[實用新型]低壓直流供電的高壓儲能和脈沖點火電源

有效

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• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN202906783U
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 劉東堯;周彥煌;余永剛;張領科;陸春義;徐曉光;鄧建
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本實用新型涉及電源領域，特別是一種低壓直流供電的高壓儲能和脈沖點火電源。

背景技術

電磁推進技術利用星載的太陽能電池作為能源，通過放電消融或電離工質(zhì)產(chǎn)生等離子體來實現(xiàn)所需的動力。其中脈沖等離子體推力器（PPT）是利用脈沖放電消融固體推進劑，產(chǎn)生等離子體羽流形成推力。常用的固體推進劑聚四氟乙烯（特氟龍）是在工程上是一種良好的絕緣材料，為了實現(xiàn)對推進劑的放電、消融，必須在放電電極之間加上較高的電壓以實現(xiàn)可靠擊穿，例如對于直徑僅1/4英寸帶觸發(fā)電極的微型PPT，其擊穿電壓也要3000VDC以上。另外為了對放電過程進行有序控制，還需要設計脈沖點火系統(tǒng)。由于衛(wèi)星太陽能電池組所能提供的通常為低壓直流電源，因此需要設計低壓直流供電的高壓儲能及脈沖觸發(fā)點火電源系統(tǒng)。目前工程上常用的DC-DC升壓開關電源普遍存在升壓范圍較低，在36VDC以下的輸入電壓下，輸出很難超過1000VDC。因此，在地面試驗中通常采用工業(yè)交流電進行升壓、整流、濾波來完成對儲能電容器的充電。在點火控制方面，同樣需要設計升壓電路對點火電容器進行充電，并設計時序控制電路對點火過程進行控制，但是觸發(fā)高壓對基于低壓電器設計的電路干擾和影響較大，因此通常是對點火電容的充電進行控制，實現(xiàn)對觸發(fā)開關的控制，這就要求點火電容對充電的響應要快。國外的研究方案有采用同一套升壓系統(tǒng)同時對儲能電容和點火電容進行充電，通過調(diào)整點火充電回路的電阻值，使充電時間常數(shù)(τ=RC)大于儲能電容的充電時間常數(shù)，這樣在點火電容達到觸發(fā)電壓之前，保證儲能電容滿足擊穿電壓要求。而事實上，觸發(fā)電壓可能低于或高于儲能電壓（取決于觸發(fā)電極的設計），因此這種充電模式不夠靈活。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種可為儲能電容器或點火電容器充電，且體積小、重量輕、可靠性高的低壓直流供電的高壓儲能和脈沖點火電源。?

實現(xiàn)本實用新型的技術解決方案為：一種低壓直流供電的高壓儲能和脈沖點火電源，包括直流輸入電源Vin、極性電容C1、振蕩升壓電路、橋式整流電路、以及電容器C2；所述的振蕩升壓電路包括變壓器T1、大功率三極管Q1、大功率三極管Q2、電阻R1、電阻R2、二極管D1、二極管D2，所述變壓器T1包括初級繞組、反饋繞組、次級繞組，其中初級繞組包括第1引出端、第3引出端，以及中心引出的第2引出端，反饋繞組包括第4引出端、第5引出端，次級繞組包括第6引出端、第7引出端；所述的橋式整流電路由四個高壓整流硅粒子組成，分別為高壓整流硅粒子D3、高壓整流硅粒子D4、高壓整流硅粒子D5和高壓整流硅粒子D6；

所述極性電容C1正極連接直流輸入電源Vin，負極連接信號地，保護系統(tǒng)避免受到輸入電源沖擊；所述第2引出端與直流輸入電源Vin的正極連接，第1引出端連接到大功率三極管Q1的集電極上，第3引出端連接到大功率三極管Q2的集電極上，大功率三極管Q1和大功率三極管Q2的發(fā)射極共接信號地；第5引出端連接到大功率三極管Q1基極上，第4引出端通過電阻R2連接到大功率三極管Q2的基極上；

所述直流輸入電源Vin通過電阻R1連接到大功率三極管Q1的基極上，且直流輸入電源Vin還通過電阻R1以及與電阻R1串聯(lián)的電阻R2連接到大功率三極管Q2的基極上；二極管D1的正極連接到大功率三極管Q1的發(fā)射極，二極管D1的負極連接到大功率三極管Q1的基極，二極管D2的正極連接到大功率三極管Q2的發(fā)射極，二極管D2的負極連接到大功率三極管Q2的基極，二極管D1、二極管D2起到電路開關作用；

所述高壓整流硅粒子D3的正極連接到第6引出端，高壓整流硅粒子D4的正極連接第7引出端，高壓整流硅粒子D3和高壓整流硅粒子D4的負極共連接到電容器C2的高壓端，高壓整流硅粒子D5的負極與高壓整流硅粒子D3的正極連接，高壓整流硅粒子D6的負極與高壓整流硅粒子D4的正極連接，高壓整流硅粒子D5和高壓整流硅粒子D6的正極共接電源地。

所述的直流輸入電源Vin的電壓范圍為3VDC~12VDC；電容器C2為儲能電容器或者點火電容器；大功率三極管Q1和大功率三極管Q2為NPN型功率三極管2N3055；變壓器T1的初級繞組與次級繞組的匝數(shù)比可以調(diào)整；電阻R2及輸入電壓Vin的值可以調(diào)整；所述點火電容器的充電和觸發(fā)通過直流輸入電源Vin端設計定時開關電路實現(xiàn)。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點：?

（1）通過變壓器的隔離將低壓部分與高壓部分隔離，高壓電源對電容的充電和放電不影響低壓部分的工作；