CN104702141B - 用于霍尔推进器的高压脉冲点火电源驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种用于霍尔推进器的点火电源驱动电路，其对所述霍尔推进器的阴极点火电源进行点火，包括：低频驱动模块，其形成低频脉冲驱动波为所述点火电源的工作脉冲；高频斩波模块，其形成高频脉冲驱动波；及隔离驱动变压器模块，其隔离所述驱动电路与所述点火电源，并根据所述高频斩波模块的信号形成高压脉冲对所述电源进行点火。所述低频脉冲驱动波的高电平控制所述高频斩波模块的工作。本发明专利所提供的解决方案是将驱动脉冲中的高电平段进行高频化，利用常见的高频变压隔离驱动电路，在驱动电路的次级再加入一个保持电容，可以实现高频PWM驱动波基本无脉动，明显地降低变压器体积，减少波形失真，提高点火电源的可靠性。

Description

用于霍尔推进器的高压脉冲点火电源驱动电路

技术领域

本发明专利涉及一种适用于霍尔推进器高压脉冲电源的驱动电路，尤其涉及一种具有大功率、高可靠的脉冲点火电源系统的驱动电路。

背景技术

霍尔推进器是一种具有高比冲，高效率的及高可靠性的推进装置，广泛的用于卫星姿态控制，轨道修正转移，动力补偿等航天航空领域，特别是对于控制精度要求比较高的飞行器，具有不可替代的作用，是未来的航天器的主力推进装置。而适用于该推力器的电源控制单元PPU（Power Processing Unit）则是推进器的主要部件之一。

由于PPU是由不同的供电模块组合而成，其中为霍尔推进器阴极点火提供电源的阴极电源模块由于电压高，脉冲持续时间长而成为PPU研究的其中一项难点技术。目前欧洲空天局，美国航天局都研发了不同功率，不同拓扑的点火电源，其寿命和效率已经达到较高的程度，并且已经应用于空间飞行器上。在我国该项技术还处于研究开发阶段，尚无应用成功的先例。点火系统要求将350V高压直流电源转化为频率为100赫兹，占空比为5%的低频脉冲，用来给霍尔推进器点火工作提供电源，由于工作频率较低，导通时间较长，如果使用传统的变压器驱动技术，为了使得在低频下变压器能够正常工作并且不饱和，其体积必然巨大，笨重，且输出波形会严重失真变形。另外，变压器较大的体积会产生强烈的EMI，干扰系统的正常运行，从而影响系统稳定工作。

因此，必须寻找合适的方法解决低频工况下变压驱动技术的设计难题。

发明内容

本发明本发明专利提出的间歇高频脉冲驱动电路旨在解决低频下驱动变压器体积过大，波形失真以及强烈EMI问题，有效地提高了电推进器点火电源系统的工作可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于霍尔推进器的点火电源驱动电路，其对所述霍尔推进器的阴极点火电源进行点火，包括：低频驱动模块，其形成低频脉冲驱动波为所述点火电源的工作脉冲；高频斩波模块，其形成高频脉冲驱动波；及隔离驱动变压器模块，其隔离所述驱动电路与所述点火电源，并根据所述高频斩波模块的信号形成高压脉冲对所述电源进行点火。所述低频脉冲驱动波的高电平控制所述高频斩波模块的工作。

一些实施例中，在所述低频驱动模块开通时，所述高频斩波模块工作以产生所述高频脉冲驱动波；并且当所述低频驱动模块关断时，所述高频斩波模块停止工作，从而以所述高频脉冲驱动波的频率输出电平以通过所述隔离驱动变压器形成所述高压脉冲。

一些实施例中，所述低频脉冲驱动波的频率和占空比与所述驱动电路的输出脉冲一致。

一些实施例中，所述低频脉冲驱动波为100赫兹，占空比为5%。

一些实施例中，所述高频斩波模块形成的所述高频脉冲驱动波的频率为可调。

一些实施例中，一个工作周期内，所述低频驱动模块开通的时间小于所述低频驱动模块关断的时间。

一些实施例中，所述一个工作周期100ms，其中所述低频驱动模块开通的时间为5ms，而所述低频驱动模块关断的时间为95ms。

一些实施例中，所述低频驱动电路为由555定时器构成的单稳态触发器。

一些实施例中，所述高频斩波模块为由555定时器构成的单稳态触发器，设置充电电容C和充电电阻R将其开关频率设置在高频模式。

一些实施例中，隔离驱动变压器模块包括高频驱动变压器，复位电容，驱动电阻和平滑电容构成的，其中所述平滑电容将离散的高频驱动波形平滑为连续的连续波形。

本发明专利所提供的解决方案是将驱动脉冲中的高电平段进行高频化，即在传统的低频脉冲驱动芯片之外再引入一块高频脉冲驱动芯片，两块芯片一主一次交替工作，低频芯片为主芯片，高频芯片为次芯片，主芯片工作后启动次芯片工作，关断后次芯片也同时关断，从而实现开通过程的高频化，这样可以利用常见的高频变压隔离驱动电路，在驱动电路的次级再加入一个保持电容，可以实现高频PWM驱动波基本无脉动。这种设计的好处是可以明显地降低变压器体积，减少波形失真，提高点火电源的可靠性。

结合附图，根据下文的通过示例说明本发明主旨的描述可清楚本发明的其他方面和优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为霍尔点火电源间歇高频驱动的控制框图；

图2为 霍尔点火电源间歇高频驱动电路的结构图；

图3 霍尔点火电源原边驱动波形图。

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

应理解，本发明的描述/图示为单个单元的部分可存在于两个或两个以上的物理上独立但合作实现所描述/图示之功能的实体。此外，描述/图示为两个或两个以上物理上独立的部分可集成入一个单独的物理上实体以进行所描述/图示的功能。

现通过详细说明根据本发明的较佳具体实施例，以对本发明做进一步阐述。

阴极点火电源主要用来给霍尔电推进器在启动时提供能量，其要求将350V高压直流电源转化为频率为100赫兹，占空比为5%的低频脉冲，并且在开通期间能够为负载提供不小于0.5A的电流。直流额定输入100V电压源通过反激变换器升到350V高压直流，输出电压采用单环比例控制，使得输出稳定在正负5%以内，再通过点火驱动电路转化为100赫兹的低频脉冲。

根据本发明的用于霍尔推进器的点火电源驱动电路，其对所述霍尔推进器的阴极点火电源进行点火，包括低频驱动模块，其形成低频脉冲驱动波为所述点火电源的工作脉冲。

如前所述，低频脉冲驱动波主要是用来产生工作脉冲，其频率和占空比和输出脉冲一致。本实施例中，由于阴极点火电源要求将350V高压直流电源转化为频率为100赫兹，占空比为5%的低频脉冲，因此所述低频脉冲驱动波为100赫兹，占空比为5%的低频脉冲。

根据本发明的用于霍尔推进器的点火电源驱动电路还包括高频斩波模块，其形成高频脉冲驱动波。所述高频脉冲驱动波的频率可调。本实施例中，频率设置在50K赫兹。

现参考图1详细描述低频驱动模块和所述高频斩波模块的配置。所述低频脉冲驱动波的高电平控制所述高频斩波模块的工作。具体地，在所述低频驱动模块开通时，所述高频斩波模块工作以产生所述高频脉冲驱动波；并且当所述低频驱动模块关断时，所述高频斩波模块停止工作，从而以所述高频脉冲驱动波的频率输出电平以通过所述隔离驱动变压器形成所述高压脉冲。

换言之，将驱动脉冲中的高电平段进行高频化，即在传统的低频脉冲驱动芯片之外再引入一块高频脉冲驱动芯片，两块芯片一主一次交替工作，低频芯片为主芯片，高频芯片为次芯片，主芯片工作后启动次芯片工作，关断后次芯片也同时关断，从而实现开通过程的高频化。

根据本发明的用于霍尔推进器的点火电源驱动电路还包括隔离驱动变压器模块。所述隔离驱动变压器模块隔离所述驱动电路与所述点火电源，并根据所述高频斩波模块的信号形成高压脉冲对所述电源进行点火。由此，可以利用常见的高频变压隔离驱动电路，在驱动电路的次级再加入一个保持电容，可以实现高频PWM驱动波基本无脉动。

隔离驱动变压器模块包括高频驱动变压器，复位电容，驱动电阻和平滑电容构成的，其中所述平滑电容将离散的高频驱动波形平滑为连续的连续波形。

根据本发明的用于霍尔推进器的点火电源驱动电路中，一个工作周期内，所述低频驱动模块开通的时间小于所述低频驱动模块关断的时间。本实施例中，所述一个工作周期100ms，其中所述低频驱动模块开通的时间为5ms，而所述低频驱动模块关断的时间为95ms。具体地，一个周期内整个高频斩波工作时间为5ms；低频脉冲关断，高频斩波电路停止工作95ms，总的周期为100ms，和高压脉冲频率一致，最终高频斩波信号通过所述隔离驱动变压器进行点火。

现参考图2～3，详细描述根据本发明的霍尔推进器的点火电源驱动电路的实例。

霍尔电推进器点火电源脉冲驱动电路是由低频驱动，高频斩波以及隔离驱动构成的，其中低频脉冲主要是用来产生工作脉冲，其频率和占空比和输出脉冲一致，在低频脉冲开通同时，高频斩波电路工作，产生高频脉冲驱动波，频率可调，试验工作频率设置在50K赫兹，一个周期内整个高频斩波工作时间为5ms；低频脉冲关断，高频斩波电路停止工作95ms，总的周期为100ms，和高压脉冲频率一致，最终高频斩波信号通过隔离驱动变压器进行点火，如图2和图3所示。

低频脉冲电路是由一片555定时器构成的单稳态触发器，产生脉冲送入另一片555定时器的复位端（Rd），这片触发器构成高频斩波电路，二者交替工作构成主从控制器，即主触发器高电平时，从触发器工作；而主触发器低电平时，从触发器停止工作，最终输出电平通过隔离驱动变压器形成高压脉冲，实现阴极点火电源功能。系统工作的波形见图3。

本发明专利所提供的解决方案是将驱动脉冲中的高电平段进行高频化，即在传统的低频脉冲驱动芯片之外再引入一块高频脉冲驱动芯片，两块芯片一主一次交替工作，低频芯片为主芯片，高频芯片为次芯片，主芯片工作后启动次芯片工作，关断后次芯片也同时关断，从而实现开通过程的高频化，这样可以利用常见的高频变压隔离驱动电路，在驱动电路的次级再加入一个保持电容，可以实现高频PWM驱动波基本无脉动。这种设计的好处是可以明显地降低变压器体积，减少波形失真，提高点火电源的可靠性。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (9)

1. 一种用于霍尔推进器的点火电源驱动电路，其对所述霍尔推进器的阴极点火电源进行点火，其特征在于，包括： 低频驱动模块，其形成低频脉冲驱动波为所述点火电源的工作脉冲； 高频斩波模块，其形成高频脉冲驱动波； 隔离驱动变压器模块，其隔离所述驱动电路与所述点火电源，并根据所述高频斩波模块的信号形成高压脉冲对所述电源进行点火，其中 所述低频脉冲驱动波的高电平控制所述高频斩波模块的工作。

2.根据权利要求1所述的点火电源驱动电路，其特征在于，在所述低频驱动模块开通时，所述高频斩波模块工作以产生所述高频脉冲驱动波；并且当所述低频驱动模块关断时，所述高频斩波模块停止工作，从而以所述高频脉冲驱动波的频率输出电平以通过所述隔离驱动变压器形成所述高压脉冲。

3.根据权利要求2所述的点火电源驱动电路，其特征在于，所述低频脉冲驱动波的频率和占空比与所述驱动电路的输出脉冲一致。

4.根据权利要求3所述的点火电源驱动电路，其特征在于，所述低频脉冲驱动波为100赫兹，占空比为5%。

5.根据权利要求2所述的点火电源驱动电路，其特征在于，所述高频斩波模块形成的所述高频脉冲驱动波的频率为可调。

6.根据权利要求2所述的点火电源驱动电路，其特征在于，一个工作周期内，所述低频驱动模块开通的时间小于所述低频驱动模块关断的时间。

7.根据权利要求6所述的点火电源驱动电路，其特征在于，所述一个工作周期100ms，其中所述低频驱动模块开通的时间为5ms，而所述低频驱动模块关断的时间为95ms。

8.根据权利要求2所述的点火电源驱动电路，其特征在于，所述高频斩波模块为由555定时器构成的单稳态触发器，设置充电电容C和充电电阻R将其开关频率设置在高频模式。

9.根据权利要求2所述的点火电源驱动电路，其特征在于，隔离驱动变压器模块包括高频驱动变压器，复位电容，驱动电阻和平滑电容构成的，其中所述平滑电容将离散的高频驱动波形平滑为连续的连续波形。