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的電子反流產生的較大電流。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，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設定的程序對電推進系統(tǒng)進行相應的處理控制。

3 電路測試及結果
對電源處理單元實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(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，如何取得更高的轉換效率及產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，再結合電源技術的優(yōu)化和創(chuàng)新應用進行產品整體設計。
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，由此實現電推進系統(tǒng)的加電控制時序要求。結合目前國內外倍受關注的數字電源，可以將數字電源應用到電推進系統(tǒng)電源處理單元的設計中。