空間電推進(jìn)電源技術(shù)

目錄
叢書(shū)序
前言
第1章 電推進(jìn)PPU概述
引言 001
1.1 電推進(jìn)系統(tǒng)概述 001
1.1.1 電推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)成 001
1.1.2 電推進(jìn)PPU的作用 002
1.1.3 電推進(jìn)系統(tǒng)的分類(lèi) 003
1.2 電推進(jìn)PPU分類(lèi)及特征 005
1.2.1 霍爾電推進(jìn)PPU及特征 005
1.2.2 離子電推進(jìn)PPU及特征 007
1.2.3 電弧電推進(jìn)PPU及特征 009
1.2.4 新型電推進(jìn)PPU及特征 010
1.3 電推進(jìn)PPU常用電路拓?fù)浜?jiǎn)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(jìn)PPU國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 023
1.4.1 國(guó)外PPU的發(fā)展現(xiàn)狀 023
1.4.2 國(guó)內(nèi)PPU的發(fā)展現(xiàn)狀 028
參考文獻(xiàn) 029
第2章 電推進(jìn)PPU的能量來(lái)源及輸入級(jí)特性與約束
引言 033
2.1 航天器系統(tǒng)能量來(lái)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(yáng)能直驅(qū)電推進(jìn)PPU控制器系統(tǒng)特性 041
2.1.3 核能驅(qū)動(dòng)的電推進(jìn)PPU系統(tǒng)特性 042
2.1.4 傳統(tǒng)全電推衛(wèi)星平臺(tái)電源系統(tǒng)存在的問(wèn)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(jí)功率部件級(jí)聯(lián)后的穩(wěn)定性 047
2.2.3 穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和工程方法 048
2.3 空間環(huán)境對(duì)電推進(jìn)PPU的要求及共性技術(shù) 053
2.3.1 低氣壓環(huán)境對(duì)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(hù)方式 054
參考文獻(xiàn) 056
第3章 霍爾電推進(jìn)ＰＰＵ
引言 061
3.1 霍爾電推進(jìn)PPU的構(gòu)成 061
3.2 陽(yáng)極電源與推力器的關(guān)系 062
3.2.1 陽(yáng)極功率擴(kuò)展與推力的關(guān)系 062
3.2.2 陽(yáng)極電壓擴(kuò)展與比沖的關(guān)系 065
3.2.3 多模式工作對(duì)陽(yáng)極電壓、功率的要求 068
3.3 陽(yáng)極電源功率電路 071
3.3.1 原副邊移相控制寬范圍輸出陽(yáng)極電源研究 071
3.3.2 適用于霍爾電推進(jìn)的電流饋電移相全橋變換器 096
3.4 磁線(xiàn)圈負(fù)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(diǎn)火電源和觸持電源的耦合 127
3.5.3 陰極點(diǎn)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(diǎn)火時(shí)序分析 134
3.5.6 三環(huán)控制電路設(shè)計(jì) 136
3.5.7 集成電流采樣方式設(shè)計(jì) 139
3.5.8 斬波開(kāi)關(guān)控制設(shè)計(jì) 140
3.5.9 耦合電源與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 141
3.6 濾波器設(shè)計(jì) 146
3.6.1 濾波器單元作用分析 146
3.6.2 濾波級(jí)設(shè)計(jì) 148
3.6.3 控制級(jí)設(shè)計(jì) 149
3.6.4 濾波器單元對(duì)放電穩(wěn)定性的作用 151
3.7 霍爾電推進(jìn)PPU設(shè)計(jì)難點(diǎn)總結(jié) 153
參考文獻(xiàn) 154
第4章 離子電推進(jìn)PPU
引言 158
4.1 離子電推進(jìn)PPU的構(gòu)成及其與推力器的關(guān)系 158
4.1.1 離子電推進(jìn)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?fù)鋮?shù)設(shè)計(jì)原則及軟開(kāi)關(guān)條件分析 171
4.2.3 輸出電流紋波對(duì)比分析 174
4.2.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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?fù)鋮?shù)設(shè)計(jì)原則 188
4.3.3 *大占空比及交流電感選取原則 192
4.3.4 開(kāi)關(guān)管軟開(kāi)關(guān)條件分析 194
4.3.5 主功率變壓器磁集成方式設(shè)計(jì) 195
4.3.6 實(shí)驗(yàn)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(wèn)題的提出 201
4.4.2 磁隔離放電陰極加熱點(diǎn)火觸持電源變換器 202
4.4.3 磁隔離控制策略 210
4.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 213
4.5 離子電推進(jìn)PPU難點(diǎn)總結(jié) 219
參考文獻(xiàn) 220
第5章 電弧推進(jìn)電源
引言 223
5.1 電弧電推進(jìn)PPU構(gòu)成 223
5.2 電弧推進(jìn)負(fù)載特性與電源要求 224
5.2.1 脈沖點(diǎn)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(diǎn)火電源 227
5.3.1 串聯(lián)式脈沖點(diǎn)火方案 227
5.3.2 并聯(lián)式脈沖點(diǎn)火方案 228
5.3.3 高壓脈沖隔離防護(hù)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?fù)?229
5.4.2 高動(dòng)態(tài)恒流觸持閉環(huán)控制 230
5.5 電弧電推進(jìn)難點(diǎn)總結(jié) 231
參考文獻(xiàn) 232
第6章 特種電推進(jìn)PPU——高精度微推進(jìn)電源及脈沖等離子推進(jìn)電源
引言 233
6.1 高壓寬范圍快速響應(yīng)電源技術(shù) 233
6.1.1 高效率高升壓比倍壓整流拓?fù)?233
6.1.2 快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)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(kāi)關(guān)電源技術(shù) 240
6.2.2 高精度低噪聲線(xiàn)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(jìn)PPU 255
6.3.1 微推力及微推進(jìn)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(jìn)PPU 264
6.4.1 脈沖電源變換拓?fù)?265
6.4.2 點(diǎn)火電路拓?fù)?266
6.4.3 脈沖電源控制方式 267
參考文獻(xiàn) 269
第7章 融合PCU和PPU功能的柔性可擴(kuò)展PCPU架構(gòu)
引言 273
7.1 柔性可擴(kuò)展PCPU架構(gòu)的設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 286
7.2.3 高壓母線(xiàn)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(xiàn)頻域和時(shí)域特性測(cè)試結(jié)果 296
參考文獻(xiàn) 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(wèn)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(xiàn)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(shè)計(jì) 306
8.2.3 故障模式分析 307
8.2.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析 308
8.2.5 對(duì)比分析與評(píng)估 310
8.3 遠(yuǎn)端精確供配電方案 313
8.3.1 白噪聲激勵(lì)線(xiàn)纜阻抗檢測(cè)及壓降補(bǔ)償技術(shù) 314
8.3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析 318
參考文獻(xiàn) 327
第9章 電推進(jìn)PPU共性技術(shù)
引言 328
9.1 空間環(huán)境帶來(lái)的可靠性問(wèn)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(yù)測(cè)方法與預(yù)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(yīng)及對(duì)策 332
9.1.5 COTS元器件應(yīng)用需要注意的問(wèn)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(jī)理研究 336
9.2.1 儲(chǔ)能電容退化機(jī)理分析 337
9.2.2 MOSFET退化機(jī)理分析 338
9.2.3 繼電器退化機(jī)理分析 339
9.2.4 電源控制環(huán)路退化機(jī)理分析 339
9.3 空間電源系統(tǒng)關(guān)鍵器件參數(shù)辨識(shí) 340
9.3.1 儲(chǔ)能電容參數(shù)辨識(shí) 341
9.3.2 繼電器參數(shù)識(shí)別 346
9.3.3 電源控制環(huán)路參數(shù)辨識(shí) 350
9.3.4 MOSFET結(jié)溫測(cè)量 352
9.4 非預(yù)期性電擊穿及電弧故障機(jī)理分析 354
9.4.1 非預(yù)期性電擊穿機(jī)理 354
9.4.2 非預(yù)期電擊穿的表現(xiàn)形式 356
9.4.3 非預(yù)期性電擊穿的危害及應(yīng)對(duì)措施 357
9.5 閉環(huán)控制中的共性問(wèn)題 358
9.5.1 模擬控制及其注意事項(xiàng) 358
9.5.2 數(shù)字控制中的抗混疊濾波、拍頻和極限環(huán)問(wèn)題 361
9.6 空間電源熱特性及設(shè)計(jì) 365
9.6.1 傳熱基本理論 365
9.6.2 熱設(shè)計(jì)基本原則及設(shè)計(jì)方法 367
9.6.3 熱設(shè)計(jì)步驟和流程 370
9.6.4 熱設(shè)計(jì)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(xiàn) 377
第10章 電推進(jìn)PPU的輸出特性及測(cè)試方法
引言 380
10.1 等離子體負(fù)載特性模擬 380
10.2 電推進(jìn)典型異常工況的模擬測(cè)試 381
10.2.1 短路故障模擬測(cè)試 381
10.2.2 拉弧故障模擬測(cè)試 382
10.2.3 打火短路故障模擬測(cè)試 385
10.3 自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建 388
10.3.1 硬件平臺(tái) 388
10.3.2 軟件架構(gòu) 389
10.3.3 測(cè)試用例設(shè)計(jì) 391
10.3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 392
10.3.5 系統(tǒng)優(yōu)化方向 394
參考文獻(xiàn) 395