[发明专利]一种大功率部件内部充放电特性模拟试验系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率部件内部充放电特性模拟试验系统及方法，属于空间测试技术领域。

背景技术

大功率部件是卫星内部电源系统中具有较大输入输出功率的电气部件，如卫星太阳电池阵驱动机构（SADA）、卫星电源、太阳电池阵列。

对于卫星中使用的各类高压大功率部件，需要进行深层充电效应评价地面模拟试验。所谓深层充电效应，主要是由地球外辐射带(3-7Re)的高能电子引起的,是导致中、高轨道（MEO和GEO）卫星故障和异常的主要原因。这些高能电子的能量主要位于0.1-10MeV范围内，具有很强的穿透能力，可以穿透卫星表层进入卫星构件的电介质中，从而产生充电效应。深层充电通常发生在电子系统的周围，从而对卫星系统的工作的危害更直接。随着卫星高压大功率部件中大量新材料的使用，卫星深层充电防护技术成为发展长寿命卫星必须解决的关键技术之一。因此开展卫星深层充电防护技术研究，在地面进行模拟试验，对于卫星带电防护有着重要的意义。而目前在大功率部件地面充放电特性模拟试验方面尚处于起步阶段，没有相应的合理有效的系统及方法。

发明内容

本发明提供了一种大功率部件内部充放电特性模拟试验系统及方法，能够模拟高压大功率部件充放电性能的空间环境，获得大功率部件材料的表面电位和放电情况。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种大功率部件内部充放电特性模拟试验系统，所述系统包括电子加速器、真空抽气组、真空靶室、测试室，以及位于真空靶室和测试室之间的电流环；在真空靶室内设有样品台、绝缘支架、非接触式电位计探头、法拉第杯；在测试室内设有电子加速器控制系统、非接触式电位计、束流监测仪、示波器、驱动机构、电子负载、真空计；其相对位置和连接关系如下：

电子加速器位于真空靶室上方；

在真空靶室内部，样品台固定在真空靶室底面上，在样品台上安装绝缘支架，在绝缘支架上放置大功率部件样品；非接触式电位计探头的尖端位于大功率部件样品待测点正上方，与样品接近但不接触；法拉第杯位于电子加速器的辐射范围内，其接收面与电子加速器正对；真空抽气组与真空靶室连接；

电子加速器控制系统与电子加速器连接；非接触式电位计与非接触式电位计探头连接；束流监测仪与法拉第杯连接；导线一端与大功率部件样品连接，另一端通过电流环的中心孔与电子负载连接；示波器与电流环连接；驱动机构与大功率部件样品连接；真空计与真空靶室连接；

优选所述示波器的带宽为200MHz以上。

优选在大功率部件样品的周围，设有一圈厚度为2.5mm以上的铅皮进行防护；

其中，电子加速器的作用为，产生高能电子束，模拟空间环境，对大功率部件样品进行轰击；

非接触式电位计与非接触式电位计探头的作用为，对大功率部件样品表面的电位进行监测；

束流监测仪与法拉第杯的作用为，测量电子加速器产生的束流密度，使电子加速器控制系统对电子加速器进行控制，模拟空间环境；

驱动机构和电子负载的作用为，使大功率部件样品能够正常工作；

电流环和示波器的作用为，通过电流环测定样品的放电情况，并在示波器中进行显示。

一种大功率部件内部充放电特性模拟试验系统及方法，所述方法步骤如下：

步骤一、根据Weber公式（1），确定电子加速器提供的入射电子的能量及电子束流密度；

R=0.55Ee[1-0.9481(1+3Ee)]---(1)]]>

其中，Ee为电子束能量，单位为MeV；R为射程，单位为g/cm²。

实际入射深度x与射程R之间的关系为：R＝ρx，ρ为大功率部件样品材料的密度，单位为g/cm³。x的值通过常规实验手段测量得到，计算得到Ee。