空間電推進電源技術(shù)

目錄
叢書序
前言
第1章 電推進PPU概述
引言 001
1.1 電推進系統(tǒng)概述 001
1.1.1 電推進系統(tǒng)構(gòu)成 001
1.1.2 電推進PPU的作用 002
1.1.3 電推進系統(tǒng)的分類 003
1.2 電推進PPU分類及特征 005
1.2.1 霍爾電推進PPU及特征 005
1.2.2 離子電推進PPU及特征 007
1.2.3 電弧電推進PPU及特征 009
1.2.4 新型電推進PPU及特征 010
1.3 電推進PPU常用電路拓撲簡析 012
1.3.1 電流饋電移相全橋變換器研究現(xiàn)狀 016
1.3.2 寬電壓輸出范圍變換器研究現(xiàn)狀 018
1.3.3 三相LCC諧振變換器研究現(xiàn)狀 020
1.4 電推進PPU國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 023
1.4.1 國外PPU的發(fā)展現(xiàn)狀 023
1.4.2 國內(nèi)PPU的發(fā)展現(xiàn)狀 028
參考文獻 029
第2章 電推進PPU的能量來源及輸入級特性與約束
引言 033
2.1 航天器系統(tǒng)能量來源與供配電系統(tǒng)特性 033
2.1.1 一次電源控制器系統(tǒng)特性 034
2.1.2 太陽能直驅(qū)電推進PPU控制器系統(tǒng)特性 041
2.1.3 核能驅(qū)動的電推進PPU系統(tǒng)特性 042
2.1.4 傳統(tǒng)全電推衛(wèi)星平臺電源系統(tǒng)存在的問題 044
2.2 航天器電源系統(tǒng)穩(wěn)定性要求與考慮 046
2.2.1 功率部件自身穩(wěn)定性 046
2.2.2 多級功率部件級聯(lián)后的穩(wěn)定性 047
2.2.3 穩(wěn)定性設計的理論依據(jù)和工程方法 048
2.3 空間環(huán)境對電推進PPU的要求及共性技術(shù) 053
2.3.1 低氣壓環(huán)境對高壓電源的影響 053
2.3.2 空間環(huán)境下功率器件的約束 054
2.3.3 保護方式 054
參考文獻 056
第3章 霍爾電推進ＰＰＵ
引言 061
3.1 霍爾電推進PPU的構(gòu)成 061
3.2 陽極電源與推力器的關(guān)系 062
3.2.1 陽極功率擴展與推力的關(guān)系 062
3.2.2 陽極電壓擴展與比沖的關(guān)系 065
3.2.3 多模式工作對陽極電壓、功率的要求 068
3.3 陽極電源功率電路 071
3.3.1 原副邊移相控制寬范圍輸出陽極電源研究 071
3.3.2 適用于霍爾電推進的電流饋電移相全橋變換器 096
3.4 磁線圈負載特性及電源 122
3.5 耦合空心陰極電源變換器 125
3.5.1 空心陰極電源耦合策略 125
3.5.2 陰極點火電源和觸持電源的耦合 127
3.5.3 陰極點火觸持電源與加熱電源的耦合 129
3.5.4 耦合電源的工作原理 130
3.5.5 點火時序分析 134
3.5.6 三環(huán)控制電路設計 136
3.5.7 集成電流采樣方式設計 139
3.5.8 斬波開關(guān)控制設計 140
3.5.9 耦合電源與發(fā)動機聯(lián)試實驗驗證 141
3.6 濾波器設計 146
3.6.1 濾波器單元作用分析 146
3.6.2 濾波級設計 148
3.6.3 控制級設計 149
3.6.4 濾波器單元對放電穩(wěn)定性的作用 151
3.7 霍爾電推進PPU設計難點總結(jié) 153
參考文獻 154
第4章 離子電推進PPU
引言 158
4.1 離子電推進PPU的構(gòu)成及其與推力器的關(guān)系 158
4.1.1 離子電推進PPU的構(gòu)成 158
4.1.2 屏柵電源與推力器的關(guān)系 159
4.2 帶諧振鉗位電路的高壓屏柵電源研究 160
4.2.1 變換器工作原理分析 160
4.2.2 拓撲參數(shù)設計原則及軟開關(guān)條件分析 171
4.2.3 輸出電流紋波對比分析 174
4.2.4 實驗驗證及分析 176
4.3 混合諧振及PWM高壓輸出屏柵電源 181
4.3.1 變換器工作原理分析 182
4.3.2 直流增益分析及拓撲參數(shù)設計原則 188
4.3.3 *大占空比及交流電感選取原則 192
4.3.4 開關(guān)管軟開關(guān)條件分析 194
4.3.5 主功率變壓器磁集成方式設計 195
4.3.6 實驗結(jié)果及分析 196
4.4 磁隔離變換器 200
4.4.1 磁隔離高壓絕緣問題的提出 201
4.4.2 磁隔離放電陰極加熱點火觸持電源變換器 202
4.4.3 磁隔離控制策略 210
4.4.4 實驗結(jié)果 213
4.5 離子電推進PPU難點總結(jié) 219
參考文獻 220
第5章 電弧推進電源
引言 223
5.1 電弧電推進PPU構(gòu)成 223
5.2 電弧推進負載特性與電源要求 224
5.2.1 脈沖點火特性 225
5.2.2 電弧擊穿快速觸持特性 226
5.2.3 振蕩特性 227
5.3 點火電源 227
5.3.1 串聯(lián)式脈沖點火方案 227
5.3.2 并聯(lián)式脈沖點火方案 228
5.3.3 高壓脈沖隔離防護及EMC處理 228
5.4 恒流電源 229
5.4.1 高效率隔離恒流功率變換拓撲 229
5.4.2 高動態(tài)恒流觸持閉環(huán)控制 230
5.5 電弧電推進難點總結(jié) 231
參考文獻 232
第6章 特種電推進PPU——高精度微推進電源及脈沖等離子推進電源
引言 233
6.1 高壓寬范圍快速響應電源技術(shù) 233
6.1.1 高效率高升壓比倍壓整流拓撲 233
6.1.2 快速動態(tài)響應閉環(huán)調(diào)節(jié)技術(shù) 237
6.2 高精度低噪聲電源技術(shù) 240
6.2.1 低噪聲開關(guān)電源技術(shù) 240
6.2.2 高精度低噪聲線性電源技術(shù) 244
6.2.3 高精度低噪聲采樣電路技術(shù) 249
6.3 高精度射頻離子電推進PPU 255
6.3.1 微推力及微推進電源系統(tǒng) 255
6.3.2 高效射頻發(fā)生器電源 258
6.3.3 高精度電壓可調(diào)屏柵電源 260
6.3.4 加速柵電源和中和器電源 262
6.4 脈沖等離子體電推進PPU 264
6.4.1 脈沖電源變換拓撲 265
6.4.2 點火電路拓撲 266
6.4.3 脈沖電源控制方式 267
參考文獻 269
第7章 融合PCU和PPU功能的柔性可擴展PCPU架構(gòu)
引言 273
7.1 柔性可擴展PCPU架構(gòu)的設計 273
7.1.1 PCPU架構(gòu)的提出 273
7.1.2 電源控制器PCPU功能組成 275
7.2 電源控制器PCPU的工作原理 279
7.2.1 HVC-SR 模塊研究 280
7.2.2 域控制設計 286
7.2.3 高壓母線串并聯(lián)組合分析 289
7.3 能量管理與調(diào)度 294
7.4 兩種母線頻域和時域特性測試結(jié)果 296
參考文獻 299
第8章 一種新的PPU系統(tǒng)供配電架構(gòu)
引言 300
8.1 傳統(tǒng)PPU系統(tǒng)架構(gòu)存在的問題 300
8.1.1 架構(gòu)組成 300
8.1.2 供配電 302
8.2 基于HFAC母線的PPU系統(tǒng)新架構(gòu) 303
8.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)組成模塊 305
8.2.2 冗余備份設計 306
8.2.3 故障模式分析 307
8.2.4 實驗測試與分析 308
8.2.5 對比分析與評估 310
8.3 遠端精確供配電方案 313
8.3.1 白噪聲激勵線纜阻抗檢測及壓降補償技術(shù) 314
8.3.2 實驗驗證及分析 318
參考文獻 327
第9章 電推進PPU共性技術(shù)
引言 328
9.1 空間環(huán)境帶來的可靠性問題及抗輻照加固措施 328
9.1.1 影響空間電源壽命的因素 328
9.1.2 加速電源壽命的方法 331
9.1.3 電源壽命預測方法與預警技術(shù) 331
9.1.4 傳統(tǒng)航天和商業(yè)航天中單粒子效應及對策 332
9.1.5 COTS元器件應用需要注意的問題 335
9.1.6 抗輻照加固措施 335
9.2 空間電源系統(tǒng)衰退機理研究 336
9.2.1 儲能電容退化機理分析 337
9.2.2 MOSFET退化機理分析 338
9.2.3 繼電器退化機理分析 339
9.2.4 電源控制環(huán)路退化機理分析 339
9.3 空間電源系統(tǒng)關(guān)鍵器件參數(shù)辨識 340
9.3.1 儲能電容參數(shù)辨識 341
9.3.2 繼電器參數(shù)識別 346
9.3.3 電源控制環(huán)路參數(shù)辨識 350
9.3.4 MOSFET結(jié)溫測量 352
9.4 非預期性電擊穿及電弧故障機理分析 354
9.4.1 非預期性電擊穿機理 354
9.4.2 非預期電擊穿的表現(xiàn)形式 356
9.4.3 非預期性電擊穿的危害及應對措施 357
9.5 閉環(huán)控制中的共性問題 358
9.5.1 模擬控制及其注意事項 358
9.5.2 數(shù)字控制中的抗混疊濾波、拍頻和極限環(huán)問題 361
9.6 空間電源熱特性及設計 365
9.6.1 傳熱基本理論 365
9.6.2 熱設計基本原則及設計方法 367
9.6.3 熱設計步驟和流程 370
9.6.4 熱設計及熱分析內(nèi)容 372
9.6.5 熱控制及性能優(yōu)化 375
參考文獻 377
第10章 電推進PPU的輸出特性及測試方法
引言 380
10.1 等離子體負載特性模擬 380
10.2 電推進典型異常工況的模擬測試 381
10.2.1 短路故障模擬測試 381
10.2.2 拉弧故障模擬測試 382
10.2.3 打火短路故障模擬測試 385
10.3 自動化測試系統(tǒng)的構(gòu)建 388
10.3.1 硬件平臺 388
10.3.2 軟件架構(gòu) 389
10.3.3 測試用例設計 391
10.3.4 系統(tǒng)實現(xiàn) 392
10.3.5 系統(tǒng)優(yōu)化方向 394
參考文獻 395