源也可W關(guān)閉。離子電推進(jìn)系 統(tǒng)需要觸持電源維持空屯、陰極的等離子體狀態(tài)，因此觸持電源需要保持長(zhǎng)時(shí)間的開啟。
[0068] 本例提出的空屯、陰極電源變換器的工作時(shí)序?yàn)椋?br>[0069] 0~ti:處于空屯、陰極點(diǎn)火成功前，變換器由加熱輸出電流環(huán)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，加熱 電流Ih為Ii,加熱輸出電壓Vh隨加熱電阻絲阻值的變化而變化，設(shè)為Vi;點(diǎn)火觸持極的輸出 處于開環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，即圖4中A點(diǎn)通過斬波開關(guān)管Q3(斬波開關(guān))形成脈沖型電壓(峰值為V2， 谷值為0)，構(gòu)成點(diǎn)火觸持電源輸出（Ignito;r_Keepe;r_out)，連接到空屯、陰極的觸持極上。
[0070] ti~t2:點(diǎn)火過程進(jìn)行中，在脈寬峰值處點(diǎn)著火，點(diǎn)火觸持極因空屯、陰極的阻抗降 低而使得輸出電壓Va由峰值V2降低到V4,輸出電壓Va,即圖5和圖6中A點(diǎn)，輸出電流Ia由0升高 至Ijl3,變換器的閉環(huán)調(diào)節(jié)由加熱輸出電流環(huán)轉(zhuǎn)為點(diǎn)火觸持極的限流環(huán)閉環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，斬波 開關(guān)管Q3在判斷點(diǎn)火成功后維持直通狀態(tài);加熱輸出支路處于開環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，因用于點(diǎn)火 觸持極的限流環(huán)閉環(huán)調(diào)節(jié)PWM波的占空比相對(duì)之前的加熱電流閉環(huán)調(diào)節(jié)變小，加熱輸出支 路的輸出電壓化由Vi降到Vs,輸出電流由Ii降到15,該過程迅速減小了加熱輸出支路的輸出 功率。
[0071] t2~t3:電推進(jìn)控制系統(tǒng)通過遙測(cè)數(shù)據(jù)判斷空屯、陰極點(diǎn)火完成過程。在此過程期 間，加熱支路輸出的功率相比傳統(tǒng)的=電源供電方式已經(jīng)大大下降了，即使電推進(jìn)控制器 指令上存在延時(shí)，空屯、陰極的溫度也維持在受控制的較低水平，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空屯、陰極的保護(hù)。
[0072] t3~^ :電推進(jìn)控制系統(tǒng)發(fā)出指令關(guān)閉加熱點(diǎn)火觸持變換器。霍爾類電推進(jìn)系統(tǒng) 在點(diǎn)火成功后由空屯、陰極與陽(yáng)極間的偏置電壓維持空屯、陰極的等離子體狀態(tài)。離子類電推 進(jìn)系統(tǒng)通過斷開加熱電源輸出到空屯、陰極加熱器的配電開關(guān)，運(yùn)里說的加熱電源輸出指的 是圖6中的加熱電源輸出點(diǎn)（Heat_out點(diǎn)），關(guān)閉對(duì)空屯、陰極的加熱；點(diǎn)火觸持電源輸出 (Igni to;r_Keepe;r_out)維持空屯、陰極的等離子體狀態(tài)。
[0073] 在將原始的=個(gè)變換器禪合成一個(gè)主變換器后，對(duì)空屯、陰極電源的加熱器和觸持 極的供電及點(diǎn)火時(shí)序的實(shí)現(xiàn)完全依賴于對(duì)主變換器的=環(huán)控制的點(diǎn)火控制電路1、采樣電 路2和點(diǎn)火可變斬波脈寬控制電路的控制設(shè)計(jì)。所述=環(huán)控制也稱=閉環(huán)控制。
[0074] S環(huán)控制的點(diǎn)火控制電路1同時(shí)承擔(dān)了 S種電源(2個(gè)輸出支路，3種電特性）的輸 出調(diào)節(jié)功能，通過對(duì)開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2的PWM的占空比大小的調(diào)節(jié)、斬波開關(guān)管Q3的通斷 邏輯控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)=種電源輸出的調(diào)節(jié)。圖8所示的是點(diǎn)火控制電路1的=閉環(huán)控制及斬波 開關(guān)邏輯控制的框圖，該框圖同時(shí)體現(xiàn)了對(duì)電壓電流的采樣、=個(gè)PID閉環(huán)控制及其輸出的 邏輯判斷、斬波開關(guān)的邏輯判斷。
[0075] =個(gè)PID控制環(huán)包括加熱輸出電壓錯(cuò)位控制環(huán)、加熱輸出電流閉環(huán)W及點(diǎn)火觸持 輸出電流限制環(huán)，運(yùn)=個(gè)控制環(huán)均是通過調(diào)節(jié)PID控制器的輸出電壓來實(shí)現(xiàn)對(duì)各自閉環(huán)輸 出的控制，=個(gè)PID閉環(huán)控制器的輸出電壓采用取小輸出的邏輯判斷方式，對(duì)變換器的控制 作用成遞減關(guān)系，S個(gè)PID閉環(huán)控制器輸出最小的電壓經(jīng)過PWM comparator產(chǎn)生占空比對(duì) 變換器進(jìn)行調(diào)節(jié)。設(shè)加熱輸出電壓錯(cuò)位控制環(huán)工作時(shí)對(duì)應(yīng)的占空比值為Dheating_V，加熱輸出 電流閉環(huán)工作時(shí)對(duì)應(yīng)的占空比值為DheatingJ，點(diǎn)火觸持輸出電流限制環(huán)工作時(shí)對(duì)應(yīng)的占空 比值為DkeepingJ,如下圖9所示的是3個(gè)PID環(huán)路工作PWM占空比分布示意圖，滿足如下關(guān)系：
[0077] 為保證雙管正激拓?fù)涞挠行Т艔?fù)位，Pmi波的最大占空比Dmax限制在45%。加熱輸 出電壓錯(cuò)位控制環(huán)將加熱輸出支路的最大輸出電壓限制在20V，此時(shí)的占空比是變換器穩(wěn) 態(tài)工作時(shí)的最大占空比值Dmax,因加熱觸持支路處于開環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)的Va<320V。在空屯、 陰極加熱器電阻值最小，加熱電流設(shè)定為最小4A時(shí)，加熱輸出電流控制環(huán)穩(wěn)態(tài)工作在最小 占空比，值為化，此時(shí)的Va〉280V。點(diǎn)火觸持輸出電流環(huán)工作占空比范圍為[Di，化]，該占空比 范圍完全由點(diǎn)火觸持輸出電流大小及空屯、陰極觸持極間阻抗決定，與加熱輸出電壓錯(cuò)位控 制環(huán)與點(diǎn)火觸持輸出電流環(huán)工作的占空比之間(〇3與化之間）設(shè)置大約1%的死區(qū)時(shí)間。
[0078] 圖10所示的是本例提出的空屯、陰極電源S閉環(huán)控制電路示意圖，圖中所示控制電 路部分實(shí)現(xiàn)了對(duì)如下功能的控制：
[0079] 第一、加熱輸出電流Ih閉環(huán)控制，因加熱電阻絲阻值是隨自身溫度的變化而緩慢 變化的，加熱對(duì)穩(wěn)態(tài)輸出電流控制精度要求非常高，但對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求不高。對(duì)加熱輸出電 流Ih進(jìn)行采樣及閉環(huán)控制、閉環(huán)參考基準(zhǔn)Iset_h通過指令進(jìn)行設(shè)置來調(diào)節(jié)輸出電流值。
[0080] 第二、加熱輸出電壓Vh限制，空屯、陰極的加熱電阻絲阻值一般隨著溫度的增加而 增大，因此在設(shè)定加熱電流恒定的情況下，Heater_out的輸出電壓隨著加熱電阻絲阻值的 增大而增大，加熱電壓環(huán)僅僅是為了限制加熱電阻絲的功率，防止空屯、陰極電源及空屯、陰 極因過功率而燒毀。對(duì)加熱輸出電壓化進(jìn)行采樣及閉環(huán)控制、閉環(huán)基準(zhǔn)Vset_h設(shè)置為固定值 來保證化最大電壓不超過20V。
[0081 ]第=、點(diǎn)火觸持輸出支路的Va電壓調(diào)節(jié)，點(diǎn)火成功前，加熱輸出支路的輸出電流Ih 可在4-1OA范圍內(nèi)設(shè)置，變換器的P歷波占空比在[03，Dmax ]之間變化，此時(shí)用于點(diǎn)火高壓斬 波的高壓輸出（圖6中A點(diǎn)）處于開環(huán)不調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)通過變壓器應(yīng)比(N2:N1)、輸出假負(fù)載 化的設(shè)計(jì)來確保A點(diǎn)電壓值的波動(dòng)范圍。
[0082]第四、點(diǎn)火觸持輸出電流I化的閉環(huán)控制，點(diǎn)著火瞬間，IgnitorJfe邱er_out的脈沖 高壓電壓擊穿空屯、陰極的氣氣流產(chǎn)生等離子體，使得空屯、陰極觸持極間輸出阻抗迅速降 低，輸出電容（圖6中電容Cl和電容C2串聯(lián))的儲(chǔ)能瞬間為空屯、陰極的觸持極間提供一個(gè)電 流尖峰，加速氣氣流更多的轉(zhuǎn)化為等離子體，觸持極間的電壓電流在點(diǎn)火瞬間存在劇烈的 動(dòng)態(tài)調(diào)整，直到空屯、陰極的觸持極間的等離子體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)觸持極間也呈現(xiàn)低阻 抗特性，Iik迅速閉環(huán)控制在設(shè)定值，防止Ignito;r_Keepe;r_out端輸出功率過大而燒毀空屯、 陰極電源，或者對(duì)空屯、陰極的觸持極產(chǎn)生持續(xù)的大電流沖擊而損傷空屯、陰極的觸持極材 料。對(duì)點(diǎn)火觸持輸出電流Iik進(jìn)行采樣及閉環(huán)控制、閉環(huán)基準(zhǔn)Iset_k通過指令進(jìn)行設(shè)置來調(diào)節(jié) 輸出電流值。
[0083] 采樣電路2設(shè)計(jì)如下：上述=環(huán)控制點(diǎn)火控制電路1設(shè)計(jì)中，本例提出的空屯、陰極 電源需要對(duì)加熱輸出支路的輸出電流和點(diǎn)火觸持輸出支路的輸出電流進(jìn)行精確采樣，點(diǎn)火 成功前對(duì)加熱輸出電流閉環(huán)控制，點(diǎn)火成功瞬間轉(zhuǎn)為對(duì)點(diǎn)火觸持輸出電流閉環(huán)控制。新變 換器將加熱輸出支路和點(diǎn)火觸持輸出支路的輸出濾波電感禪合在一起后，兩路輸出具有統(tǒng) 一的地線電流回線，該地線回路上同時(shí)流過加熱輸出支路的輸出電流和點(diǎn)火觸持支路的輸 出電流，本文設(shè)計(jì)上通過對(duì)采樣電阻的特殊布置來將運(yùn)兩種電流分離并精確采樣。
[0084] 如圖10所示，所述采樣電路2包括第一電流傳感器、第二電流傳感器、采樣電阻Rsi 和采樣電阻Rs2,所述采樣電阻化謝采樣電阻化2順序與所述空屯、陰極電源變換器的禪合電 感進(jìn)行串聯(lián)，加熱電源輸出電流的回線接在采樣電阻化1和采樣電阻化2之間，點(diǎn)火觸持電源 輸出電流的回線接在地線上;所述采樣電阻化1的兩端分別通過第一電流傳感器連接至所述 點(diǎn)火控制電路1上，所述采樣電阻化2的兩端分別通過第二電流傳感器連接至所述點(diǎn)火控制 電路1上。
[0085] 如圖10所示，為保證對(duì)加熱輸出電流的采樣閉環(huán)控制精度和對(duì)觸持輸出電流閉環(huán) 控制的高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，將兩種電流的采樣電阻Rsi和采樣電阻Rs2均放置在地線回線的輸出濾 波電容C2前，與禪合電感的Lc2支路進(jìn)行串聯(lián)，加熱輸出電流的回線化ate;r_retu;rn接在采樣 電阻化1與采樣電阻化2之間，點(diǎn)火觸持輸出電流的回線IgnitorJfe邱e;r_re化rn接在濾波電 容C2的地線上。在點(diǎn)火成功前流過采樣電阻Rsi的電流為加熱輸出支路的電流Ih(圖7中10， 采樣電阻化2相當(dāng)于加熱輸出支路濾波電容C2的等效ESR電阻，流過化2的電流僅為濾波電容 C2的交流電流A Ic2( A Ic2的直流平均值為0);點(diǎn)火成功瞬間及之后，采樣電阻Rs桐時(shí)流過 加熱輸出支路的輸出電流Ih和點(diǎn)火觸持支路的輸出電流Iik(圖9中15+13)，采樣電阻Rs2流過 點(diǎn)火觸持支路的輸出電流Iik和濾波電容C2的交流電流(圖9中13+A IC2)。
[0086] 因此，點(diǎn)火成功前，加熱輸出支路通過對(duì)流過化1的電流進(jìn)行精確采樣和閉環(huán)控制 實(shí)現(xiàn)對(duì)空屯、陰極的加熱，點(diǎn)火成功后，點(diǎn)火觸持支路對(duì)流過化2的電流進(jìn)行精確采樣和閉環(huán) 控制，通過采樣環(huán)節(jié)濾波參數(shù)的選取濾除交流電流紋波A IC2,來實(shí)現(xiàn)對(duì)觸持電流的精確限 審IJ。加熱輸出電流大，Rsi采用小阻值采樣電阻，點(diǎn)火觸持輸出電流小，Rs2采用大阻值采樣電 阻。
[0087] 圖11所示的是點(diǎn)火可變斬波脈寬控制電路的設(shè)計(jì)，脈沖型高壓電壓源更容易擊穿 氣氣流，產(chǎn)生等離子體狀態(tài)。圖10中斬波開關(guān)管Q3通過對(duì)本例提出的空屯、陰極電源的高壓 直流輸出（圖6中A點(diǎn)）進(jìn)行斬波開關(guān)來產(chǎn)生脈沖型高壓電壓，在點(diǎn)火成功后，空屯、陰極的觸 持極等效阻抗迅速下降，斬波開關(guān)通過判斷觸持極電壓迅速下降來判斷點(diǎn)火成功后，從而 關(guān)閉脈沖型斬波方式并使Q3保持長(zhǎng)通狀態(tài)。Ignito;r_Keepe;r_out支路輸出迅速閉環(huán)限流輸 出，觸持電流環(huán)閉環(huán)工作在限流狀態(tài)來維持空屯、陰極