離子推進系統(tǒng)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的啟動及故障恢復時的瞬態(tài)電流。這種狀態(tài)主要是由于推力器在點火引出束流及故障恢復過程中出現(xiàn)的電子反流產(chǎn)生的較大電流。加速電源可以通過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(wěn)壓控制方式，穩(wěn)壓反饋控制電路是在電源的輸出端取樣電壓信號，通過微分放大器比較輸出控制信號，反饋到PWM控制器，調(diào)整輸出電壓，保證電壓的穩(wěn)定性。
2．4 遙測電路設計
電源處理單元包括數(shù)十個功能電源，其工作狀態(tài)與電推進系統(tǒng)的工作性能直接相關，從系統(tǒng)性能要求出發(fā)，希望得到每個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各電源的工作參數(shù)，進一步得到推力器在軌工作性能。
但是如果要得到每個電源的模擬遙測值，會使產(chǎn)品的設計復雜并且?guī)眢w積和重量的增加。所以在實驗電路的設計中根據(jù)系統(tǒng)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，通過這兩路遙測值可以計算得到推力器工作時的推力和比沖。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，通過隔離變壓器取樣輸出電壓，經(jīng)過整流濾波得到0～5 V的電壓輸出，電流遙測通過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給定的轉(zhuǎn)換公式，計算得到輸出電壓和電流值，該計算值與真實值間的誤差不大于2％。
陽極單元和中和器觸持極電源的電流狀態(tài)遙測量，可以通過線性度較差的電流互感器取樣輸出電流信號，經(jīng)過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)，此時控制單元將根據(jù)設定的程序?qū)﹄娡七M系統(tǒng)進行相應的處理控制。

3 電路測試及結(jié)果
對電源處理單元實驗電路的性能參數(shù)主要測試了電源效率和輸出電壓或電流的穩(wěn)定度。通過對實驗電路的測試得到，所有電源的穩(wěn)定度，包括負載穩(wěn)定度和線性穩(wěn)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極電源效率測試曲線。屏柵電源測試了在不同輸出電流下的效率，陽極電源測試了3個輸出電流在不同的輸出負載電阻下的效率。測試結(jié)果表明，當屏柵電源輸出電流為0．9 A時效率最高，達到了93．3％，而當輸出電流再增大時，效率將減低。陽極電源在輸出電流為4 A，負載電阻為8 Ω時效率最高達到89％，當輸出電流為5 A時，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，電源的總效率為90％。

4 結(jié)論
隨著電推進技術在航天器上的廣泛應用，促使了電源處理單元技術的不斷發(fā)展。由于不同類型的推力器，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(zhuǎn)換效率及產(chǎn)品的小型化都是電源處理單元技術發(fā)展需要解決的問題。
由于電推進系統(tǒng)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系統(tǒng)的正常工作。所以一個性能優(yōu)異，設計簡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(jié)合電源技術的優(yōu)化和創(chuàng)新應用進行產(chǎn)品整體設計。
目前針對大功率電推進系統(tǒng)電源處理單元的設計，主要采用模塊化的設計構(gòu)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(shù)，以滿足最大或最小的推力控制要求。電源處理單元是一個復雜的供電設備，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，由此實現(xiàn)電推進系統(tǒng)的加電控制時序要求。結(jié)合目前國內(nèi)外倍受關注的數(shù)字電源，可以將數(shù)字電源應用到電推進系統(tǒng)電源處理單元的設計中。