起其电压迅速下降，阴极点火电源通过实时检测该电压的迅速下降来判断点火成功状态并在点火成功后关闭其输出，防止阴极点火电源输出功率过大而烧毁。触持电源在阴极点火电源关闭的瞬间为空心阴极电源的触持极提供限制的输出电流，来维持空心阴极的等离子体状态。在电推进发动机点火成功后，因空心阴极自身会产生自热现象，引起温度进一步升高，如果空心阴极长时间维持在过高温度会降低其使用寿命，因此在点火成功后应尽快降低加热电源的功率或是关闭加热电源可防止空心阴极因长时间过热而降低使用寿命。

已有技术问题及缺陷描述：目前大多空心阴极的供电电源均设计成独立的加热电源、点火电源和触持电源来实现对空心阴极供电，应用在空间电推进系统时，当电推进发动机各功能部件均启动并稳定工作后，通过电推进控制系统来判读电推进发动机的工作状态，再发送指令关闭加热电源、点火电源和触持电源，这在控制上大大延迟了点火成功后降低加热电源输出功率的时间，从而严重影响了空心阴极的使用寿命。另外，现有的这种三个独立电源为空心阴极供电的方式存在供电电源体积、重量大，效率低，设计复杂等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够对加热电源、点火电源和触持电源进行耦合，并且提高功率密度的空心阴极电源变换器，并提供包括了该空心阴极电源变换器的控制系统。

对此，本发明提供一种空心阴极电源变换器，包括：主变压器原边电路和主变压器副边整流滤波电路；主变压器副边整流滤波电路包含两路输出：加热电源输出和点火触持电源输出；对主变压器副边整流滤波电路的加热电源输出电压采样形成输出电压环闭环控制，并对加热电源输出电流和点火触持电源输出电流分别进行采样形成相应的输出电流环闭环控制；在空心阴极点火成功前，触持极与基准地呈现高阻抗，加热电源的输出电流环闭环工作，点火触持电源的输出电流环处于开环调节状态；在空心阴极点火瞬间，转变为点火触持电源的输出电流环闭环工作，加热电源的输出电流环闭环不工作；在空心阴极点火成功时，触持极阻抗下降，直到所述主变压器副边整流滤波电路的点火触持电源输出电压被拉低到第二设定值以下时，则判断为空心阴极点火成功。