CN101943148B - 一种用于脉冲等离子体推力器的电路 - Google Patents
一种用于脉冲等离子体推力器的电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101943148B CN101943148B CN2010102375244A CN201010237524A CN101943148B CN 101943148 B CN101943148 B CN 101943148B CN 2010102375244 A CN2010102375244 A CN 2010102375244A CN 201010237524 A CN201010237524 A CN 201010237524A CN 101943148 B CN101943148 B CN 101943148B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- power supply
- divider resistance
- circuit
- storage capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
本发明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。本发明优点在于：能够实现快速、可控的充电和精确的触发点火。
Description
技术领域
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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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。
所述点火电路包括第一脉冲变压器(T1)与第二脉冲变压器(T2)，第一开关晶体管(Q 1)与第二开关晶体管(Q2)，点火电容(C1)，第一钳位二极管(D1)与第四钳位二极管(D5)、束流二极管(D2)、第一气体放电管(a)与第二气体放电管(b)，第一分压电阻(R1)、第一采样电阻(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)与第一脉冲变压器(T1)初级线圈和第一开关晶体管(Q1)串联，第一脉冲变压器(T1)次级线圈与第一钳位二极管(D1)和点火电容(C1)串联，第一分压电阻(R1)和第一采样电阻(R2)串联后与点火电容(C1)并联，第四钳位二极管(D5)与第一气体放电管(a)、第二气体放电管(b)、火花塞串联后与点火电容(C1)并联，第一分压电阻(R1)和第一采样电阻(R2)连接点引出采样电压；卫星母线电源(V1)与第二脉冲变压器(T2)初级线圈和第二开关晶体管(Q2)串联，第二脉冲变压器(T2)次级线圈与束流二极管(D2)和第一气体放电管(a)串联。
储能电路包括第三脉冲变压器(T3)，第三开关晶体管(Q3)，第二钳位二极管(D3)、第三钳位二极管(D4)，储能电容(C2)，第二分压电阻(R3)、第二采样电阻(R4)、第一限流电阻(R5)和第三气体放电管(c)；卫星母线电源(V1)与第三脉冲变压器(T3)初级线圈和第三开关晶体管(Q3)串联，第三脉冲变压器(T3)次级线圈与第二钳位二极管(D3)和储能电容(C2)串联，第二分压电阻(R3)与第二采样电阻(R4)串联后与储能电容(C2)并联，第三气体放电管(c)与第一限流电阻(R5)串联后与储能电容(C2)并联，第三钳位二极管(D4)与储能电容(C2)并联，第二分压电阻(R3)与第二采样电阻(R4)的连接点引出采样电压。
控制电路包括ATmega16型单片机，第一电压比较器(U1)、第二(U2)，第一稳压管(D6)、第二(D7)，第一电位器(R6)、第二电位器(R7)，第二限流电阻(R8)、第三分压电阻(R9)、第四分压电阻(R10)、第五分压电阻(R11)、第三限流电阻(R12)，第一驱动三极管(Q4)、第二驱动三极管(Q5)、第三驱动三极管(Q6)，控制信号电源(V2)和标准直流电源(V3)。其中，第一电压比较器(U1)负输入端接第一电位器(R6)，正输入端与点火电路中第一分压电阻(R1)、第一采样电阻(R2)连接点连接；第一电压比较器(U1)输出端串联第二限流电阻(R8)和第一稳压管(D6)，第一稳压管(D6)两端引出电压接单片机第二输入引脚(8)；第二电压比较器(U2)负输入端接第二电位器(R7)，正输入端与储能电路中第二分压电阻(R3)、第二采样电阻(R4)的连接点连接；第二电压比较器(U2)输出端串联第三限流电阻(R12)和第二稳压管(D7)，第二稳压管(D7)两端引出电压接单片机第一输入引脚(4)；第一电压比较器(U1)和第二电压比较器(U2)使用标准直流电源(V3)供电，标准直流电源(V3)并联在第一电位器(R6)、第二电位器(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；单片机第一输出引脚(1)与第一驱动三极管(Q4)、第三分压电阻(R9)、控制信号电源(V2)串联；单片机第三输出引脚(3)与第二驱动三极管(Q5)、第四分压电阻(R10)、控制信号电源(V2)串联；单片机第二输出引脚(2)与第三驱动三极管(Q6)、第五分压电阻(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；第三分压电阻(R9)与第一驱动三极管(Q4)的连接点与储能电路中第三开关晶体管(Q3)控制极连接；第四分压电阻(R10)高压端接第二开关晶体管(Q2)控制极；第五分压电阻(R11)高压端接第一开关晶体管(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第三脉冲变压器(T3)产生触发脉冲高压电，脉冲高压电放电击穿第二气体放电管(b)产生电火花，引发点火。本发明能够准确、快速、可控的实现电源转换。
本发明应的优点在于：
1、本发明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、本发明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、本发明引入反馈控制，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是本发明电路的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明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R4的连接点引出采样电压。
由于脉冲变压器T1、T2和T3的使用，变压器次级的高压电路与变压器初级的低压电路存在物理隔离，变压器次级电路的高压脉冲不会影响变压器初级电路中电子元件的工作，故减小了对卫星母线电压的影响。
控制电路3包括ATmega16型单片机，电压比较器U1、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，单片机使用1、2、3、4、8引脚，其它引脚悬空。电压比较器U1负输入端接电位器R6，正输入端与点火电路1中分压电阻R1、采样电阻R2连接点连接，此连接点电压为点火电路的反馈控制电压。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2中分压电阻R3、采样电阻R4的连接点连接，此连接点处的电压为储能电路的反馈控制电压。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2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3中的1脚和2脚持续输出斩波信号，分别通过点火电路1中的脉冲变压器T1与储能电路2中的脉冲变压器T3对点火电容C1充电与储能电容C2充电，当电压比较器U1正输入端的采样电压达到设定的点火电压时，2脚停止输出斩波信号，当电压比较器U2正输入端的采样电压达到设定的储能电压时，1脚停止输出斩波信号，使点火电容C1、储能电容C2两端电压维持在一个恒定的水平，防止充电电压过高对电容造成损坏。电容C2两端并联有放电管c，若储能电容C2电压过高将会击穿放电管c放电，形成对电容的过压保护。经过一个设定的延迟时间，单片机3脚输出点火信号，点火信号通过脉冲变压器T2产生触发脉冲高压电，脉冲高压电放电击气体放电管b产生电火花。
通过编程可以控制单片机1脚和2脚输出斩波信号的频率、改变设定的延迟时间，进而控制点火频率，点火电压，储能电压。其中，点火频率为每秒钟火花塞打火的次数，点火频率最高2Hz点火电压为点火电容两端电压，点火电压为3kV，储能电压为储能电容两端电压。储能电压为2kV。
Claims (2)
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(C 1)和储能电路中的储能电容(C2)的电压并发出点火信号；
所述点火电路包括第一脉冲变压器(T1)与第二脉冲变压器(T2)，第一开关晶体管(Q1)与第二开关晶体管(Q2)，点火电容(C1)，第一钳位二极管(D1)与第四钳位二极管(D5)、束流二极管(D2)、第一气体放电管(a)与第二气体放电管(b)，第一分压电阻(R1)、第一采样电阻(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)与第一脉冲变压器(T1)初级线圈和第一开关晶体管(Q1)串联，第一脉冲变压器(T1)次级线圈与第一钳位二极管(D1)和点火电容(C1)串联，第一分压电阻(R1)和第一采样电阻(R2)串联后与点火电容(C1)并联，第四钳位二极管(D5)与第一气体放电管(a)、第二气体放电管(b)、火花塞串联后与点火电容(C1)并联，第一分压电阻(R1)和第一采样电阻(R2)连接点引出采样电压；卫星母线电源(V1)与第二脉冲变压器(T2)初级线圈和第二开关晶体管(Q2)串联，第二脉冲变压器(T2)次级线圈与束流二极管(D2)和第一气体放电管(a)串联；
储能电路包括第三脉冲变压器(T3)，第三开关晶体管(Q3)，第二钳位二极管(D3)、第三钳位二极管(D4)，储能电容(C2)，第二分压电阻(R3)、第二采样电阻(R4)、第一限流电阻(R5)和第三气体放电管(c)；卫星母线电源(V1)与第三脉冲变压器(T3)初级线圈和第三开关晶体管(Q3)串联，第三脉冲变压器(T3)次级线圈与第二钳位二极管(D3)和储能电容(C2)串联，第二分压电阻(R3)与第二采样电阻(R4)串联后与储能电容(C2)并联，第三气体放电管(c)与第一限流电阻(R5)串联后与储能电容(C2)并联，第三钳位二极管(D4)与储能电容(C2)并联，第二分压电阻(R3)与第二采样电阻(R4)的连接点引出采样电压；
控制电路包括ATmega16型单片机，第一电压比较器(U1)、第二电压比较器(U2)，第一稳压管(D6)、第二稳压管(D7)，第一电位器(R6)、第二电位器(R7)，第二限流电阻(R8)、第三分压电阻(R9)、第四分压电阻(R10)、第五分压电阻(R11)、第三限流电阻(R12)，第一驱动三极管(Q4)、第二驱动三极管(Q5)、第三驱动三极管(Q6)，控制信号电源(V2)和标准直流电源(V3)；其中，第一电压比较器(U1)负输入端接第一电位器(R6)，正输入端与点火电路中第一分压电阻(R1)、第一采样电阻(R2)连接点连接，输出端串联第二限流电阻(R8)和第一稳压 管(D6)，第一稳压管(D6)两端引出电压接单片机第二输入引脚(8)；第二电压比较器(U2)负输入端接第二电位器(R7)，正输入端与储能电路中第二分压电阻(R3)、第二采样电阻(R4)的连接点连接，输出端串联第三限流电阻(R12)和第二稳压管(D7)，第二稳压管(D7)两端引出电压接单片机第一输入引脚(4)；第一电压比较器(U1)和第二电压比较器(U2)使用标准直流电源(V3)供电，标准直流电源(V3)并联在第一电位器(R6)、第二电位器(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；单片机第一输出引脚(1)与第一驱动三极管(Q4)、第三分压电阻(R9)、控制信号电源(V2)串联；单片机第三输出引脚(3)与第二驱动三极管(Q5)、第四分压电阻(R10)、控制信号电源(V2)串联；单片机第二输出引脚(2)与第三驱动三极管(Q6)、第五分压电阻(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；第三分压电阻(R9)与第一驱动三极管(Q4)的连接点与储能电路中第三开关晶体管(Q3)控制极连接；第四分压电阻(R10)高压端接第二开关晶体管(Q2)控制极；第五分压电阻(R11)高压端接第一开关晶体管(Q1)控制极。
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：所述点火电容(C1)两端的电压为3kV；储能电容(C2)两端电压为2kV；火花塞每秒打火的次数为2次。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102375244A CN101943148B (zh) | 2010-07-27 | 2010-07-27 | 一种用于脉冲等离子体推力器的电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102375244A CN101943148B (zh) | 2010-07-27 | 2010-07-27 | 一种用于脉冲等离子体推力器的电路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101943148A CN101943148A (zh) | 2011-01-12 |
| CN101943148B true CN101943148B (zh) | 2011-12-07 |
Family
ID=43435307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010102375244A Expired - Fee Related CN101943148B (zh) | 2010-07-27 | 2010-07-27 | 一种用于脉冲等离子体推力器的电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101943148B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108678920B (zh) * | 2018-05-17 | 2019-10-18 | 深圳巡天空间技术有限公司 | 点火电路及固体烧蚀脉冲式电推力器 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104791136B (zh) * | 2015-03-11 | 2016-06-29 | 北京控制工程研究所 | 一种试验用固体微推力器阵列结构 |
| CN105114275B (zh) * | 2015-07-14 | 2017-11-03 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种离子推力器供配电系统 |
| CN107725297B (zh) * | 2017-11-30 | 2019-05-03 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种用于微型脉冲等离子体推力器的点火电路 |
| CN108880512B (zh) * | 2018-06-22 | 2022-06-03 | 西北核技术研究所 | 一种高功率双指数脉冲脉宽连续调节电路及调节方法 |
| CN109139402B (zh) * | 2018-08-30 | 2019-08-09 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种复合式点火电路 |
| CN110863963A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-03-06 | 遨天科技(北京)有限公司 | 一种真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置 |
| CN110758777B (zh) * | 2019-11-11 | 2021-02-09 | 遨天科技(北京)有限公司 | 一种放电脉冲可调的模块化卫星电推进装置 |
| CN111697871B (zh) * | 2020-04-29 | 2021-07-02 | 西北核技术研究院 | 一种Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2481565Y (zh) * | 2001-05-30 | 2002-03-13 | 重庆市渝北区聚星实业有限公司 | 恒定高能量电容式电子点火器 |
| RU2265135C2 (ru) * | 2003-04-14 | 2005-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" | Устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя |
| JP2007165182A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Sharp Corp | 高電圧出力装置及びイオン発生器 |
| DE102007015302B4 (de) * | 2007-03-27 | 2013-01-10 | Astrium Gmbh | Konverter, insbesondere für ein Ionentriebwerk |
-
2010
- 2010-07-27 CN CN2010102375244A patent/CN101943148B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108678920B (zh) * | 2018-05-17 | 2019-10-18 | 深圳巡天空间技术有限公司 | 点火电路及固体烧蚀脉冲式电推力器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101943148A (zh) | 2011-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101943148B (zh) | 一种用于脉冲等离子体推力器的电路 | |
| CN201222073Y (zh) | 基于真空触发开关管的10/350μs雷电流波形激励装置 | |
| CN110350817A (zh) | 脉冲发生电路 | |
| CN103094883B (zh) | 一种本质安全型电源电路及具有该电源电路的装置 | |
| CN107834531A (zh) | 一种芯片i/o接口的保护装置 | |
| CN104374962A (zh) | 一种10/1000μs雷电冲击发生器 | |
| CN205425008U (zh) | 一种火花频率可调的高能点火装置 | |
| CN208890635U (zh) | 一种新能源电机测试能量泄放装置 | |
| CN104019462B (zh) | 高频电弧打火机 | |
| CN207426665U (zh) | 电流互感器及其二次侧限压保护装置 | |
| CN203604054U (zh) | 涡桨发动机用点火装置 | |
| CN204513450U (zh) | 一种电子点火器的点火电路 | |
| CN101844277B (zh) | 用于焊接放电器的放电电路 | |
| CN207732419U (zh) | 一种芯片i/o接口的保护装置 | |
| CN201130913Y (zh) | 长波前操作冲击电压发生器 | |
| CN103474874A (zh) | 电子优化型避雷针 | |
| CN202334974U (zh) | 微波炉 | |
| CN204462285U (zh) | 一种冲击电压发生试验装置 | |
| CN206962431U (zh) | 一种直流发电机的接线保护器 | |
| CN203840305U (zh) | 一种并联放电的固态开关 | |
| CN203869086U (zh) | 高频电弧打火机 | |
| CN201674248U (zh) | 一种防浪涌充电装置 | |
| CN202059624U (zh) | 一种led灯管保护电路结构 | |
| CN203146197U (zh) | 汽油发电机点火器隔离熄火器 | |
| CN215378427U (zh) | 一种用于直流发电机的电弧消除电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111207 Termination date: 20120727 |