[发明专利]一种真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置

说明书

本发明涉及一种真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置，属于微真空弧电推进发动机功率控制技术领域。结合嵌入式系统和高压换能电路，实时接收外部控制和参数配置指令，将直流低压输入转换为供推力器头部放电使用的脉冲型直流高压，重复有序地输出功率型脉冲高压信号，施加在推力器头的电极两端，引发极间电弧放电。所述装置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；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。所述装置具有成本低、易扩展、通用性强、设计灵活、安全可靠、功能完善、强弱信号分离以及实时性强的优点。

技术领域

本发明涉及一种真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置，属于微真空弧电推进发动机功率控制技术领域。

背景技术

近年来，微纳卫星可承担的太空任务越来越多样化，受限于其重量和体积，动力装置需要具有体积小、质量轻、结构简单、功率小、长寿命、高精度姿态控制等特点。微纳卫星上的微小推进系统作为微纳卫星的动力装置，也逐渐成为发展微纳卫星的一项重要技术。微阴极电弧推力器是一种适用于微纳卫星的推进装置，该推力器主要由间通过数百伏甚至上千伏的高压脉冲发生电弧放电，产生等离子体，在电场和磁场的耦合作用下加速等离子体使其喷出，从而产生推力。当前国际的研究机构和高校都开展了微阴极电弧推力器的基础和应用研究。

自20世纪60年代末美国的Gilmour和Dethlefsen等人开始真空弧推力器VAT的研制工作开始，到目前国外包括美国、德国、日本等国家开展了VAT的研制工作，其中有一些真空弧推力器成功地实现卫星搭载，如美国于2015年3月发射的BricSat配置的微阴极电弧推力器。此外大量的研究人员开展了相关理论、数值和实验研究。

随着航天技术的发展，维纳卫星受限于整星重量和体积，其动力装置需要具有高性能、小体积和高可靠性。微真空弧发动机高压脉冲驱动信号的生成质量与电气可靠性和控制稳定性直接相关。

发明内容

本发明的目的在于真空弧脉冲发动机中驱动控制电路同供电、推力指标情况下存在转化功率小以及寿命低的技术缺陷，提出了一种真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置，将嵌入式系统和高压换能电路相结合，实时接收外部控制和参数配置指令，将直流低压输入转换为供推力器头部放电使用的脉冲型直流高压，重复有序地输出功率型脉冲高压信号，施加在推力器头的电极两端，引发极间电弧放电。

所述真空弧发动机高压脉冲驱动控制装置是真空弧发动机系统中的核心功能单元，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；

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；

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；