JP6490315B2 - ホールスラスタ電源装置及びホールスラスタ電源装置の制御方法 - Google Patents
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Description
そのため、ホールスラスタを駆動する電源装置では、パルス電圧の繰り返し周波数により、低周波磁界ノイズ又は低周波伝導ノイズが発生する。特にホールスラスタが大電力化されると、大きな低周波磁界ノイズ又は低周波伝導ノイズが発生する。低周波磁界ノイズの標準的な規格は、MIL−STD−461 RE01である。また、低周波伝導ノイズの標準的な規格は、MIL−STD−461 CE01である。
この発明は、ホールスラスタを駆動する電源装置から発生する低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズの時間平均ピーク値を抑えることを目的とする。
制御信号に基づきパルス信号をスペクトラム拡散した拡散信号を出力する拡散回路と、
前記拡散回路によって出力された拡散信号に従い前記ホールスラスタに出力電圧を出力する電圧出力回路と
を備える。
***構成の説明***
図1を参照して、実施の形態1に係るホールスラスタ電源装置10の構成を説明する。
ホールスラスタ電源装置10は、人工衛星等に搭載されるホールスラスタ40を駆動させるための電源装置である。
ホールスラスタ40は、電界を印加するための陽極41と、電子を受けるための陰極42と、磁界を発生させるための磁気回路43とを備える。ホールスラスタ40は、プラズマ源となる推進剤であるキセノンガス等の供給を受けた状態において、ホールスラスタ電源装置10から少なくとも電界Eと磁界Bを発生させることができる電力の供給を受けて、ローレンツ力(電界E×磁界B)を原理とした電磁加速機構により推進力を発生する。
アノード電源20は、ホールスラスタ40の陽極41と陰極42との間に電圧を出力する電圧出力回路21と、電圧出力回路21によって出力される電圧を制御するパルス幅制御回路22とを備える。電圧出力回路21は、入力フィルタ211と、メインスイッチ212と、カレントトランス213と、メイントランス214と、ダイオード整流215と、出力フィルタ216と、ドライバ217とを備える。パルス幅制御回路22は、比較回路221と、パルス発生回路222と、拡散回路223とを備える。
図2から図3を参照して、実施の形態1に係るホールスラスタ電源装置10の動作を説明する。
実施の形態1に係るホールスラスタ電源装置10の動作は、実施の形態1に係るホールスラスタ電源装置の制御方法に相当する。
(ステップS1:パルス幅制御処理)
パルス幅制御回路22は、制御信号54に基づきパルス信号であるパルス幅制御信号57をスペクトラム拡散することにより、拡散波形が成形された拡散信号58を電圧出力回路21のドライバ217に出力する。
電圧出力回路21では、ステップS1で出力された拡散信号58に基づき、ドライバ2
17によりメインスイッチ212がオンオフ制御される。メインスイッチ212のオンオフ制御に従い、入力フィルタ211によって受け付けられた入力電圧51がカレントトランス213を介してメイントランス214に出力される。メイントランス214で基準電圧まで昇圧された交流電圧が、ダイオード整流215で整流され、出力フィルタ216で平滑にされて、出力電圧52としてホールスラスタ40の陽極41と陰極42との間に印加される。
(ステップS11:比較処理)
比較回路221は、ホールスラスタ40に出力された出力電圧52の検出信号55を出力フィルタ26から取得する。比較回路221は、外部から制御信号54の入力を受け付ける。そして、比較回路221は、検出信号55の信号レベルと制御信号54の信号レベルとを比較し、比較した結果を示す比較信号56を出力する。
例えば、比較回路221は、検出信号55が180V(ボルト)を示し、制御信号54が200Vを示す場合、20V高い出力電圧52を出力することを示す比較信号56を出力する。
パルス発生回路222は、オンオフ信号53がオンすることを示す場合に、ステップS11で出力された比較信号56が示す信号のレベル値に比例したパルス幅制御信号57を出力する。この際、パルス発生回路222は、カレントトランス213によって測定されたメイントランス214を流れる電流値に基づき、過電流保護を考慮したパルス幅制御信号57を出力する。
拡散回路223は、ステップS12で出力されたパルス幅制御信号57をスペクトラム拡散した拡散信号58を電圧出力回路21のドライバ217に出力する。
以上のように、実施の形態1に係るホールスラスタ電源装置10では、パルス幅制御信号57をスペクトラム拡散した拡散信号58により、メインスイッチ212をオンオフ制御する。これにより、適切に制御された出力電圧52をホールスラスタ40に供給することができる。
その結果、低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズの時間平均ピーク値を、衛星の質量を大きく増加させることなく抑えることが可能になる。
実施の形態2は、磁場電源30から出力される電圧値に応じて、アノード電源20から出力される出力電圧52を制御する点が実施の形態1と異なる。実施の形態2では、この異なる点を説明する。
図4を参照して、実施の形態2に係るホールスラスタ電源装置10の構成を説明する。
ホールスラスタ電源装置10が備える機能構成は、図1に示すホールスラスタ電源装置10と同じである。但し、磁場電源30は、ホールスラスタ40の磁場を制御する磁場信号59に従い出力する電圧値を制御する。また、磁場信号59は、拡散回路223にも入力される。
図3のステップS13において、拡散回路223は、ホールスラスタ40の磁場を制御
する磁場信号59に応じて、パルス幅制御信号57をスペクトラム拡散させた拡散信号58を出力する。具体的には、拡散回路223は、磁場信号59によって制御される磁場が強いほど、出力電圧52を高くする拡散信号58を出力する。つまり、拡散回路223は、磁場信号59によって制御される磁場の値に、出力電圧52の値が正比例するような拡散信号58を出力する。
以上のように、実施の形態2に係るホールスラスタ電源装置10では、ホールスラスタ40の磁場を制御する磁場信号59に応じた拡散信号58を出力する。これにより、ホールスラスタ40を安定動作させることが可能になる。
すなわち、ホールスラスタ40は、磁場の値が変わると最大の推進剤利用効率、又は、最大の推力を出力できる出力電圧52のピーク動作点及び安定する動作点が変わる。実施の形態2に係るホールスラスタ電源装置10では、磁場信号59によって制御される磁場の値に、出力電圧52の値が正比例するように制御されるため、不安定な領域でのホールスラスタ40の動作が排除され、ホールスラスタ40を安定動作させることが可能になる。
実施の形態3では、拡散回路223の動作の具体例1について説明する。
具体例としては、図5に示すように、拡散回路223は、基本スイッチング周波数40kHzにおいて、スイッチング時間10ms(ミリ秒)の間に、スイッチング周波数を最低32kHz(基本スイッチング周波数の−20%)→最高48kHz(基本スイッチング周波数の+20%)→最低32kHz(基本スイッチング周波数の−20%)という規則に従い緩やかに変動させる。この具体例では、分解能帯域幅(Resolution BandWidth,RBW)100Hzの場合、アノード電源20の低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズは、スペクトラム拡散なしの場合と比較して、低周波で25dBμV程度、高周波で20dBμV程度低減された。
実施の形態4では、拡散回路223の動作の具体例2について説明する。
具体例としては、図6に示すように、拡散回路223は、5ms毎にスイッチング周波数を40kHzと80kHzとで交互に切り替えて変動させる。この具体例では、分解能帯域幅(Resolution BandWidth,RBW)100Hzの場合、アノード電源20の低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズは、スペクトラム拡散なしの場合
と比較して、低周波で5dBμV程度、高周波で6dBμV程度低減された。
実施の形態5では、拡散回路223の動作の具体例3について説明する。
具体例としては、図7に示すように、拡散回路223は、スイッチング時間10msの間に、スイッチング周波数を最低32kHz(基本スイッチング周波数の−20%)→最高48kHz(基本スイッチング周波数の+20%)→最低32kHz(基本スイッチング周波数の−20%)という規則に従い緩やかに変動させる場合に、デューディ比を50%から25%に変化させる。この具体例では、分解能帯域幅(Resolution BandWidth,RBW)100Hzの場合、アノード電源20の低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズは、スペクトラム拡散なしの場合と比較して、低周波で25dBμV程度、高周波で20〜25dBμV程度低減された。
Claims (7)
- 制御信号に基づきパルス信号をスペクトラム拡散した拡散信号を出力する拡散回路と、
前記拡散回路によって出力された拡散信号に従いホールスラスタに出力電圧を出力する電圧出力回路と
を備えるホールスラスタ電源装置。 - 前記拡散回路は、前記ホールスラスタの磁場を制御する磁場信号に応じた拡散信号を出力する
請求項1に記載のホールスラスタ電源装置。 - 前記拡散回路は、前記磁場信号によって制御される前記磁場が強いほど、前記出力電圧を高くする前記拡散信号を出力する
請求項2に記載のホールスラスタ電源装置。 - 前記拡散回路は、基本スイッチング周波数の±10%から±50%までの範囲で変調させた拡散信号を出力する
請求項1から3までのいずれか1項に記載のホールスラスタ電源装置。 - 前記拡散回路は、複数のスイッチング周波数を基準時間毎に順に切り替えた拡散信号を出力する
請求項1から4までのいずれか1項に記載のホールスラスタ電源装置。 - 前記拡散回路は、複数のデューティ比を基準時間毎に順に切り替えた拡散信号を出力する
請求項1から4までのいずれか1項に記載のホールスラスタ電源装置。 - 制御信号に従いオンオフ信号をスペクトラム拡散した拡散信号を出力し、
前記拡散信号に従いホールスラスタに出力電圧を出力するホールスラスタ電源装置の制御方法。
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