一种快速同步关断的离子推力器束流闪烁保护装置

技术领域

本申请涉及离子推力器测试技术领域，具体而言，涉及一种快速同步关断的离子推力器束流闪烁保护装置。

背景技术

离子推力器是电推进分系统内产生推力的核心部件，在离子推力器研制和测试工作中，需要对其地面供电工作过程中的束流闪烁工况进行不良影响防治，以保护离子推力器产品。

目前离子推力器在地面测试过程中，多使用星上供电单元配套供电或无保护地面电源柜。在地面电源供电情况下，离子推力器发生束流闪烁时，偶尔会造成阴极熄弧，进而导致引束流中断，对于大功率离子推力器来说，地面电源在推力器发生束流闪烁时，由于地面程控电源过流保护关断过慢，释放能量过大还会导致离子光学系统受损，使用星上供电单元虽然能避免以上不足，但由于资源问题，批量化生产、拉偏研制需要用到地面电源，因此必须在测试过程中进行束流闪烁瞬间的不良影响防治。

发明内容

本申请提供了一种快速同步关断的离子推力器束流闪烁保护装置，能够对地面单元栅极电源输出进行闪烁电流峰值抑制、重启加载策略制定最终实现离子推力器在地面测试中的可靠实施。

为了实现上述目的，本申请提供了一种快速同步关断的离子推力器束流闪烁保护装置，包括两组保护电路以及一组比较判断电路，其中：第一组保护电路设置在屏栅电源与地面电源柜之间，用于控制屏栅电流的通断；第二组保护电路设置在加速栅电源与地面电源柜之间，用于控制加速栅电流的通断；地面电源柜与离子推力器连接，用于向离子推力器供电；比较判断电路分别与第一组保护电路和第二组保护电路连接，用于根据离子推力器的工作状态，分别向第一组保护电路和第二组保护电路输出控制信号。

进一步的，第一组保护电路包括依次连接的第一高压快速开关、第一续流电路、第一扼流电路、第一电流采样电路以及第二高压快速开关；第二组保护电路包括依次连接的第三高压快速开关、第二续流电路、第二扼流电路、第二电流采样电路以及第四高压快速开关。

进一步的，第一高压快速开关与屏栅电源连接，第三高压快速开关与加速栅电源连接，第二高压快速开关和第四高压快速开关均与地面电源柜连接。

进一步的，比较判断电路包括依次连接的电流比较电路、门极驱动电路、逻辑判断电路以及复位按钮。

进一步的，电流比较电路分别与第一电流采样电路和第二电流采样电路连接。

进一步的，门极驱动电路分别与第一高压快速开关、第二高压快速开关、第三高压快速开关以及第四高压快速开关连接。

进一步的，离子推力器设置在真空舱内部。

进一步的，逻辑判断电路内部设定有短时间内多次连通高压快速开关会进行关断锁定的逻辑指令。

本发明提供的一种快速同步关断的离子推力器束流闪烁保护装置，具有以下有益效果：

本申请与传统的电源过流保护关断方法相比，将屏栅极、加速栅极输出保护关断时间缩短到微秒量级、对屏栅加速电压进行了同步变化调制、制定了重新加载策略，最终保障了测试的安全可靠的开展，运用离子推力器束流闪烁电流变化率抑制、快速判读、快速同步关断、策略性加载的方法，可以显著优化试验资源，降低试验成本，保护产品组件。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的快速同步关断的离子推力器束流闪烁保护装置的结构示意图；

图中：1-屏栅电源、2-加速栅电源、31-第一高压快速开关、32-第二高压快速开关、33-第三高压快速开关、34-第四高压快速开关、41-第一续流电路、42-第二续流电路、51-第一扼流电路、52-第二扼流电路、61-第一电流采样电路、62-第二电流采样电路、7-电流比较电路、8-门极驱动电路、9-逻辑判断电路、10-复位按钮、11-地面电源柜、12-真空舱、13-离子推力器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请提供了一种快速同步关断的离子推力器束流闪烁保护装置，包括两组保护电路以及一组比较判断电路，其中：第一组保护电路设置在屏栅电源1与地面电源柜11之间，用于控制屏栅电流的通断；第二组保护电路设置在加速栅电源2与地面电源柜11之间，用于控制加速栅电流的通断；地面电源柜11与离子推力器13连接，用于向离子推力器13供电；比较判断电路分别与第一组保护电路和第二组保护电路连接，用于根据离子推力器13的工作状态，分别向第一组保护电路和第二组保护电路输出控制信号。

具体的，离子推力器发生束流闪烁时，其实就是短路导致的发电拉弧(二次电子持续发射)，为防止瞬间大电流的不利因素，需要做到瞬间断路，本申请实施例提供的快速同步关断的离子推力器束流闪烁保护装置在离子推力器13发生束流闪烁时，通过扼流装置对大电流波动的变化率进行抑制，在电流传感器采集到高速变化的电流参数后，与设定的过流保护值进行比较，发生超限后同步迅速对屏栅极、加速栅极输出回路进行断开，并保证屏栅电压与加速电压的同步跌落，并在1秒内进行断开的回路同步接通加载，恢复离子推力器13至束流引出状态，如果在10秒内多次加载后判断超限，则永久关断屏栅极、加速栅极输出的回路。在测试过程中，第一组保护电路设置在屏栅电源1与地面电源柜11之间，用于控制屏栅电流的通断，第二组保护电路设置在加速栅电源2与地面电源柜11之间，用于控制加速栅电流的通断，地面电源柜11与离子推力器13的穿舱法兰连接，用于向离子推力器13供电，保证离子推力器13的正常运行，比较判断电路分别与第一组保护电路和第二组保护电路连接，用于根据离子推力器13的工作状态，即离子推力器13在运行中发生束流闪烁或者持续进行闪烁时，分别向第一组保护电路和第二组保护电路输出控制信号，实现迅速关断，并且快速恢复连通，防止离子推力器13的光学系统受损，提高了离子推力器13在地面测试中的可靠性。

进一步的，第一组保护电路包括依次连接的第一高压快速开关31、第一续流电路41、第一扼流电路51、第一电流采样电路61以及第二高压快速开关32；第二组保护电路包括依次连接的第三高压快速开关33、第二续流电路42、第二扼流电路52、第二电流采样电路62以及第四高压快速开关34。续流电路主要起到平滑续流的作用，对高压快速开关之间的能量进行释放；扼流电路主要用于对输出电流的上升速度进行抑制，在测试过程中，离子推力器13进行束流闪烁时，通过设置扼流电路可以降低屏栅电源1、加速栅电源2输出电流的变化率，进而在电流未上升至最大时，就由将高压快速开关进行输出断开，最终使得束流闪烁烁峰值电流降到很低，减小对离子推力器13的不良影响；电流采样电路用于采集电流信号；每一组保护电路设置前后两个高压快速开关，由于在开关断开的瞬间，电源还是正常高压输出的，设置两个高压快速开关可以在电路关断的瞬间把多余的能量控制在保护电路的内部，不至于泄露到前级对电源造成影响。

进一步的，第一高压快速开关31与屏栅电源1连接，第三高压快速开关33与加速栅电源2连接，第二高压快速开关32和第四高压快速开关34均与地面电源柜11连接。

具体的，第一高压快速开关31和第二高压快速开关32用于控制屏栅电源1与地面电源柜11的之间电流的通断，第一高压快速开关31设置在屏栅电源1和第一续流电路41之间，第二高压快速开关32设置在第一电流采样电路61与地面电源柜11之间，第三高压快速开关33和第四高压快速开关34用于控制加速栅电源2与地面电源柜11之间的电流通断，第三高压快速开关33设置在加速栅电源2和第二续流电流之间，第四高压快速开关34设置在第二采样电路与地面电源柜11之间。测试过程中，根据离子推力器13的工作状态，比较判断电路会输出控制信号，控制信号并联输出在4个高压快速开关上，使得4个高压快速开关同时开启或者断开，从而实现屏栅电回路和加速栅电回路的同时导通或者关断，如果只有屏栅电回路导通，加速栅电回路断开，会造成离子推力器加速栅电子反流，损伤离子光学的引出系统，反之亦然，因此，禁止单独某一个电回路导通或者关断。

进一步的，比较判断电路包括依次连接的电流比较电路7、门极驱动电路8、逻辑判断电路9以及复位按钮10。逻辑判断电路9用于根据预设的指令控制门极驱动电路8实现对各个高压快速开关的控制，复位按钮10用于控制逻辑判断电路9复位。

进一步的，电流比较电路7分别与第一电流采样电路61和第二电流采样电路62连接。电流比较电路7用于对比电流采样电路采集的电流信号值与预先设置的过流保护值，当超过过流保护值时，电流比较电路7会向门极驱动电路8发出关断信号，通过门极驱动电路8控制各个高压快速开关进行关断。

进一步的，门极驱动电路8分别与第一高压快速开关31、第二高压快速开关32、第三高压快速开关33以及第四高压快速开关34连接。门极驱动电路8主用于根据电流比较电路7和逻辑判断电路9的指令控制各个高压快速开关进行开启和断开。

进一步的，离子推力器13设置在真空舱12内部。离子推力器13设置在真空舱12的内部，在测试过程中，模拟离子推力器13的实际运行环境。

进一步的，逻辑判断电路9内部设定有短时间内多次连通高压快速开关会进行关断锁定的逻辑指令。逻辑判断电路9内部设定有10s内超过5次连通高压快速开关会进行关断锁定的逻辑指令。逻辑判断电路9是由单片机控制，用于判断高压快速开关的断开、计时与计数，进而实现1秒内恢复以及多次逻辑指令超限后的完全截至。

具体的，结合测试过程中离子推力器发生束流的实际情况，对本申请实施例进行进一步的说明：当离子推力器13发生束流闪烁时，屏栅电源1正输出、加速栅电源2负输出，电流出现迅速增加趋势，两组扼流电路会对输出电流的上升速度进行抑制，当两组电流采样电路采集的电流信号达到预置的过流保护值时，电流比较电路7迅速输出关断信号，并通过门极驱动电路8同步将各个高压快速开关迅速关断，两组续流电路同步对各个高压快速开关之间的能量进行释放，同时逻辑判断电路9在1秒内通过门极驱动电路8将各个高压快速开关进行同步接通，实现离子推力器13束流闪烁的保护与快速回复；当离子推力器13持续进行闪烁时，逻辑判断电路9会实时判断前10秒内通过门极驱动电路8控制高压快速开关进行接通的次数，超过5次时判断离子推力器13栅极间持续短路，逻辑判断电路9通过门极驱动电路8控制高压快速开关一直断开，并进行锁定；在排除离子推力器13束流持续闪烁短路故障后，通过复位按钮10对逻辑判断电路9的锁定操作进行解除，之后逻辑判断电路9通过门极驱动电路8控制各个高压快速开关输出，并继续恢复到判定状态。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。