[发明专利]一种真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置

权利要求书

1.一种真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置，其特征在于：包括脉冲控制信号发生模块、信号隔离模块、高压发生模块以及辅助模块；

其中，信号隔离模块包括光耦隔离电路；脉冲控制信号发生模块包括数据通信接口、嵌入式主控电路；

高压发生模块包括高压电源和滤波模块、高压稳定控制电路模块、电压监测电路模块以及高压开关电路；

高压开关电路包括高压开关，高压开关的正极连接真空弧放电发动机的推力器头阳极、高压开关的负极接推力器头的阴极；

辅助模块包括浪涌抑制和保护电路、电源隔离模块、共模滤波电路以及线性低压输出电源模块；

浪涌抑制和保护电路包括缓启动电路、防反电路和稳压电路；

缓启动电路包括缓启动阻容网络、三极管和场效应管；

其中，D1防止外部外部电源极性接反烧毁电路，D2防止瞬间母线电压波动导致过压而损伤后级电路；

脉冲控制信号发生模块与信号隔离模块相连，信号隔离模块与高压发生模块相连，辅助模块与脉冲控制信号发生模块、信号隔离模块以及高压发生模块相连；高压发生模块与推力器头相连；

具体地：光耦隔离电路与嵌入式主控电路相连；数据通信接口与嵌入式主控电路相连；嵌入式主控电路与高压稳定控制电路模块以及电压监测电路模块相连；高压电源和滤波模块与高压稳定控制电路模块以及电压监测电路模块相连；高压开关电路与光耦隔离电路相连。

所述真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置的信号流程如下：

数据通信接口实时接收星务控制系统指令，并返回下位机的运行状态和数据信息给嵌入式主控电路；

嵌入式主控电路实现最小核心控制子系统，实现上下位机数据通信、指令解析、控制参数生成、电流电压信号采集与分析并生成高压脉冲驱动控制时序；

其中，电流电压采集具体通过电压监测电路模块采集高压稳定控制电路模块中的电流和电压信号；

嵌入式主控电路生成高压脉冲驱动控制时序给光耦隔离电路；

高压稳定控制电路模块产生高压，高压电源和滤波模块输入为低直流高电压，输出为直流型高电压给高压开关电路；

光耦隔离电路接收嵌入式主控电路发出的时序控制序列，并生成能够驱动高压开关电路的信号即高压功率信号，实现高压开关电路的有序导通，输出高压脉冲序列；

“光耦隔离电路、嵌入式主控电路以及高压开关电路”对低电压脉冲小信号进行电气隔离和功率放大，实现对高压功率信号的隔离驱动；

高压开关电路采用低边侧驱动方式，接收嵌入式主控电路生成的控制时序，经过光耦隔离电路驱动高压开关的栅极实现高压开关的通断，在输出端激发出600～1000V的高压脉冲，击穿负载并引发等离子体放电过程，产生微推力；再通过嵌入式主控电路精确调节各个高压开关的放电时序；

所述真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置中各组成部件的功能如下：

浪涌抑制和保护电路的功能是提高供电母线的稳定性、可靠性并降低电源噪声；

数据通信接口的功能是实现刺激器与星务控制系统的数据通信，实时接收星务控制系统指令，并返回下位机的运行状态和数据信息；

嵌入式主控电路的功能是MCU辅以外部时钟、复位以及调试接口电路，实现最小核心控制子系统，实现上下位机数据通信、指令解析、信号采集与分析、控制参数生成、运行初始化、电流电压采集、高压脉冲驱动控制时序生成，并监测信号的运行状态；

高压电源和滤波模块的功能是实现低直流电压到直流型高电压的逆变换，通过模块后面的功率型电感和储能电容，对高压直流信号进行能量存储和滤波，保证高压输出时信号平滑以及功率稳定；

高压稳定控制电路模块中ADC用于设定稳定输出电压电流的参考值，DAC通过电阻网络采集实时输出的电压和电流，电压比较器的正相和反向端进行比较，控制功率型开关管的通断，实现恒流恒压的稳定可控输出；

电压监测电路模块的功能是实现低压侧的电流和电压的供给稳定，设定安全限流，当供给电流超过设定值，及时关断，保证低压侧瞬时能量供给过大而导致的系统不稳定，保护低压侧电源电路和小信号电路；

光耦隔离电路的功能是在嵌入式主控电路中MCU发出的时序控制序列，通过光耦隔离电路生成能够驱动高压功率开关管的信号，实现高压功率开关管的有序导通，输出高压脉冲序列；

“光耦隔离电路、嵌入式主控电路以及高压开关电路”对低电压脉冲小信号进行电气隔离和功率放大，实现对高压功率信号的隔离驱动，提高系统的安全性和稳定性；

高压开关电路采用低边侧驱动方式，接收MCU生成的控制时序，经过光耦隔离驱动高压开关管的栅极实现开关的通断，在输出端激发出高压脉冲，击穿负载，引发等离子体放电过程，产生微推力；再通过MCU精确调节各个开关管的放电时序，使开关管工作在软开关模式下，提高能效，降低损耗。

2.根据权利要求1所述的一种真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置，其特征在于：浪涌抑制和保护电路的输入为一次供电母线电压；浪涌抑制和保护电路在一次供电母线的电压端设置有自恢复保险电路，肖特基整流管D1和TVS稳压二极管D2构成电源保护电路。