離子推進(jìn)系統電源研究

加速電源同樣選擇了電漉型PWM控制器和鐵氧體罐形磁芯。此外，加速電源還要求能提供100～500 mA的啟動(dòng)及故障恢復時(shí)的瞬態(tài)電流。這種狀態(tài)主要是由于推力器在點(diǎn)火引出束流及故障恢復過(guò)程中出現的電子反流產(chǎn)生的較大電流。加速電源可以通過(guò)大容量的輸出電容提供這種瞬態(tài)大電流的輸出要求。
加速電源為穩壓控制方式，穩壓反饋控制電路是在電源的輸出端取樣電壓信號，通過(guò)微分放大器比較輸出控制信號，反饋到PWM控制器，調整輸出電壓，保證電壓的穩定性。
2．4 遙測電路設計
電源處理單元包括數十個(gè)功能電源，其工作狀態(tài)與電推進(jìn)系統的工作性能直接相關(guān)，從系統性能要求出發(fā)，希望得到每個(gè)電源的輸出電壓和電流的模擬遙測值，從而可以在航天器在軌飛行中知道每個(gè)各電源的工作參數，進(jìn)一步得到推力器在軌工作性能。
但是如果要得到每個(gè)電源的模擬遙測值，會(huì )使產(chǎn)品的設計復雜并且帶來(lái)體積和重量的增加。所以在實(shí)驗電路的設計中根據系統的基本要求，模擬遙測輸出只設計了屏柵電源的輸出電壓和電流遙測電路，通過(guò)這兩路遙測值可以計算得到推力器工作時(shí)的推力和比沖。其它必要的遙測為判斷推力器是否正常工作的量，其中包括陽(yáng)極電源和中和器觸持極電源的電流遙測，這些遙測量只提供狀態(tài)判斷作用，以表明電源的輸出電流值是否超出預定的設定值，用以判斷電源工作是否正常。
屏柵電源的模擬遙測量電路設計，通過(guò)隔離變壓器取樣輸出電壓，經(jīng)過(guò)整流濾波得到0～5 V的電壓輸出，電流遙測通過(guò)電流霍爾傳感器取樣輸出電流，得到遙測電壓值。電壓遙測和電流遙測值都將通過(guò)給定的轉換公式，計算得到輸出電壓和電流值，該計算值與真實(shí)值間的誤差不大于2％。
陽(yáng)極單元和中和器觸持極電源的電流狀態(tài)遙測量，可以通過(guò)線(xiàn)性度較差的電流互感器取樣輸出電流信號，經(jīng)過(guò)整流濾波后得到電壓信號，該信號被送入控制單元，與預先設定的值進(jìn)行比較，若低于設定值，表明電源輸出電流降低，處于故障狀態(tài)，此時(shí)控制單元將根據設定的程序對電推進(jìn)系統進(jìn)行相應的處理控制。

3 電路測試及結果
對電源處理單元實(shí)驗電路的性能參數主要測試了電源效率和輸出電壓或電流的穩定度。通過(guò)對實(shí)驗電路的測試得到，所有電源的穩定度，包括負載穩定度和線(xiàn)性穩定度均小于5％。電源的效率都是在輸入電壓為100 V下測試的，圖6、圖7給出了主要的屏柵電源和陽(yáng)極電源效率測試曲線(xiàn)。屏柵電源測試了在不同輸出電流下的效率，陽(yáng)極電源測試了3個(gè)輸出電流在不同的輸出負載電阻下的效率。測試結果表明，當屏柵電源輸出電流為0．9 A時(shí)效率最高，達到了93．3％，而當輸出電流再增大時(shí)，效率將減低。陽(yáng)極電源在輸出電流為4 A，負載電阻為8 Ω時(shí)效率最高達到89％，當輸出電流為5 A時(shí)，電路中損耗變大，電源的效率均較低。此外，加速電源是在輸出電流為12 mA下測試，其效率只有20％。最終，電源處理單元在輸出功率為1 kW時(shí)，電源的總效率為90％。

4 結論
隨著(zhù)電推進(jìn)技術(shù)在航天器上的廣泛應用，促使了電源處理單元技術(shù)的不斷發(fā)展。由于不同類(lèi)型的推力器，及推力器功率大小對電源處理單元的要求也各不相同。所以電源處理單元的設計怎么適應多種狀態(tài)的推力器要求，如何取得更高的轉換效率及產(chǎn)品的小型化都是電源處理單元技術(shù)發(fā)展需要解決的問(wèn)題。
由于電推進(jìn)系統的特殊性，電源處理單元的供電負載為推力器，它需要不同功能的多種電源共同組合工作才能保證電推進(jìn)系統的正常工作。所以一個(gè)性能優(yōu)異，設計簡(jiǎn)潔的電源處理單元必須在深入分析推力器的特性要求，再結合電源技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng )新應用進(jìn)行產(chǎn)品整體設計。
目前針對大功率電推進(jìn)系統電源處理單元的設計，主要采用模塊化的設計構架，模塊化的設計可以使電源靈活配置為最大或最小的模塊數，以滿(mǎn)足最大或最小的推力控制要求。電源處理單元是一個(gè)復雜的供電設備，不僅由多路功能電源組成，還包括與控制設備連接的接口電路，由此實(shí)現電推進(jìn)系統的加電控制時(shí)序要求。結合目前國內外倍受關(guān)注的數字電源，可以將數字電源應用到電推進(jìn)系統電源處理單元的設計中。