CN113904526B - 一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，包括第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板、第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板、第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体、第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶、第一模块、绝缘出线槽、第二层绝缘封闭安装固定孔、第三层绝缘封闭壳体、第二层绝缘封闭串联固定孔、点火层、控制层、第二模块和充电层，第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶填充第一模块、第二模块中间空气间隙，消除自放电电弧。本发明实现了外部抗冲击振动和真空环境(10‑ 3Pa～10‑4Pa)消除自放电电弧的腔体。
Description
技术领域
本发明涉及一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，具体涉及一种卫星在轨电推进、卫星变轨电推进、深空探测电推进、空间太阳能电站轨道电推进(维持)用小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器。
背景技术
电推进装置以其高比冲、低推力的特点成为未来航天飞行器(卫星在轨电推进、卫星变轨电推进、深空探测电推进、空间太阳能电站轨道电推进(维持)等)的首选推进装置。在众多电推进装置中，脉冲等离子体推力器以其推力微小、结构简单、使用可靠，成本较低等特点被认为是微小型航天器位置保持、姿态控制、精确编队等多种任务的理想推进系统。
其中，电源是脉冲等离子体电推进的重要组成部分，用于实现星载电压输入到推力器工作所需要的高压脉冲功率转换和调节。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，可直接用于真空环境(10-3Pa～10-4Pa)输出1500V的电推进配置电源(转换器)结构。
本发明解决技术的方案是：
一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，包括第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板、第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板、第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体、第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶、第一模块、绝缘出线槽、第二层绝缘封闭安装固定孔、第三层绝缘封闭壳体、第二层绝缘封闭串联固定孔、点火层、控制层、第二模块和充电层，
第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶填充第一模块、第二模块中间空气间隙，消除自放电电弧；
将第一模块、第二模块放置在第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体之前分别填入第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶，至此组成第一层绝缘封闭；
等待软胶固定后按着第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板在下面、第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板在上的顺序用螺钉固定至此组成第二层绝缘封闭，再通过第二层绝缘封闭安装固定孔、第二层绝缘封闭串联固定孔安装用螺钉固定在第三层绝缘封闭壳体组成第三层绝缘封闭，整体合成充电层；通过螺钉将第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板、第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板、固定在第三层绝缘封闭壳体上；
第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板、第三层绝缘封闭壳体、点火层和控制层，上中下装配或左中右装配。
进一步的，第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板增强绝缘部分的固定强度，防止冲击振动试验时第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板和第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体内部器件松动损坏。
进一步的，第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板表面绝缘绝缘强度1500V以上。
进一步的，绝缘出线槽槽型为U型。
进一步的，将第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板、第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板、第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体、第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶、第一模块、第二模块组成第一层绝缘封闭和第二层绝缘封闭。
进一步的，螺钉孔及螺钉接触处导通，螺钉连接时保证壳体导通和第三层绝缘封闭壳体内部绝缘，功能为防雷击。
进一步的，U型内腔最大处为线径0～0.2mm，在第一道固定的同时形成第二道固定。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明改变常规DCDC升压电源模块板载方式，将升压电源模块和输出限流电阻安装在如图2所示的绝缘体内，绝缘体主体由聚四氟乙烯材料制成，电源模块、限流电阻以及引出线浸没在绝缘导热硅胶中，并以金属盖板压紧固定。升压电源模块块和输出限流电阻安装在内部质软绝缘，实现了外部抗冲击振动和真空环境(10-3Pa～10-4Pa)消除自放电电弧的腔体；
(2)本发明腔内灌入公式为Q＝Z/G的绝缘软胶，Q＝1.96-2.5，Z为腔体内体积，G为器件体积，三层绝缘封闭消除真空环境电晕自放电；
(3)本发明改变控制层、点火层、充电层的连接布局实现形状，满足狭小异形的空间限制。
附图说明
图1为满足空间限制示意图；
图2为充电层绝缘和满足冲击振动示意图；
图3为控制层、点火层、充电层的连接布局示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
如图1-3所示，一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，包括第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板1、第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板2、第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体3、第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶4、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶5、第一模块6、绝缘出线槽7、第二层绝缘封闭安装固定孔8、第三层绝缘封闭壳体9、第二层绝缘封闭串联固定孔10、点火层11、控制层12、第二模块13和充电层14，
第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶4、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶5填充第一模块6、第二模块13中间空气间隙，消除自放电电弧；
将第一模块6、第二模块13放置在第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体3之前分别填入第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶4、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶5，至此组成第一层绝缘封闭。
等待软胶固定后按着第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板2在下面、第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板1在上的顺序用螺钉固定至此组成第二层绝缘封闭，再通过第二层绝缘封闭安装固定孔8、第二层绝缘封闭串联固定孔安装10用螺钉固定在第三层绝缘封闭壳体9组成第三层绝缘封闭，整体合成充电层；通过螺钉将第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板1、第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板2、固定在第三层绝缘封闭壳体9上；
第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板1、第三层绝缘封闭壳体9、点火层11和控制层12，上中下装配或左中右装配。
第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板1增强绝缘部分的固定强度，防止冲击振动试验时第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板2和第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体3内部器件松动损坏。
第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板1表面绝缘绝缘强度1500V以上。绝缘出线槽7槽型为U型，U型内腔最大处为线径0～0.2mm，在第一道固定的同时形成第二道固定。
将第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板1、第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板2、第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体3、第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶4、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶5、第一模块6、第二模块13组成第一层绝缘封闭和第二层绝缘封闭。
螺钉孔及螺钉接触处导通，螺钉连接时保证壳体导通和第三层绝缘封闭壳体内部绝缘，功能为防雷击。
腔内灌入公式为Q＝Z/G的绝缘软胶，Q＝1.96-2.5，Z为腔体内体积，G为器件体积。
本发明通过改变常规DCDC升压电源模块板载方式，解决空间电推进电源在真空环境(10-3Pa～10-4Pa)自放电电弧会沿着电路板表面击穿附近的元器件的可能。
常规的板载DCDC升压电源模块因为输出电压高，在低气压环境下容易产生电晕自放电现象，放电电弧会沿着电路板表面击穿附近的元器件。为此，将升压电源模块和输出限流电阻安装在如图2所示的绝缘槽中，绝缘槽主体由聚四氟乙烯材料制成，电源模块、限流电阻以及引出线浸没在绝缘导热硅胶中，并以金属盖板压紧固定。经试验验证，该结构既能实现消除自放电电弧的高压绝缘目的，也能满足产品的振动冲击要求。
改变常规DCDC升压电源模块板载方式，由于输出电压高(1500V)，在真空环境(10- 3Pa～10-4Pa)和-60℃～+20℃下容易产生电晕自放电现象(易击穿附近的元器件)，因此本发明将升压电源模块和输出限流电阻安装在内部质软绝缘，外部抗冲击振动的腔体内，实现了在真空环境(10-3Pa～10-4Pa)消除自放电电弧的高压绝缘目的。
通过三层绝缘封闭，解决空间电推进电源在真空环境(10-3Pa～10-4Pa)自放电电弧的高压绝缘问题。
整体三层封闭实现消除真空环境电晕自放电，将腔内灌入绝缘1500V以上绝缘软胶,包裹器件，包裹最薄处为1mm,灌入公式为Q＝Z/G,Q＝1.96-2.5，Z为腔体内体积，G为器件体积，内部第二层2-11mm厚的聚四氟乙烯，最薄处2mm及以上，聚四氟乙烯腔体应有止口坐入外部金属壳体内，外部1500V以上的绝缘金属壳，聚四氟乙烯与外部金属壳体允许接触和大间隙。
通过改变控制层、点火层、充电层的连接布局实现形状的改变，满足狭小异形的空间限制。
改变控制层、点火层、充电层的连接布局，例如控制层和点火层在一层壳体力，充电层在一层壳体力，这样两两组合，或者三个平铺或三层叠加，实现形状的改变，满足狭小异形的空间限制。此技术方案与常规的板载DCDC升压电源模块在可靠性指标上会有跨越性的提高，且基础技术较成熟，易实现。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，其特征在于，包括第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板(1)、第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板(2)、第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体(3)、第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶(4)、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶(5)、第一模块(6)、绝缘出线槽(7)、第二层绝缘封闭安装固定孔(8)、第三层绝缘封闭壳体(9)、第二层绝缘封闭串联固定孔(10)、点火层(11)、控制层(12)、第二模块(13)和充电层(14)，
第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶(4)、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶(5)填充第一模块(6)、第二模块(13)中间空气间隙，消除自放电电弧；
将第一模块(6)、第二模块(13)放置在第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体(3)之前分别填入第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶(4)、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶(5)，至此组成第一层绝缘封闭；
等待软胶固定后按着第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板(2)在下面、第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板(1)在上的顺序用螺钉固定至此组成第二层绝缘封闭，再通过第二层绝缘封闭安装固定孔(8)、第二层绝缘封闭串联固定孔安装(10)用螺钉固定在第三层绝缘封闭壳体(9)组成第三层绝缘封闭，整体合成充电层；通过螺钉将第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板(1)、第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板(2)、固定在第三层绝缘封闭壳体(9)上；
第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板(1)、第三层绝缘封闭壳体(9)、点火层(11)和控制层(12)，上中下装配或左中右装配。
2.根据权利要求1所述的一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，其特征在于，第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板(1)增强绝缘部分的固定强度，防止冲击振动试验时第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板(2)和第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体(3)内部器件松动损坏。
3.根据权利要求1所述的一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，其特征在于，第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板(1)表面绝缘绝缘强度1500V以上。
4.根据权利要求1所述的一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，其特征在于，绝缘出线槽(7)槽型为U型。
5.根据权利要求1所述的一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，其特征在于，将第二层绝缘封闭表面绝缘金属盖板(1)、第二层绝缘封闭绝缘非金属盖板(2)、第二层绝缘封闭绝缘非金属壳体(3)、第一层绝缘封闭第一模块绝缘软胶(4)、第一层绝缘封闭第二模块绝缘软胶(5)、第一模块(6)、第二模块(13)组成第一层绝缘封闭和第二层绝缘封闭。
6.根据权利要求3所述的一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，其特征在于，螺钉孔及螺钉接触处导通，螺钉连接时保证壳体导通和第三层绝缘封闭壳体内部绝缘，功能为防雷击。
7.根据权利要求4所述的一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，其特征在于，U型内腔最大处为线径0～0.2mm，在第一道固定的同时形成第二道固定。
8.根据权利要求1所述的一种小型脉冲等离子体空间电推进高压电源转换器，其特征在于，腔内灌入公式为Q＝Z/G的绝缘软胶，Q＝1.96-2.5，Z为腔体内体积，G为器件体积。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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