一种基于高功率的霍尔电推进器的阳极电源的制作方法

本发明涉及一种基于高功率的霍尔电推进器的阳极电源，属于航天飞行器霍尔电推进技术领域。

背景技术：

在航天器推进技术发展中，霍尔电推进器就是一种特种设备，霍尔电推进技术和设备由于有广阔的应用前景和应用价值，功率处理单元是霍尔电推进供电系统的核心。因此，对霍尔电推进功率处理单元的研究显得尤为重要，其工作的可靠性、安全性和稳定性对霍尔电推力器的应用可靠性具有决定性作用。霍尔电推进功率处理单元包括多种电源，阳极电源是其中一种，阳极电源功率占功率处理单元功率的90％以上，且工作时间最长，是功率处理单元稳定可靠工作的核心，而现有阳极电源有功率变换效率低、闭环调节慢、启动浪涌电流大、反射纹波大、缺少保护电路等缺点。因此，本发明的阳极电源采用新拓扑结构提高了功率变换电路效率，闭环控制响应快，采用软启动电路降低浪涌电流，emi滤波电路减小了反射纹波，增加了过流、过压、欠压保护电路，提高了产品可靠性、安全性。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，现有阳极电源存在功率变换效率低、闭环调节慢、启动浪涌电流大、反射纹波大、缺少保护电路等问题，以及工作过程中容易出现的电磁干扰缺陷，提出了一种基于高功率的霍尔电推进器的阳极电源。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于高功率的霍尔电推进器的阳极电源，包括输入电压电流采样电路、功率通路通断及浪涌抑制电路、输入emi滤波电路、功率变换电路、输出滤波及输出电压电流采样电路、输出隔离电路，其中：

所述输入电压电流采样电路采集输入电流并向功率通路通断及浪涌抑制电路输送，所述功率通路通断及浪涌抑制电路接收外部控制指令控制功率通路导通或关断，于功率通路接通时向输入emi滤波电路的输出电流且防浪涌，所述输入emi滤波电路于功率通路接通时对输入电流进行差模及共模滤波处理并向功率变换电路输送电流，所述功率变换电路根据外部霍尔电推进器所需功率对输入电流进行转换并经由输出滤波及输出电压电流采样电路滤波处理后向输出隔离电路输出，所述输出隔离电路向外部霍尔电推进器输出电流且与其他外部电源输出电流相互隔离；

所述输入电压电流采样电路采集输入电压并向功率通路通断及浪涌抑制电路输送，所述功率通路通断及浪涌抑制电路接收外部控制指令控制功率通路导通或关断，于功率通路接通时向输入emi滤波电路的输出电压且防浪涌，所述输入emi滤波电路于功率通路接通时对输入电压进行差模及共模滤波处理并向功率变换电路输送电压，所述功率变换电路根据外部霍尔电推进器所需功率对输入电压进行转换并经由输出滤波及输出电压电流采样电路滤波处理后向输出隔离电路输出，所述输出隔离电路向外部霍尔电推进器输出电压且与其他外部电源输出电压相互隔离。

还包括隔离式驱动控制电路、稳压限流控制电路，所述输出滤波及输出电压电流采样电路输出电流或电压，经过稳压限流控制电路生成ea控制信号，所述隔离式驱动控制电路与功率变换电路根据ea控制信号向输出隔离电路输出恒定电压或恒定电流。

所述输入电压电流采样电路输出电流通过过流保护控制电路进行判断，若输出电流大于过流保护基准值，所述过流保护控制电路向功率通路通断及浪涌抑制电路发送关断控制信号，断开功率通路进行电源保护关断。

所述输入电压电流采样电路输出电压通过过压欠压保护控制电路进行判断，若输出电压大于过电压保护基准值或小于欠电压保护基准值时，过压欠压保护控制电路均向稳压限流控制电路发送关断控制信号，断开功率通路进行电源保护关断。

所述隔离式驱动控制电路向外输出的恒定电压范围为0～320v。

所述过电压保护基准值、欠电压保护基准值根据输入电压的±20％范围进行确定。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的一种基于高功率的霍尔电推进器的阳极电源，通过输入、输出滤波电路形式和参数设计，起到抗干扰和电磁兼容效果，通过功率变换电路和控制方法设计起到满足电压、功率输出和动态特性要求的效果，同时通过保护电路设计，起到故障诊断和隔离的效果，具有输出电压高、输出电压范围宽，同时兼具耐瞬时高电压或大电流冲击的优点，电磁兼容性较好，输出电压稳定、动态调节特性好。

(2)本发明采用合理的功率变换电路和稳压/限流双闭环控制系统，达到了宽范围电压输出、动态特性好、系统稳定性和可靠性高的效果，充分利用了各种电路功能，优化了电路结构，减小了电路的重复性设计，降低了成本，提高了电路安全性。

附图说明

图1为发明提供的阳极电源电路结构示意图；

图2为发明提供的阳极电源输出动态v-i特性图；

具体实施方式

一种基于高功率的霍尔电推进器的阳极电源，通过输入、输出电流计电压的滤波电路设计，实现抗干扰、抗冲击、电磁兼容优异的功能，阳极电源分别包括如下电路结构：输入电压电流采样电路、功率通路通断及浪涌抑制电路、输入emi滤波电路、功率变换电路、输出滤波及输出电压电流采样电路、输出隔离电路、隔离式驱动控制电路、稳压限流控制电路、过流保护控制电路、过压欠压保护控制电路。

在阳极电源电路结构中，输入电压电流采样电路采集输入电流并向功率通路通断及浪涌抑制电路输送，控制功率通路通断及浪涌抑制电路，同时，输入电压电流采样电路输出电流通过过流保护控制电路进行判断，若输出电流大于过流保护基准值，所述过流保护控制电路向功率通路通断及浪涌抑制电路发送关断控制信号，断开功率通路进行电源保护关断，过流保护控制电路的过流保护基准值根据阳极电源内功率器件的电流承载能力和输入供电设备的供电能力共同进行确定；

功率通路通断及浪涌抑制电路接收外部控制指令控制功率通路导通或关断，当外部控制指令要求保证功率通路时，向输入emi滤波电路的输出电流，同时浪涌抑制电路实现功率通路接通时的防浪涌功能，能够对电源电路结构起到保护作用，输入emi滤波电路用于实现差模和共模滤波处理功能，输入emi滤波电路将处理后电流输送至功率变换电路，功率变换电路外部霍尔电推进器所需功率输出转换后电流并经由输出滤波及输出电压电流采样电路滤波处理后，再向输出隔离电路输出，输出隔离电路向外部霍尔电推进器输出电流且与其他外部电源输出电流相互隔离，其中：

输出滤波及输出电压电流采样电路输出电流，经过稳压限流控制电路生成ea控制信号，隔离式驱动控制电路与功率变换电路根据ea控制信号向输出隔离电路输出恒定电流。

同时，输入电压电流采样电路采集输入电压并向功率通路通断及浪涌抑制电路输送，控制功率通路通断及浪涌抑制电路，同时，输入电压电流采样电路输出电压通过过压欠压保护控制电路进行判断，若输出电压大于过电压保护基准值或小于欠电压保护基准值时，过压欠压保护控制电路均向稳压限流控制电路发送关断控制信号，断开功率通路进行电源保护关断，过电压保护基准值、欠电压保护基准值根据输入电压的±20％范围进行确定；

功率通路通断及浪涌抑制电路接收外部控制指令控制功率通路导通或关断，当外部控制指令要求保证功率通路时，向输入emi滤波电路的输出电压，同时浪涌抑制电路实现功率通路接通时的防浪涌功能，能够对电源电路结构起到保护作用，输入emi滤波电路用于实现差模和共模滤波处理功能，输入emi滤波电路将处理后电压输送至功率变换电路，功率变换电路外部霍尔电推进器所需功率输出转换后电压并经由输出滤波及输出电压电流采样电路滤波处理后，再向输出隔离电路输出，输出隔离电路向外部霍尔电推进器输出电压且与其他外部电源输出电压相互隔离，其中：

输出滤波及输出电压电流采样电路输出电压，经过稳压限流控制电路生成ea控制信号，隔离式驱动控制电路与功率变换电路根据ea控制信号向输出隔离电路输出恒定电压，隔离式驱动控制电路向外输出的恒定电压范围为0～320v；

此外，输入电压电流采样电路输出电压确定在保护范围内时，过压欠压保护控制电路根据输出电压大小对稳压限流控制电路进行控制。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

在本实施例中，阳极电源电路结构包括入电压电流采样电路、功率通路通断及浪涌抑制电路、输入emi滤波电路、功率变换电路、输出滤波及输出电压电流采样电路、输出隔离电路，通过隔离式驱动控制电路、稳压限流控制电路实现稳压限流的双闭环控制，同时分别通过过压欠压保护控制电路、过流保护控制电路对输入电压电流采样电路输出电流、电压进行判断，必要时进行关断保护。

其中，如图1所示，电源输入vin经过输入电压电流采样电路输出连接至功率通路通断及浪涌抑制电路，输出电流或电压分别经过输入电压电流采样电路经过流保护控制电路或过压欠压保护控制电路，根据电流或电压大小产生控制信号，判断是否需要关断通路。

输入电压电流采样电路输出的电流或电压通过功率通路通断及浪涌抑制电路实现功率保护功能进入输入emi滤波电路实现差模和共模滤波处理功能；输入emi滤波电路输出端与功率变换电路相连，实现产生霍尔电推进器需要的功率，功率变换电路输出相应电流或电压经由输出滤波及输出电压电流采样电路滤波处理后向输出隔离电路输出，同时向稳压限流控制电路输出并生成ea控制信号，隔离式驱动控制电路与功率变换电路根据ea控制信号向外输出恒定电压或恒定电流，再经由功率变换电路、输出滤波及输出电压电流采样电路向输出隔离电路输出与其他外部电源相互隔离的电压、电流，如图2所示，为阳极电源输出动态v-i示意，向外输出的恒定电压范围为0～320v，同时通过对输出电压、电流反馈的双闭环控制，可以保证阳极电源具有良好的动态特性和稳定性。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。