阅读说明：本技术 用于霍尔推力器供配电功率模块架构的优化配置方法 (Optimal configuration method for Hall thruster power supply and distribution module architecture ) 是由 张敏 祝霄宇 戴晖 程佳兵 罗林英 席竹君 石磊磊 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于霍尔推力器供配电功率模块架构的优化配置方法,所述霍尔推力器采用自励磁接线方式,即将霍尔推力器励磁回路与阳极回路串联；所述霍尔推力器的功率处理单元PPU的功率模块包括：PPU阳极电源模块、PPU阴极电源模块；所述功率处理单元PPU与霍尔推力器配套使用,是霍尔推力器的供电单机。该配置方法简化了霍尔推力器PPU整机模块数量和设计,减小供电电源的品类,进而减小体积和重量,同时降低了PPU设计的复杂度和实现成本。本发明可进行产品的统型设计,模块化设计,使PPU灵活配置为最大或最小模块数,以满足不同型号任务需求。(The invention provides an optimal configuration method for a power supply and distribution power module framework of a Hall thruster, wherein the Hall thruster adopts a self-excitation wiring mode, namely, an excitation loop and an anode loop of the Hall thruster are connected in series; the power module of the power processing unit PPU of the Hall thruster comprises: the PPU anode power supply module and the PPU cathode power supply module; the power processing unit PPU is matched with the Hall thruster for use and is a power supply single machine of the Hall thruster. The configuration method simplifies the number and design of the modules of the whole PPU of the Hall thruster, reduces the class of the power supply, further reduces the volume and the weight, and simultaneously reduces the complexity and the implementation cost of the PPU design. The invention can carry out the system design and the modular design of products, and the PPU can be flexibly configured into the maximum or minimum module number so as to meet the task requirements of different models.)

用于霍尔推力器供配电功率模块架构的优化配置方法

技术领域

本发明涉及推力器功率处理单元领域，具体地，涉及一种用于霍尔推力器供配电功率模块架构的优化配置方法。

背景技术

霍尔推力器是一个由多部件协同工作的复杂系统，功率处理单元(以下简称“PPU”)作为霍尔推力器的能源动力输入，PPU需提供不同规格的供电功率模块按照时序供给电能。PPU内部功率模块集成耦合化设计与电推进系统合理的架构配置保证了PPU结构、功能和性能的最优设计。

霍尔推力器是目前应用最广泛的电推力器之一，具有推力密度大，比冲高，结构简单等优点。鉴于霍尔推力器的广阔应用前景，世界各国都在争相研制与霍尔推力器匹配的PPU。同传统的化学推进系统相比，由于霍尔电推进系统引入了电能，与霍尔推力器匹配的PPU就显得十分关键。

霍尔推力器是一个由多组件(四大关键组件：阳极、励磁线圈、阴极点火极、阴极加热丝)协同工作的复杂单机，需要PPU根据霍尔推力器各组件工作特性提供不同规格的供电能力。传统的PPU内部功率模块架构配置由阳极电源模块、阴极点火电源模块、阴极加热电源模块、励磁电源模块四部分组成。传统PPU架构配置的功率模块多，整机体积大、重量重，无法满足目前卫星平台要求质量和体积均较小的需求。为此，发明一种用于霍尔推力器供配电功率模块架构的优化配置方法。该架构配置方法在保证系统可靠、安全和产品设计合理有效、工程实施可达可行的条件下，配合霍尔推力器的自励磁点火方式，合理简化PPU中功率模块数量，极大的节省了航天器的空间和质量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于霍尔推力器供配电功率模块架构的优化配置方法。

根据本发明提供的所述霍尔推力器采用自励磁接线方式，即将霍尔推力器励磁回路与阳极回路串联；

所述霍尔推力器的功率处理单元PPU的功率模块包括：PPU阳极电源模块、PPU阴极电源模块；

所述功率处理单元PPU与霍尔推力器配套使用，是霍尔推力器的供电单机。

优选地，所述霍尔推力器采用自励磁的点火方式，即霍尔推力器励磁线圈的正端接阴极公共地，霍尔推力器励磁线圈的负端接阳极电源的负端。

优选地，PPU的阳极电源模块为霍尔推力器内部阳极组件供电，为恒压源输出特性，同时阳极电源模块输出电压通过LRC滤波网络连接至霍尔推力器阴极点火极，以提供阴极点火所需的初始点火电压。

优选地，PPU的阴极电源模块为霍尔电推力器内部阴极组件(包含阴极点火极和阴极加热丝)供电，为恒流源输出特性，PPU阴极电源模块由阴极加热电源和阴极点火电源两个部分组成。

优选地，PPU的阴极电源模块将点火电源低压部分与阴极加热电源进行整合，点火电源高压部分与阳极电源进行整合，使得PPU内部功率模块无需单独再配置阴极点火电源模块。

优选地，PPU的阳极电源模块对霍尔推力器励磁线圈进行供电，采用自励磁回路，消除独立励磁回路，使得PPU内部功率模块无需单独再配置励磁电源模块。

优选地，D1、D2为PPU功率模块的输出隔离二极管，防止霍尔推力器点火的瞬间高电压对PPU功率模块输出端元器件的冲击应力过大。

优选地，所述PPU阴极电源模块输出正负端反并联二极管D1，输出正端串联二极管D2；

其中D1的负端与D2的负端相连，D1的正端与RC阻容网络中的电阻R3负端相连，D2的正端与PPU阴极电源模块输出正端相连。

优选地，R1、R2、R3、C1为RC阻容网络，当PPU阳极电源模块启动时，阳极电压上升过程中，PPU阳极电源模块输出电压通过该阻容网络输出至霍尔推力器阴极点火极，促使推力器阴极维持在瞬间点火成功的状态。

优选地，所述R1正端与PPU阳极电源模块正端相连，R1负端与R2正端相连，R2负端与C1负端共地连接至PPU阴极电源模块负端，R2正端与R3正端和C1正端相连接，R3的负端与D1正端相连。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1)本发明的霍尔推力器供配电的功率模块配置，仅采用2个电源模块进行推力器的功率供电，简化了霍尔推力器功率处理单元整机模块数量和设计，减小供电电源的品类，进而减小体积和重量，同时降低了供配电单元的复杂度和实现成本。

2)点火电源低压部分与阴极加热电源进行整合，点火电源高压部分与阳极电源进行整合，PPU架构无需单独再配置独立点火电源模块。由阳极电源对推力器磁线圈进行供电，消除独立磁线圈电路,PPU架构无需单独再配置励磁电源模块，实现了集成化耦合设计。

3)优化和创新进行产品的统型设计，模块化设计，使PPU灵活配置为最大或最小的模块数，以满足不同型号任务需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的霍尔推力器供配电功率模块架构的优化配置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的所述霍尔推力器采用自励磁接线方式，即将霍尔推力器励磁回路与阳极回路串联；

所述霍尔推力器的功率处理单元PPU的功率模块包括：PPU阳极电源模块、PPU阴极电源模块；

所述功率处理单元PPU与霍尔推力器配套使用，是霍尔推力器的供电单机。

具体地，所述霍尔推力器采用自励磁的点火方式，即霍尔推力器励磁线圈的正端接阴极公共地，霍尔推力器励磁线圈的负端接阳极电源的负端。

具体地，PPU的阳极电源模块为霍尔推力器内部阳极组件供电，为恒压源输出特性，同时阳极电源模块输出电压通过LRC滤波网络连接至霍尔推力器阴极点火极，以提供阴极点火所需的初始点火电压。

具体地，PPU的阴极电源模块为霍尔电推力器内部阴极组件(包含阴极点火极和阴极加热丝)供电，为恒流源输出特性，PPU阴极电源模块由阴极加热电源和阴极点火电源两个部分组成。

具体地，PPU的阴极电源模块将点火电源低压部分与阴极加热电源进行整合，点火电源高压部分与阳极电源进行整合，使得PPU内部功率模块无需单独再配置阴极点火电源模块。

具体地，PPU的阳极电源模块对霍尔推力器励磁线圈进行供电，采用自励磁回路，消除独立励磁回路，使得PPU内部功率模块无需单独再配置励磁电源模块。

具体地，D1、D2为PPU功率模块的输出隔离二极管，防止霍尔推力器点火的瞬间高电压对PPU功率模块输出端元器件的冲击应力过大。

具体地，所述PPU阴极电源模块输出正负端反并联二极管D1，输出正端串联二极管D2；

其中D1的负端与D2的负端相连，D1的正端与RC阻容网络中的电阻R3负端相连，D2的正端与PPU阴极电源模块输出正端相连。

具体地，R1、R2、R3、C1为RC阻容网络，当PPU阳极电源模块启动时，阳极电压上升过程中，PPU阳极电源模块输出电压通过该阻容网络输出至霍尔推力器阴极点火极，促使推力器阴极维持在瞬间点火成功的状态。

具体地，所述R1正端与PPU阳极电源模块正端相连，R1负端与R2正端相连，R2负端与C1负端共地连接至PPU阴极电源模块负端，R2正端与R3正端和C1正端相连接，R3的负端与D1正端相连。

下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。

优选例1：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于霍尔推力器供配电功率模块架构的优化配置方法。该供配电的架构配置霍尔推力器采用自励磁接线方式，即将霍尔推力器励磁回路与阳极回路串联。所述霍尔推力器PPU的功率模块仅包括阳极电源模块、阴极电源模块两个模块。

所述霍尔推力器采用自励磁的点火方式，即霍尔推力器励磁线圈的正端(+)阴极接公共地，推力器励磁线圈的负端(-)接阳极电源的负端(-)；

所述PPU阳极电源模块为霍尔推力器内部阳极组件供电，为恒压源输出特性，同时阳极电源模块输出电压通过一个LRC网络(滤波模块，其中L(电感)、R(电阻)、C(电容)参数值根据不同型号霍尔推力器和PPU匹配试验情况设计)连接至霍尔推力器阴极点火极，以提供阴极点火所需的初始点火电压；

所述PPU阴极电源模块为霍尔电推力器内部阴极组件(包含阴极点火极和阴极加热丝)供电，为恒流源输出特性，PPU阴极电源模块由阴极加热电源和阴极点火电源两个部分组成，两部分进行集成化耦合设计；

所述PPU阴极电源模块将点火电源低压部分与阴极加热电源进行整合，点火电源高压部分与阳极电源进行整合，使得PPU内部功率模块无需单独再配置阴极点火电源模块；

所述PPU阳极电源模块对霍尔推力器励磁线圈进行供电，采用自励磁回路，消除独立励磁回路，使得PPU内部功率模块无需单独再配置励磁电源模块；

所述D1、D2为PPU功率模块的输出隔离二极管，作用是防止霍尔推力器点火的瞬间高电压对PPU功率模块输出端元器件的冲击应力过大，具体规格选型根据霍尔推力器和PPU匹配试验情况设计。

所述电阻R1、R2、R3、电容C1为RC阻容网络，作用是PPU阳极电源模块启动时，阳极电压上升过程中，阳极电源模块输出电压通过该阻容网络输出至霍尔推力器阴极点火极，促使推力器阴极维持在瞬间点火成功的状态。

优选例2：

根据本发明提供的一种用于霍尔推力器供配电功率模块架构的优化配置方法，如图1所示，所述架构优化配置方法中霍尔推力器PPU的功率模块仅包括阳极电源模块、阴极电源模块两个模块。

具体地，霍尔推力器采用自励磁的点火方式，可以降低放电回路振荡引起的励磁电流振荡，霍尔推力器励磁线圈的正端(+)阴极接公共地，推力器励磁线圈的负端(-)接阳极电源的负端(-)；

具体地，PPU阳极电源模块为霍尔推力器内部阳极组件供电，为恒压源输出特性，同时阳极电源模块输出电压通过一个LRC网络(滤波模块，其中L(电感)、R(电阻)、C(电容)参数值根据霍尔推力器和PPU匹配试验情况设计)连接至霍尔推力器阴极点火极，以提供阴极点火所需的初始点火电压(通常为300V)；

具体地，PPU阴极电源模块为霍尔电推力器内部阴极组件(包含阴极点火极和阴极加热丝)供电，为恒流源输出特性，PPU阴极电源模块由阴极加热电源和阴极点火电源两个部分组成，两部分进行集成化耦合设计。

具体地，PPU阴极电源模块将点火电源低压部分与阴极加热电源进行整合，点火电源高压部分与阳极电源进行整合，使得PPU内部功率模块无需单独再配置阴极点火电源模块。

具体地，PPU阳极电源模块对霍尔推力器励磁线圈进行供电，采用自励磁回路，消除独立励磁回路，使得PPU内部功率模块无需单独再配置励磁电源模块。

具体地，D1、D2为PPU功率模块的输出隔离二极管，作用是防止霍尔推力器点火的瞬间高电压对PPU功率模块输出端元器件的冲击应力过大，具体规格选型根据霍尔推力器和PPU匹配试验情况设计。

具体地，霍尔推力器阴极加热丝供电一段时间后(通常为5min～8min)，PPU阴极电源模块内部继电器闭合，阴极电源连接至阴极点火极，同时PPU阳极电源模块采用“缓启”电路启动，阳极电压阶跃上升过程中，阳极电源模块输出电压通过电阻R1、R2、R3、电容C1阻容网路(电阻R1、R2、R3、电容C1的具体参数值根据霍尔推力器和PPU匹配试验情况设计)输出至霍尔推力器阴极点火极，有效的降低了PPU内部元器件应力水平和推力器瞬间点火冲击，促使推力器阴极维持在瞬间点火成功的状态。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。