一种空心阴极触持极电源自动切换电路的制作方法
【专利摘要】一种空心阴极触持极电源自动切换电路，包括连接在主电源输出端的电压识别电路、电路电源、连接在电路电源与地之间的信号隔离变送电路和施密特触发电路、辅助电源PWM控制器使能控制电路，电压识别电路通过信号隔离变送电路与施密特触发电路相连，施密特触发电路的输出端与辅助电源PWM控制器使能控制电路的输入端相连，电压识别电路检测到主电源输出端电压大于辅助电源启动阈值后，驱动信号隔离变送电路工作，信号隔离变送电路将隔离处理后的信号送入施密特触发电路，施密特触发电路对信号进行逻辑处理后送入辅助电源PWM控制器使能控制电路控制PWM控制器启动。本发明切换电路可自动控制辅助电源的启停，电路简单可靠。
【专利说明】—种空心阴极触持极电源自动切换电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电路，更具体的说，涉及一种用于航天器电推进系统中的空心阴极触持极电源的自动切换电路。
【背景技术】
[0002]卫星、空间站和深空探测器等航天器使用的电推力器及等离子体发生系统中，空心阴极产生的电子是电推力器或等离子体发生系统产生等离子体的先决条件，通过空心阴极产生的电子轰击通过空心阴极的推进剂(高纯氙气等)使推进剂电离成电子和离子，这部分电子与离子再进一步轰击电推力器放电室或等离子体发生器内的推进剂(高纯氙气等)产生更大量的电子和离子，从而达到产生推力或等离子体的目的。
[0003]空心阴极主要由电子发射体、发射体加热器和触持极等部件组成，而触持极电源加载在空心阴极的触持极和发射体之间，作用是引导等离子体运动和维持发射体的放电。通常情况下，空心阴极发射体发射电子之前触持极与发射体之间需要通过较高的电压(150V或者更高)产生一个较强的电场促使发射体放电，而当发射体发射电子并将推进剂电离后触持极与发射体之间会因为等离子体放电被钳位到一个较小的电压(通常为IOV左右)，此时空心阴极触持极与发射体之间不再需要高压电场，而是需要一个恒流源，使空心阴极触持极与发射体之间形成一个稳定的放电电流(通常电流在IOOmA左右)以维持空心阴极发射体的稳定可靠放电。
[0004]目前，国内外的触持极电源通常有两种方式:一种方式是，空心阴极触持极电源由一个产生高压的恒压输出电源并联一个恒流输出电源构成。恒流输出电源为主电源,恒压输出电源为辅助电源。空心阴极发射体发射电子之前恒压输出电源工作，当空心阴极发射体发射电子之后人为手动控制恒流输出电源上电工作，停止恒压输出电源工作。此种方式的优点在于恒流输出电源的输出电流误差较小，稳定性好，缺点在于恒压输出电源与恒流输出电源的切换过渡不好控制，容易造成空心阴极稳定放电失败；方式二是，空心阴极触持极电源由一个具有较高空载输出电压的恒流电源构成，当空心阴极发射体发射电子之前电源以最大空载电压工作，当空心阴极发射体发射电子之后电源以恒流输出工作。此种方式的缺点在于电源空载输出电压与带载输出电压之比太大(达15倍以上)，这会导致电源恒流输出的电流误差较大且稳定性较差。
【发明内容】
[0005]本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种空心阴极触持极电源自动切换电路，该电路可自动切换触持极电源中的恒压输出电源和恒流输出电源。
[0006]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0007]—种空心阴极触持极电源自动切换电路，包括连接在主电源输出端的电压识别电路，电路电源，连接在所述电路电源与地之间的信号隔离变送电路，连接在所述电路电源与地之间的施密特触发电路，辅助电源PWM控制器使能控制电路，所述电压识别电路通过信号隔离变送电路与所述施密特触发电路相连，所述施密特触发电路的输出端与辅助电源PWM控制器使能控制电路的输入端相连，所述电压识别电路检测到主电源输出端电压大于辅助电源启动阈值后，驱动所述信号隔离变送电路工作，所述信号隔离变送电路将隔离处理后的信号送入所述施密特触发电路，所述施密特触发电路对所述信号进行逻辑处理后送入所述辅助电源PWM控制器使能控制电路用以控制辅助电源PWM控制器启动。
[0008]本发明所提供的空心阴极触持极电源自动切换电路，通过识别主电源输出端电压，并将信号隔离变送和逻辑变换后，驱动所述辅助电源PWM控制器使能控制电路，从而控制辅助电源PWM控制器的启停，进而控制辅助电源的启停。本发明的空心阴极触持极电源自动切换电路，可根据主电源输出电压和切换时间自动控制辅助电源的启停，电路简单可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面参照附图结合具体实施例对本发明作进一步描述:
[0010]图1为本发明空心阴极触持极电源自动切换电路第一具体实施例的电路图。
[0011]图2为本发明空心阴极触持极电源自动切换电路第二具体实施例的电路图。
具体实施例
[0012]以下通过具体实施例结合说明书附图对本发明技术方案做进一步详细的说明。
[0013]请参照图1，本发明所公开的空心阴极触持极电源自动切换电路的第一具体实施例，包括连接到主电源输出端的电压识别电路10、电路电源VCC、连接在电路电源与地之间的信号隔离变送电路20、连接在电路电源与地之间的施密特触发电路30和辅助电源PWM控制器使能控制电路40。电压识别电路10通过信号隔离变送电路20与施密特触发电路30相连。施密特触发电路30的输出端与辅助电源PWM控制器使能控制电路40的输入端相连。电压识别电路10检测到主电源输出端电压大于辅助电源启动阈值后，驱动信号隔离变送电路20工作。信号隔离变送电路20将隔离处理后的信号送入施密特触发电路30。施密特触发电路30对信号进行逻辑处理后送入辅助电源PWM控制器使能控制电路40用以控制辅助电源PWM控制器启动。
[0014]本发明第一实施例中，电压识别电路10包括稳压二极管D1、电阻R1。信号隔离变送电路20包括光耦Ul和电阻R2、电阻R3。斯密特触发电路30包括三个带逻辑与非功能的第一施密特触发器1、第二施密特触发器2、第三施密特触发器3和电阻R4、电阻R5。辅助电源PWM控制器使能控制电路40包括NPN型三极管Q1、电阻R6和电阻R7、电容Cl。
[0015]稳压二极管Dl的阴极连接至主电源输出正端，稳压二极管Dl的阳极连接至光耦Ul的阳极，光耦Ul的阴极通过电阻Rl连接至主电源输出的负端，光耦Ul的集电极通过电阻R2连接至电路电源VCC，光耦Ul的射极连接至第一施密特触发器I的第一输入端和第二输入端，并通过电阻R3接地，第一施密特触发器I的输出端通过电阻R4连接至第二施密特触发器2的第一输入端和第二输入端，第二施密特触发器2的输出端连接至第三施密特触发器3的第二输入端，第三施密特触发器3的第一输入端通过电阻R5连接至电路电源VCC，第三施密特触发器3的输出端通过电阻R6连接至NPN型三极管Ql的基极，NPN型三极管Ql的基极通过电阻R7接地，NPN型三极管Ql的射极接地，NPN型三极管Ql的集电极连接至辅助电源PWM控制器的使能管脚SS，并通过电容Cl接地。
[0016]电路电源VCC上电后，当主电源输出端电压大于稳压二极管Dl的反向击穿电压(稳压值)与光耦Ul的正向压降之和时，稳压二极管Dl反向击穿承压，电流流经光耦Ul和电阻R1，同时，电路电源VCC电流流经电阻R2、光耦Ul和电阻R3，由于电阻R3阻值远大于电阻R2的阻值，光耦Ul的射极此时为逻辑高电平，该逻辑高电平信号经第一施密特触发器I的第一输入端和第二输入端，该逻辑高电平被延迟一定时间后变为逻辑低电平信号输出，该逻辑低电平经电阻R4后送入第二施密特触发器2的第一输入端和第二输入端，该逻辑低电平被延迟一定时间后变为逻辑高电平信号输出，该逻辑高电平信号送入第三施密特触发器3的第二输入端与电路电源经电阻R5的高电平信号被延迟一定时间后变为逻辑低电平型号输出，该逻辑低电平信号经电阻R6和电阻R7分压后加载到NPN型三极管Ql的基极，由于电阻R7阻值远大于电阻R6阻值，可近似认为加载到NPN型三极管Ql基极的电压等于第三施密特触发器3输出的电平电压，NPN型三极管Ql截止，辅助电源PWM控制器正常工作，辅助电源工作。反之，当主电源输出端电压小于稳压二极管Dl的反向击穿电压(稳压值)与光耦Ul的正向压降之和时，NPN型三极管Ql导通，辅助电源PWM控制器的使能管脚SS电压被拉低，辅助电源PWM控制器停止工作，辅助电源停止工作。
[0017]其中，带逻辑与非功能的施密特触发器的个数并不是只能三个，可根据所需的逻辑控制和信号延迟时间来确定。
[0018]其中，NPN型三极管可由其他具有开关功能的电子开关代替，不局限于本实施方式，比如PNP型三极管。PNP型三极管的基极通过电阻R7接地并通过电阻R6连接至第三施密特触发器的输出端。PNP型三极管的集电极与电容的第二端相连后接地。PNP型三极管的射极和电容的第一端相连后与辅助电源PWM控制器的使能管脚SS连接。请参照图2，本发明空心阴极触持极电源自动切换电路的第二具体实施例，与第一具体实施例的区别仅在于:信号隔离变送电路20中删除了电阻R2，光耦Ul的集电极直接连接到电路电源VCC。施密特触发电路30中删除了电阻R4和电阻R5，第一施密特触发器I的输出端直接连接到第二施密特触发器2的第一输入端和第二输入端，第二施密特触发器2的输出端直接连接到第三施密特触发器3的第一输入端和第二输入端，辅助电源PWM控制器使能控制电路40中删除了电阻R7和电容Cl，NPN型三级管被换成了一 PNP型三极管。PNP型三极管Ql的基极通过电阻R6连接至第三施密特触发器3的输出端，PNP型三极管Ql的集电极与地连接，PNP型三极管Ql的射极和辅助电源PWM控制器的使能管脚SS连接。第二具体实施例工作原理与第一具体实施例基本相同
[0019]本发明空心阴极触持极电源自动切换电路，使用了稳压二极管、光耦、三极管、带逻辑与非功能的施密特触发器、电阻和电容等元件实现了空心阴极触持极电源的自动切换，电路简单可靠，易于实现。
【权利要求】
1.一种空心阴极触持极电源自动切换电路，其特征在于，包括:连接在主电源输出端的电压识别电路、电路电源、连接在电路电源与地之间的信号隔离变送电路和施密特触发电路、辅助电源PWM控制器使能控制电路，所述电压识别电路通过信号隔离变送电路与所述施密特触发电路相连，所述施密特触发电路的输出端与辅助电源PWM控制器使能控制电路的输入端相连，所述电压识别电路检测到主电源输出端电压大于辅助电源启动阈值后，驱动所述信号隔离变送电路工作，所述信号隔离变送电路将隔离处理后的信号送入所述施密特触发电路，所述施密特触发电路对所述信号进行逻辑处理后送入所述辅助电源PWM控制器使能控制电路用以控制辅助电源PWM控制器启动。
2.根据权利要求1所述的空心阴极触持极电源自动切换电路，其特征在于，所述电压识别电路包括稳压二极管、电阻R1，所述稳压二极管的阴极与所述主电源输出端的正端连接，所述电阻Rl的第一端与所述电源输出端的负连接，所述稳压二极管的阳极和电阻Rl的第二端连接到信号隔离变送电路输入端。
3.根据权利要求2所述的空心阴极触持极电源自动切换电路，其特征在于，所述信号隔离变送电路包括光耦、电阻R2和电阻R3，所述光耦的阳极连接至所述稳压二极管的阳极，光耦的阴极连接至所述电阻Rl的第二端，光耦的集电极通过电阻R2连接至电路电源，光耦的射极连接所述施密特触发电路的输入端并通过电阻R3接地。
4.根据权利要求3所述的空心阴极触持极电源自动切换电路，其特征在于，所述施密特触发电路包括三个或以上带逻辑功能的施密特触发器，以满足所需的逻辑控制和信号延迟时间。
5.根据权利要求4所述的空心阴极触持极电源自动切换电路，其特征在于，所述施密特触发电路包括第一施密特触发器、第二施密特触发器、第三施密特触发器，所述第一施密特触发器的第一输入端和第二输入端连接至所述光耦的射极，所述第一施密特触发器的输出端通过电阻R4连接至所述第二施密特触发器的第一输入端和第二输入端，所述第二施密特触发器的输出端连接至第三施密特触发器的第二输入端，所述第三施密特触发器的第一输入端通过电阻R5连接电路电源，所述第三施密特触发器的输出端连接所述辅助电源PWM控制器使能控制电路的输入端。
6.根据权利要求5所述的空心阴极触持极电源自动切换电路，其特征在于，所述辅助电源PWM控制器使能控制电路包括电阻R6、电阻R7、NPN型三极管、电容，所述NPN型三极管的基极通过所述电阻R7接地并通过电阻R6连接至所述第三施密特触发器的输出端，所述NPN型三极管的射极与所述电容的第二端相连后接地，所述NPN型三极管的集电极和所述电容的第一端相连后与所述辅助电源PWM控制器的使能管脚SS连接。
7.根据权利要求5所述的空心阴极触持极电源自动切换电路，其特征在于，所述辅助电源PWM控制器使能控制电路包括电阻R6、电阻R7、PNP型三极管、电容，所述PNP型三极管的基极通过所述电阻R7接地并通过电阻R6连接至所述第三施密特触发器的输出端，所述PNP型三极管的集电 极与所述电容的第二端相连后接地，所述PNP型三极管的射极和所述电容的第一端相连后与所述辅助电源PWM控制器的使能管脚SS连接。
8.根据权利要求3所述的空心阴极触持极电源自动切换电路，其特征在于，所述信号隔离变送电路包括光耦、电阻R3，所述光耦的阳极连接至所述稳压二极管的阳极，光耦的阴极连接至所述电阻Rl的第二端，光耦的集电极连接至电路电源，光耦的射极连接所述施密特触发电路的输入端并通过电阻R3接地。
9.根据权利要求7所述的空心阴极触持极电源自动切换电路，其特征在于，所述施密特触发电路包括第一施密特触发器、第二施密特触发器、第三施密特触发器，所述第一施密特触发器的第一输入端和第二输入端连接至所述光耦的射极，所述第一施密特触发器的输出端连接至所述第二施密特触发器的第一输入端和第二输入端，所述第二施密特触发器的输出端连接至第三施密特触发器的第一输入端和第二输入端，所述第三施密特触发器的输出端连接所述辅助电源PWM控制器使能控制电路的输入端。
10.根据权利要求9所述的空心阴极触持极电源自动切换电路，其特征在于，所述辅助电源PWM控制器使能控制电路包括电阻R6、PNP型三极管，所述PNP型三极管的基极通过电阻R6连接至所述第三施密特触发器的输出端，所述PNP型三极管的集电极接地，所述PNP型三极管的 射极与所述辅助电源PWM控制器的使能管脚SS连接。
【文档编号】G05F1/56GK103914096SQ201410097477
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2014年3月17日
【发明者】邱刚, 康小录, 张敏 申请人:上海空间推进研究所