RU2775741C1

RU2775741C1 - Ignition and electronic discharge circuit for electric propulsion plant containing unheated dispenser cathode

Info

Publication number: RU2775741C1
Application number: RU2021131957A
Authority: RU
Inventors: Брайан А. КОХ
Original assignee: Аэроджет Рокетдайн, Инк.
Filing date: 2019-05-01
Publication date: 2022-07-07

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electric propulsion systems. The effect is achieved by the fact that the circuit for ignition and maintenance of the electronic discharge includes an ignition circuit, which contains a high-voltage transformer and a switch connected in series between the primary winding of the transformer and the negative pole of the DC source, while the switch is configured to receive a control signal, the return circuit to initial state, connected in parallel with the primary winding of a high-voltage transformer, the first rectifier connected in series between the secondary winding of the high-voltage transformer and the igniter; rectifier connected in series between the current source and the igniter.

EFFECT: ensuring high exhaust gas flow rate and efficient use of fuel.

14 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs

[0001] Настоящее изобретение относится, в общем, к электрическим двигательным установкам и более конкретно - к электрической двигательной установке, использующей бесподогревный диспенсерный катод.[0001] The present invention relates generally to electric propulsion systems, and more specifically to electric propulsion systems using an unheated dispenser cathode.

Уровень техникиState of the art

[0002] Спутники и другие небольшие электрические устройства, используемые в космических приложениях, обычно включают в себя бортовые двигательные установки для обеспечения точного управления положением и ориентацией устройств. Традиционно в таких установках использовались химические двигатели, поскольку химические двигатели обеспечивают большую тягу. Однако химические двигательные установки требуют большой массы топлива, высокой температуры и давления и потребляют потенциально опасное или сложное в обращении топливо.[0002] Satellites and other small electrical devices used in space applications typically include onboard propulsion systems to provide precise position and orientation control of the devices. Traditionally, chemical propulsion has been used in such installations, as chemical propulsion provides more thrust. However, chemical propulsion systems require a large mass of propellant, high temperature and pressure, and consume potentially hazardous or difficult-to-handle propellants.

[0003] Одной из альтернатив такой двигательной установке является электрическая двигательная установка. Электрические двигательные установки имеют высокую скорость истечения выхлопных газов и эффективность использования топлива и обычно разделяются на три категории: электротермическую, электростатическую и электромагнитную. Центральным аспектом электрических двигательных установок является применение катода для генерирования электронов, которые используются для зажигания разряда. Для зажигания катодного разряда в вакууме может быть использовано множество различных способов, включая газовую инжекцию, высоковольтный пробой, механические исполнительные элементы для создания электрической дуги и детонацию плавкой проволоки.[0003] One alternative to such a propulsion system is an electric propulsion system. Electric propulsion systems have high exhaust velocity and fuel efficiency and are generally divided into three categories: electrothermal, electrostatic and electromagnetic. A central aspect of electric propulsion systems is the use of a cathode to generate electrons that are used to ignite the discharge. Many different methods can be used to ignite a cathodic discharge in a vacuum, including gas injection, high voltage breakdown, mechanical actuators to create an electric arc, and fusible wire detonation.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

[0004] В одном иллюстративном варианте осуществления цепь для зажигания и поддержания электронного разряда включает в себя цепь зажигания, содержащую высоковольтный трансформатор, переключатель, соединенный последовательно между первичной обмоткой трансформатора и отрицательным полюсом источника постоянного тока, переключатель, выполненный с возможностью приема управляющего сигнала, цепь возврата в исходное состояние, соединенную параллельно первичной обмотке высоковольтного трансформатора, первый выпрямитель, соединенный последовательно между вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора и запальником, вывод вторичной обмотки трансформатора, соединенный с катодом, и цепь поддержки, содержащую источник тока, отрицательный полюс которого соединен с катодом, и второй выпрямитель, соединенный последовательно между источником тока и запальником.[0004] In one exemplary embodiment, the ignition and electronic discharge sustaining circuit includes an ignition circuit comprising a high voltage transformer, a switch connected in series between the primary winding of the transformer and the negative pole of the DC source, a switch capable of receiving a control signal, a circuit a reset connected in parallel with the primary winding of the high voltage transformer, a first rectifier connected in series between the secondary winding of the high voltage transformer and an igniter, a terminal of the secondary winding of the transformer connected to the cathode, and a support circuit containing a current source, the negative pole of which is connected to the cathode, and the second rectifier connected in series between the current source and the igniter.

[0005] Другой пример вышеописанной цепи зажигания и поддержания электронного разряда включает в себя также множество источников питания, подключенных по меньшей мере к одному разъему подвода питания, при этом указанный по меньшей мере один разъем подвода питания обеспечивает питание как для цепи зажигания, так и для цепи поддержки.[0005] Another example of the ignition and electronic discharge circuit described above also includes a plurality of power supplies connected to at least one power input connector, wherein said at least one power input connector provides power to both the ignition circuit and the support chains.

[0006] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда высоковольтный трансформатор представляет собой трансформатор с большим коэффициентом трансформации, подключенный к источнику питания постоянного тока по меньшей мере через один вход питания.[0006] In the following example, any of the ignition and electronic discharge sustain circuits described above, the high voltage transformer is a high ratio transformer connected to a DC power supply through at least one power input.

[0007] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда трансформатор с большим коэффициентом трансформации имеет отношение витков, составляющее, по меньшей мере, 10:1.[0007] In the following example, any of the ignition and electronic discharge sustaining circuits described above has a high turn ratio transformer having a turns ratio of at least 10:1.

[0008] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда отношение витков составляет, по меньшей мере, 100:1.[0008] In the following example of any of the above ignition and electronic discharge maintaining circuits, the turn ratio is at least 100:1.

[0009] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда отношение витков составляет примерно 60:1.[0009] In the following example of any of the ignition and electronic discharge sustain circuits described above, the turn ratio is approximately 60:1.

[0010] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда цепь отличается отсутствием выходного конденсатора.[0010] In the following example, any of the above-described ignition and electronic discharge maintenance circuits, the circuit is characterized by the absence of an output capacitor.

[0011] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда цепь возврата в исходное состояние представляет собой линейно расположенные диод и стабилитрон.[0011] In the following example, any of the above-described ignition and electronic discharge maintenance circuits, the reset circuit is a linear diode and a zener diode.

[0012] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда управление переключателем, соединенным последовательно между первичной обмоткой трансформатора и отрицательным полюсом источника постоянного тока, обеспечено посредством блока управления.[0012] In the following example, any of the above-described ignition and electronic discharge maintaining circuits, control of a switch connected in series between the primary winding of the transformer and the negative pole of the DC source is provided by the control unit.

[0013] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда указанный переключатель представляет собой полевой МОП-транзистор (полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник).[0013] In the following example of any of the above ignition and electronic discharge maintaining circuits, said switch is a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor).

[0014] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда при замыкании переключателя источник постоянного тока подключается к первичной обмотке трансформатора, чтобы создать высокое напряжение на вторичной обмотке трансформатора.[0014] In the following example, any of the above circuits to ignite and maintain an electronic discharge when the switch is closed, a DC source is connected to the primary winding of the transformer to create a high voltage on the secondary winding of the transformer.

[0015] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда источник тока содержит изолированный преобразователь и индуктор.[0015] In the following example of any of the ignition and electronic discharge sustain circuits described above, the current source comprises an isolated transducer and an inductor.

[0016] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда источник тока представляет собой понижающий преобразователь.[0016] In the following example, any of the above-described ignition and electronic discharge maintenance circuits, the current source is a buck converter.

[0017] В следующем примере любой из вышеописанных цепей зажигания и поддержания электронного разряда цепь поддержки содержит также нагрузку постоянного тока, соединяющую вход второго выпрямителя с отрицательным полюсом постоянного тока изолированного преобразователя.[0017] In the following example of any of the ignition and electronic discharge sustain circuits described above, the sustain circuit also includes a DC load connecting the input of the second rectifier to the negative DC terminal of the isolated converter.

[0018] Эти и другие характеристики настоящего изобретения можно лучше всего понять из следующего описания и чертежей, кратко описанных ниже.[0018] These and other features of the present invention can be best understood from the following description and the drawings, briefly described below.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

[0019] ФИГ. 1 схематически иллюстрирует электрический двигатель для спутника.[0019] FIG. 1 schematically illustrates an electric motor for a satellite.

[0020] ФИГ. 2 схематически иллюстрирует цепь зажигания для использования в электрическом двигателе с ФИГ. 1.[0020] FIG. 2 schematically illustrates an ignition circuit for use in the electric motor of FIG. one.

[0021] ФИГ. 3 схематически иллюстрирует в качестве примера цепь возврата сердечника в исходное состояние.[0021] FIG. 3 schematically illustrates, by way of example, a core reset circuit.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

[0001] В диспенсерных катодах используются нагреватель для разогрева диспенсерного катода, чтобы вставка диспенсерного катода могла создавать термоэмиссионные электроны. Термоэмиссионные электроны взаимодействуют с газом низкого давления, присутствующем в диспенсерном катоде, образуя ионы и свободные электроны, которые вызывают возникновение катодного разряда. Нагреватели представляют собой физические компоненты, которые частично окружают катод и превращают сохраненную электрическую энергию в тепловую энергию. Наличие нагревателей увеличивает вес электрического устройства, а также повышают электрическую нагрузку, создаваемую устройством, однако, что особенно важно, нагреватель создает опасность снижения надежности и является сложным в изготовлении.[0001] Dispenser cathodes use a heater to heat the dispenser cathode so that the dispenser cathode insert can generate thermionic electrons. Thermionic electrons interact with the low pressure gas present in the dispenser cathode to form ions and free electrons, which cause a cathodic discharge to occur. Heaters are physical components that partially surround the cathode and convert stored electrical energy into thermal energy. The presence of heaters increases the weight of the electrical device and also increases the electrical load generated by the device, however, most importantly, the heater poses a risk of reducing reliability and is difficult to manufacture.

[0002] Диспенсерные катоды обычно заключаются в еще один электрод, который называется запальником. Основная функция запального электрода заключается в том, чтобы обеспечивать зажигание катодного разряда и поддерживать процесс, образуя путь для притяжения электронов при отсутствии других путей.[0002] Dispenser cathodes are usually enclosed in another electrode, which is called an igniter. The main function of the ignition electrode is to provide ignition of the cathode discharge and support the process by providing a path for the attraction of electrons in the absence of other paths.

[0003] ФИГ. 1 схематически иллюстрирует пример электрической двигательной установки 10 для спутника или другого космического обтекаемого электрического устройства. Электрическая двигательная установка 10 включает в себя блок 20 обработки питания, соединенный с множеством источников 30 питания. В блоке 20 обработки питания установлена цепь 22 зажигания. Цепь 22 зажигания и поддержания катодного разряда генерирует две выходных мощности, одна из которых подается на катод 42, а другая - на запальник 44. Катод 42 и запальник 44 расположены в двигателе 40. Двигатель 40 соединен по текучей среде с источником 50 подачи газа.[0003] FIG. 1 schematically illustrates an example of an electric propulsion system 10 for a satellite or other space-based streamlined electrical device. The electric propulsion system 10 includes a power processing unit 20 coupled to a plurality of power supplies 30. The ignition circuit 22 is installed in the power processing unit 20 . The ignition and cathode discharge circuit 22 generates two power outputs, one of which is supplied to the cathode 42 and the other to the igniter 44. The cathode 42 and the igniter 44 are located in the engine 40. The engine 40 is fluidly connected to the source 50 of the gas supply.

[0004] В примере, показанном на ФИГ. 1, используется одна цепь 22 зажигания и один двигатель 50, однако, следует понимать, что в случае необходимости цепь 22 зажигания и двигатель 50 могут быть продублированы, чтобы получить любое количество дополнительных двигателей, которые требуются для данного космического обтекаемого электрического устройства.[0004] In the example shown in FIG. 1, one ignition circuit 22 and one motor 50 are used, however, it should be understood that, if necessary, the ignition circuit 22 and motor 50 can be duplicated to provide any number of additional motors that are required for a given space electric fairing.

[0005] Цепь 22 зажигания и поддержки катодного разряда выполнена с возможностью приема питания от источников 30 питания через блок 20 обработки питания и обеспечения катода 42 и запальника 44 обработанным питанием. Для того чтобы обеспечивать зажигание и работу бесподогревного катода 42 для двигателя 40 на выходе цепи 22 зажигания должны выполняться два условия, которые касаются электрических параметров. Во-первых, на выходе для запальника 44 должно быть достаточно высокое напряжение, чтобы обеспечивать пробой газа низкого давления на катоде 42. Во-вторых, ток цепи 22 зажигания и поддержки катодного разряда должен быть ограничен достаточно низкой величиной, чтобы предотвращать возникновение вакуумных дуг, вызывающих повреждения.[0005] The ignition and cathode discharge circuit 22 is configured to receive power from the power sources 30 through the power processing unit 20 and provide the cathode 42 and igniter 44 with processed power. In order to ensure the ignition and operation of the unheated cathode 42 for the engine 40, two conditions must be met at the output of the ignition circuit 22, which relate to electrical parameters. First, the output for pilot 44 must be high enough to allow flashover of the low pressure gas at cathode 42. Second, the current of the ignition and cathode discharge circuit 22 must be limited to a low enough value to prevent vacuum arcs from occurring. causing damage.

[0006] В наземных испытательных системах (т.е., в лабораторных условиях), это можно обеспечить, используя источник питания с напряжением 1500 В, ток которого ограничен между 0.15 А и 0.3 А, с дополнительным последовательно включенным сопротивлением 1 кОм. Однако схема, применяемая для достижения таких условий, является громоздкой и дорогостоящей. Кроме того, точное воспроизведение лабораторных систем на спутнике было бы связано со слишком большим весом для практической реализации конструкции.[0006] In ground test systems (i.e., in a laboratory setting), this can be achieved using a 1500 V power supply, current limited between 0.15 A and 0.3 A, with an additional 1 kΩ resistor in series. However, the scheme used to achieve such conditions is cumbersome and expensive. In addition, the exact reproduction of laboratory systems on the satellite would be associated with too much weight for the practical implementation of the design.

[0007] Для того, чтобы обеспечить эти условия в более компактном варианте, электрическая двигательная установка 10 обеспечивает отдельные выходы электропитания для запальника 44 и катода 42. С учетом ФИГ. 1 ФИГ. 2 более подробно схематически иллюстрирует цепь 22 зажигания в блоке 20 обработки питания.[0007] In order to provide these conditions in a more compact form, the electric propulsion system 10 provides separate power outputs for the pilot 44 and the cathode 42. With reference to FIG. 1 FIG. 2 schematically illustrates the ignition circuit 22 in the power processing unit 20 in more detail.

[0008] Цепь 22 зажигания и поддержки катодного разряда соединена с входами 30 питания посредством входа 102 обработки питания и может быть, в принципе, разделена на две цепи: на цепь 101 зажигания и цепь 103 поддержки. В зависимости от параметров питания, поступающего с входа 30, питание, принимаемое на входе 102 питания может быть либо обработанным дополнительной цепью в блоке 20 обработки питания, либо непосредственно подаваемым на вход 102 от источников 30 питания. Питание, полученное на входе 102, поступает на трансформатор 110 с большим коэффициентом трансформации, на цепь 114 возврата сердечника в исходное состояние и на источник 105 тока, содержащий изолированный преобразователь 130 и индуктор 140.[0008] The ignition and cathode support circuit 22 is connected to the power inputs 30 via the power processing input 102, and can in principle be divided into two circuits: an ignition circuit 101 and a support circuit 103. Depending on the parameters of the power supplied from the input 30, the power received at the power input 102 may either be processed by an additional circuit in the power processing unit 20, or directly supplied to the input 102 from the power supplies 30. Power received at input 102 is supplied to a high ratio transformer 110, to a core reset circuit 114, and to a current source 105 comprising an isolated converter 130 and an inductor 140.

[0009] Трансформатор 110 с большим коэффициентом трансформации подает положительное выходное напряжение на выходной выпрямитель 120, который, в свою очередь, подает положительное выходное напряжение на запальник 44 через выход 104 питания. Отрицательное выходное напряжение трансформатора 110 с большим коэффициентом трансформации поступает на второй выход 106, который подает питание на катод 42. В трансформаторе 110 отсутствует выходная емкость, при этом трансформатор 110 может подавать высокое напряжение без накопления энергии. В некоторых примерах отношение витков, которое требуется для трансформатора с большим коэффициентом трансформации, составляет более, чем 10:1.[0009] The high ratio transformer 110 provides a positive output voltage to the output rectifier 120, which in turn provides a positive output voltage to the igniter 44 through the power output 104. The negative output voltage of the high ratio transformer 110 is fed to the second output 106 which supplies power to the cathode 42. There is no output capacitance in the transformer 110 and the transformer 110 can supply high voltage without energy storage. In some examples, the turns ratio required for a high turn ratio transformer is greater than 10:1.

[0010] Цепь 114 возврата сердечника в исходное состояние в одном примере представляет собой линейное соединение диода 204 и стабилитрона 202. Этот пример иллюстрирует ФИГ. 3. Цепь 114 возврата сердечника в исходное состояние включена параллельно трансформатору 110, при этом сторона высокого напряжения цепи 114 возврата сердечника в исходное состояние соединена с входом высокого напряжения трансформатора 110, а сторона низкого напряжения цепи 114 возврата сердечника в исходное состояние соединена с входом низкого напряжения трансформатора 110. Сторона низкого напряжения цепи 114 возврата сердечника в исходное состояние соединена с обесточенной ветвью трансформатора 110. Обесточенная ветвь трансформатора 110 также соединена с переключателем 112, который соединяет эту обесточенную ветвь с нейтралью 108, когда переключатель 112 замкнут, и отсоединяет трансформатор, когда переключатель разомкнут.Если переключатель 112 замкнут, диод 204 в цепи 114 возврата сердечника в исходное состояние блокирует прохождение тока через цепь 114 возврата сердечника в исходное состояние. Если переключатель 112 разомкнут, диод 204 в цепи 114 возврата сердечника в исходное состояние пропускает ток намагничивания через цепь 114 возврата сердечника в исходное состояние, и падение напряжения на стабилитроне 202 передается на первичную обмотку трансформатора 110, создавая напряжение, которое приводит поток в трансформаторе 110 в исходное состояние.[0010] The core reset circuit 114 in one example is a linear connection of a diode 204 and a zener diode 202. This example illustrates FIG. 3. The core reset circuit 114 is connected in parallel with the transformer 110, the high voltage side of the core reset circuit 114 is connected to the high voltage input of the transformer 110, and the low voltage side of the core reset circuit 114 is connected to the low voltage input. transformer 110. The low voltage side of the core reset circuit 114 is connected to the dead leg of transformer 110. The dead leg of transformer 110 is also connected to switch 112, which connects this dead leg to neutral 108 when switch 112 is closed and disconnects the transformer when the switch open. If the switch 112 is closed, the diode 204 in the core reset circuit 114 blocks the passage of current through the core reset circuit 114. If switch 112 is open, diode 204 in core reset circuit 114 passes a magnetizing current through core reset circuit 114 and the voltage drop across zener diode 202 is transferred to the primary winding of transformer 110, creating a voltage that drives the flux in transformer 110 into the initial state.

[0011] Во время работы внешняя цепь управления (содержащаяся в блоке 20 обработки питания или в другой части электрического устройства) подает импульсы на переключатель 112. Эти импульсы обеспечивают эффективную передачу напряжения силовой цепи от входа 102 питания до первичной обмотки трансформатора 110 для получения высокого напряжения на вторичной обмотке трансформатора 110. Когда переключатель 112 выключен, паразитная емкость в кабеле, идущем к запальнику 44, и последовательный импеданс трансформатора 110 и переключателя 112 поддерживают требуемое высокое напряжение с некоторым спадом до следующего цикла включения переключателя 112. Размер сердечника трансформатора и число витков выбирается таким образом, чтобы предотвратить насыщение сердечника во время нахождения переключателя 112 в замкнутом положении, при этом указанный выбор может быть осуществлен в соответствии с любой известной методикой. На практике во время подачи последовательности импульсов зажигания напряжение, поступающее на запальник, 44 не имеет плоскую форму (т.е., не является постоянным), поскольку существует время нарастания, когда переключатель 112 включен, и спад напряжения во время выключения переключателя. Общая форма результирующего напряжения, подаваемого на запальник, представляет собой пилообразную форму, смещенную импульсом постоянного тока.[0011] During operation, an external control circuit (contained in the power processing unit 20 or in another part of the electrical device) pulses the switch 112. These pulses provide an efficient transfer of power circuit voltage from the power input 102 to the primary winding of the transformer 110 to obtain a high voltage on the secondary winding of transformer 110. When switch 112 is turned off, the parasitic capacitance in the cable to pilot 44 and the series impedance of transformer 110 and switch 112 maintain the required high voltage with some decay until the next cycle of switching on switch 112. The size of the transformer core and the number of turns is selected so as to prevent saturation of the core while switch 112 is in the closed position, which selection may be made in accordance with any known technique. In practice, during the firing sequence, the voltage applied to the pilot 44 is not flat (i.e., not constant) because there is a rise time when the switch 112 is turned on and a voltage drop when the switch is turned off. The overall shape of the resulting voltage applied to the pilot is a sawtooth waveform displaced by a DC pulse.

[0012] Период времени между импульсами переключателя 112 и цепи 114 возврата сердечника в исходное состояние определяет длительность и напряжение возврата сердечника трансформатора 110 в исходное состояние и возвращает трансформатор 110 к нулевому потоку. При такой конфигурации напряжение может поддерживаться высоким неопределенно долго до тех пор, пока не будет зафиксирован ток на катоде, или импульсы могут подаваться периодическими группами, чтобы создавать определенную последовательность импульсов, поступающих на запальник 44, в зависимости от конкретных требований для данного электрического двигателя 40.[0012] The time period between the pulses of the switch 112 and the core reset circuit 114 determines the duration and voltage of the core reset of the transformer 110 and returns the transformer 110 to zero flux. With this configuration, the voltage may be held high indefinitely until the current at the cathode is fixed, or the pulses may be applied in periodic bursts to create a specific sequence of pulses to the pilot 44, depending on the specific requirements for a given electric motor 40.

[0013] Если длительность включения переключателя 112 поддерживается постоянной, величина напряжения зажигания зависит от входного напряжения на запальнике 44. При этом требуемое напряжение зажигания для типичного входа может изменяться до 50%. Нестабильность напряжения импульсов зажигания, вызываемая входным напряжением, в некоторых примерах уменьшается, если сделать ширину импульсов зажигания зависимой от напряжения зажигания. Это обеспечивается при помощи любой известной цифровой или аналоговой системы управления.[0013] If the duration of switch 112 is held constant, the ignition voltage value depends on the input voltage at the pilot 44. In this case, the required ignition voltage for a typical input can vary up to 50%. The ignition pulse voltage instability caused by the input voltage is reduced in some examples by making the ignition pulse width dependent on the ignition voltage. This is provided by any known digital or analog control system.

[0014] Чтобы получить поддерживающий ток, проходящий через запальник 44 к катоду 42 после начала разряда, изолированный преобразователь 130 обеспечивает необходимое напряжение и силу тока. В качестве примера изолированный преобразователь 130 может быть выполнен с возможностью обеспечения примерно от 20 до 400 В и от 0,15 до 0,3 А и может представлять собой двухтактный преобразователь или другой тип переключаемого преобразователя. В альтернативных примерах можно получить любую другую величину тока, используя аналогичную конфигурацию с соответствующим масштабированием.[0014] In order to obtain a sustain current through the pilot 44 to the cathode 42 after the start of the discharge, the isolated converter 130 provides the necessary voltage and current. As an example, isolated converter 130 may be configured to provide about 20 to 400 V and 0.15 to 0.3 A, and may be a push-pull converter or other type of switched converter. In alternative examples, any other amount of current can be obtained using a similar configuration with appropriate scaling.

[0015] Для того, чтобы полностью исключить подогреватели катода, катод 42 выполнен в виде самонагревающегося катода. Самонагревающийся катод преобразует часть полученного электрического тока в тепловую энергию, которая затем повышает температуру катода. Для обеспечения непрерывного тока на катоде 42 и, таким образом, поддержания функции самонагрева в течение всего времени работы, индуктор 140 соединяет выход изолированного преобразователя 130 со вторым выпрямителем 122. Второй выпрямитель 122 подключен к выходу катода 106 и в иллюстрируемом примере представляет собой диод.[0015] In order to completely eliminate cathode heaters, cathode 42 is designed as a self-heating cathode. The self-heating cathode converts part of the received electric current into thermal energy, which then raises the temperature of the cathode. To provide a continuous current to cathode 42 and thus maintain the self-heating function throughout the operation, inductor 140 connects the output of isolated converter 130 to a second rectifier 122. Second rectifier 122 is connected to the output of cathode 106 and in the illustrated example is a diode.

[0016] Разряд катода 42 устанавливает напряжение на эффективном уровне постоянного напряжения, в то время как обратная связь по току используется для управления величиной тока, подаваемого на катод 42. Источник тока обеспечивает прохождение постоянного тока до зажигания разряда катода 42. Для этого в примере осуществления, показанном на ФИГ. 2, предусмотрена нагрузка 150 постоянного тока. Нагрузка 150 постоянного тока может представлять собой коммутируемое сопротивление, цепь стабилитронов или любое аналогичное устройство, которое может быть предварительно заряжено источником разряда. Напряжение нагрузки 150 устанавливается на более высоком уровне, чем ожидаемый разряд, поэтому, при зажигании катодного разряда ток естественным образом перенаправляется от нагрузки 150 к катодному разряду. Для предотвращения шунтирования всей энергии источником разряда и нагрузкой разряд и нагрузка 150 соединяются с запальником 44 через высоковольтный диод 122. Высоковольтный диод 122 рассчитан на то, чтобы выдерживать полную величину импульса зажигания.[0016] The discharge of cathode 42 sets the voltage at an effective DC voltage level, while current feedback is used to control the amount of current supplied to cathode 42. The current source provides a DC current to ignite the discharge of cathode 42. To do this, in an exemplary embodiment shown in FIG. 2, 150 DC load is provided. DC load 150 may be a switched resistor, a zener diode circuit, or any similar device that can be pre-charged by a discharge source. The voltage of the load 150 is set at a higher level than the expected discharge, therefore, when the cathode discharge is ignited, the current is naturally redirected from the load 150 to the cathode discharge. To prevent all power from being shunted by the discharge source and load, the discharge and load 150 are connected to the pilot 44 via a high voltage diode 122. The high voltage diode 122 is designed to withstand the full magnitude of the ignition pulse.

[0017] При этом следует понимать, что любая из вышеописанных концепций может быть использована отдельно или в комбинации с любой или всеми другими вышеописанными концепциями. Хотя в описании раскрыт один вариант осуществления изобретения, для специалистов в данной области техники очевидно, что определенные модификации могут входить в объем этого изобретения. По этой причине следует изучить прилагаемую формулу изобретения, чтобы определить истинный объем и содержание данного изобретения.[0017] It should be understood that any of the concepts described above may be used alone or in combination with any or all of the other concepts described above. Although the description discloses one embodiment of the invention, it will be apparent to those skilled in the art that certain modifications may be within the scope of this invention. For this reason, the appended claims should be examined to determine the true scope and content of this invention.

Claims

1. An ignition and electronic discharge maintenance circuit, comprising: an ignition circuit, which includes:

high voltage transformer;

a switch connected in series between the primary winding of the transformer and the negative pole of the DC source, said switch being configured to receive a control signal;

a reset circuit connected in parallel with the primary winding of the high voltage transformer;

a first rectifier connected in series between the secondary winding of the high voltage transformer and the igniter;

output of the secondary winding of the transformer connected to the cathode; and

support chain containing:

a current source, the negative pole of which is connected to the cathode; and

the second rectifier connected in series between the current source and the igniter.

2. The circuit of claim 1 further comprising a plurality of power supplies connected to at least one power input connector, said at least one power input connector providing power input to both the ignition circuit and the boost circuit.

3. The circuit of claim 2, wherein the high voltage transformer is a high ratio transformer connected to the DC power supply through at least one power input.

4. A circuit according to claim 3, wherein the high ratio transformer has a turns ratio of at least 10:1.

5. A chain according to claim 4 wherein the turns ratio is at least 100:1.

6. The chain according to claim 4, in which the ratio of turns is approximately 60:1.

7. Circuit according to claim 1, characterized by the absence of an output capacitor.

8. The circuit of claim 1 wherein the reset circuit is a linear diode and a zener diode.

9. The circuit according to claim. 1, in which the control of the switch connected in series between the primary winding of the transformer and the negative pole of the DC source is provided by the control unit.

10. The circuit of claim 9, wherein the switch is a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor).

11. The circuit of claim. 1, in which, when the switch is closed, a direct current source is connected to the primary winding of the transformer to create a high voltage on the secondary winding of the transformer.

12. The circuit according to claim 1, in which the current source contains an isolated converter and an inductor.

13. The circuit of claim 12, wherein the current source is a buck converter.

14. The circuit of claim 12, wherein the support circuit also comprises a DC load connecting the input of the second rectifier to the negative DC pole of the isolated converter.