一种高压点火和恒流输出复合模块及中和器的制作方法

本发明涉及一种高压点火和恒流输出复合模块及中和器。

背景技术：

1、电火箭是一种能量转换装置。它利用电能将工质离化并加速而产生推力，具有比冲高和寿命长的特点。电火箭广泛运用于空间飞行器轨道变动、卫星的位置保持和姿态控制等领域。按照加速机理不同，电火箭可分为离子推力器、电磁推力器和电热推力器三类。中和器作为离子推力器内部主要组件，主要具有高压点火功能和恒流输出功能。

2、离子推力器电源通常由正高压、负高压和中和器组成，离子推力器组成如附图1所示。中和器作为离子推力器关键部件，起到高压点火和恒流输出两个功能。中和器运行逻辑如附图2所示。

3、首先通过发送指令1设定恒流参考值1，中和器恒流输出进行加热。加热完成后关闭指令1，发送指令2进行点火，同时设定恒流参考值2。

4、点火成功，中和器以恒流参考值2恒流输出进行工作；点火失败，关闭指令2，重复发送指令1。

5、传统中和器的点火功能和恒流输出功能采用不同的电路进行实现，如图3所示，控制电路复杂，体积较大，可靠性低，导致宇航电源的功率密度降低。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高压点火和恒流输出复合模块及中和器，具有结构紧凑、功率密度高的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供一种高压点火和恒流输出复合模块及中和器，高压点火和恒流输出复合输出包括复合模块输出端和回程端，其中，所述复合模块包含：

3、恒流输出电路，所述恒流输出电路包括恒流输入端和恒流输出端，所述恒流输出端连接于所述复合模块输出端；

4、倍压输出电路，所述倍压输出电路包括倍压输入端和倍压输出端，所述倍压输入端连接于所述恒流输入端；

5、稳压点火电容，所述稳压点火电容的两端连接于所述复合模块输出端和所述回程端；

6、分压电阻，所述分压电阻设置于所述复合模块输出端和所述倍压输出端之间。

7、在本方案中，通过设置并联设置的恒流输出电路和倍压输出电路，使得复合模块同时具备恒流输出功能和倍压输出功能，一个模块即实现了恒流输出加热以及高压点火，缩小了电路体积，提高宇航电源的功率密度。

8、较佳地，所述复合模块还包括隔离元件，所述隔离元件设置于所述恒流输出端和所述复合模块输出端之间。

9、在本方案中，通过在恒流输出端和复合模块输出端之间设置隔离元件，避免倍压输出电路的输出对恒流输出电路产生影响。

10、较佳地，所述隔离元件为二极管，所述二极管的阳极连接于所述恒流输出端，所述二极管的阴极连接于所述复合模块输出端。

11、在本方案中，选用二极管作为隔离元件，成本低廉，可靠性高，选购方便。

12、较佳地，所述恒流输出电路包括整流二极管和整流电容，所述整流电容设置于所述恒流输出端和所述回程端之间，所述整流二极管设置于所述恒流输入端和所述恒流输出端之间。

13、较佳地，所述分压电阻的电阻值与所述复合模块输出端接入的负载阻值之比大于一千。

14、在本方案中，通过将分压电阻的阻值设置为远大于负载端接入的负载阻值，当恒流输出电输出加热负载时，倍压输出电路的电压大部分被分压电阻承担，降低能量损耗。

15、较佳地，所述恒流输出电路和所述倍压输出电路共地连接。

16、本申请还提供一种中和器，所述中和器包括控制电路、输入电路和如上所述的高压点火和恒流输出复合模块，所述输入电路的两端分别连接于外部电源和所述高压点火和恒流输出复合模块，所述控制电路连接于所述输入电路以及所述高压点火和恒流输出复合模块，并用于调整所述输入电路和所述高压点火和恒流输出复合模块的恒流输入端连接处的电压。

17、在本方案中，通过设置控制电路对输入电路和恒流输入端连接处的电压进行调整。可以根据负载端的需要进行电压调整，提高中和器对外接负载的适应能力。

18、较佳地，所述控制电路包括电流环控制电路和电压环控制电路，所述电流环控制电路和所述电压环控制电路并联连接，且连接于所述输入电路，所述电流环控制电路和所述电压环控制电路之间设有公共连接点，在所述公共连接点和所述电流环控制电路、所述公共连接点和所述电压环控制电路之间均设有隔离二极管。

19、在本方案中，通过在电流环控制电路和电压环控制电路之间分别设置隔离二极管，避免电流环控制电路和电压环控制电路之间的相互干扰。

20、较佳地，所述电流环控制电路的电流测量点设置于所述恒流输出端和所述隔离元件之间；所述电压环控制电路的电压测量点设置于所述整流电容的两端。

21、较佳地，所述中和器还包括逻辑电路，所述逻辑电路连接于控制电路，所述逻辑电路用于接收外部指令以开启或关闭所述电压环控制电路和/或所述电流环控制电路。

22、在本方案中，通过设置逻辑电路接收外部指令，提高控制的灵活性。

23、综上所述，与现有技术相比，本发明提供的高压点火和恒流输出复合模块及中和器，具有如下有益效果：

24、通过将恒流输出电路和倍压输出电路整合到一个电路中，实现恒流输出和倍压输出功能，简化控制逻辑，提高电源功率密度；此外，通过电压环控制电路和电流环控制电路，当输出端空载时通过控制对输出电压限压，防止输出过压造成器件击穿，同时根据外接负载状态，实现在电压环控制电路和电流环控制电路之间的自动切换。

技术特征：

1.一种高压点火和恒流输出复合模块，具有复合模块输出端和回程端，其特征在于，所述复合模块包括：

2.如权利要求1所述的高压点火和恒流输出复合模块，其特征在于，所述复合模块还包括隔离元件，所述隔离元件设置于所述恒流输出端和所述复合模块输出端之间。

3.如权利要求2所述的高压点火和恒流输出复合模块，其特征在于，所述隔离元件为二极管，所述二极管的阳极连接于所述恒流输出端，所述二极管的阴极连接于所述复合模块输出端。

4.如权利要求1所述的高压点火和恒流输出复合模块，其特征在于，所述恒流输出电路包括整流二极管和整流电容，所述整流电容设置于所述恒流输出端和所述回程端之间，所述整流二极管设置于所述恒流输入端和所述恒流输出端之间。

5.如权利要求1所述的高压点火和恒流输出复合模块，其特征在于，所述分压电阻的电阻值与所述复合模块输出端接入的负载阻值之比大于一千。

6.如权利要求1所述的高压点火和恒流输出复合模块，其特征在于，所述恒流输出电路和所述倍压输出电路共地连接。

7.一种中和器，其特征在于，所述中和器包括控制电路、输入电路和如权利要求1-6任一项所述的高压点火和恒流输出复合模块，所述输入电路的两端分别连接于外部电源和所述高压点火和恒流输出复合模块，所述控制电路连接于所述输入电路以及所述高压点火和恒流输出复合模块，并用于调整所述输入电路和所述高压点火和恒流输出复合模块的恒流输入端连接处的电压。

8.如权利要求7所述的中和器，其特征在于，所述控制电路包括电流环控制电路和电压环控制电路，所述电流环控制电路和所述电压环控制电路并联，且连接于所述输入电路，所述电流环控制电路和所述电压环控制电路之间设有公共连接点，在所述公共连接点和所述电流环控制电路、所述公共连接点和所述电压环控制电路之间均设有隔离二极管。

9.如权利要求7所述的中和器，其特征在于，所述电流环控制电路的电流测量点设置于所述恒流输出端和所述隔离元件之间；所述电压环控制电路的电压测量点设置于所述整流电容的两端。

10.如权利要求7所述的中和器，其特征在于，所述中和器还包括逻辑电路，所述逻辑电路连接于控制电路，所述逻辑电路用于接收外部指令以开启或关闭所述电压环控制电路和/或所述电流环控制电路。

技术总结
本申请提供一种高压点火和恒流输出复合模块及中和器，复合模块包括具有恒流输入端和恒流输出端的恒流输出电路，具有倍压输入端和倍压输出端的倍压输出电路，倍压输入端连接于恒流输入端，复合模块输出端连接于恒流输出端，且复合模块输出端连接于倍压输出端；连接于复合模块输出端和回程端之间的稳压点火电容，设置于复合模块输出端和倍压输出端之间的分压电阻；中和器包括控制电路、输入电路以及高压点火和恒流输出复合模块；本申请的高压点火和恒流输出复合模块及中和器，通过将恒流输出电路和倍压输出电路整合到一个电路中，实现恒流输出和倍压输出功能，简化控制逻辑，提高电源功率密度。

技术研发人员：段永辉,王新征,赵杨,鲁海峰,李脉,沈昂,刘众鑫
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13