一種空心陰極觸持極電源自動切換電路的制作方法
【專利摘要】一種空心陰極觸持極電源自動切換電路，包括連接在主電源輸出端的電壓識別電路、電路電源、連接在電路電源與地之間的信號隔離變送電路和施密特觸發電路、輔助電源PWM控制器使能控制電路，電壓識別電路通過信號隔離變送電路與施密特觸發電路相連，施密特觸發電路的輸出端與輔助電源PWM控制器使能控制電路的輸入端相連，電壓識別電路檢測到主電源輸出端電壓大于輔助電源啟動閾值后，驅動信號隔離變送電路工作，信號隔離變送電路將隔離處理后的信號送入施密特觸發電路，施密特觸發電路對信號進行邏輯處理后送入輔助電源PWM控制器使能控制電路控制PWM控制器啟動。本發明切換電路可自動控制輔助電源的啟停，電路簡單可靠。
【專利說明】—種空心陰極觸持極電源自動切換電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電路，更具體的說，涉及一種用于航天器電推進系統中的空心陰極觸持極電源的自動切換電路。
【背景技術】
[0002]衛星、空間站和深空探測器等航天器使用的電推力器及等離子體發生系統中，空心陰極產生的電子是電推力器或等離子體發生系統產生等離子體的先決條件，通過空心陰極產生的電子轟擊通過空心陰極的推進劑(高純氙氣等)使推進劑電離成電子和離子，這部分電子與離子再進一步轟擊電推力器放電室或等離子體發生器內的推進劑(高純氙氣等)產生更大量的電子和離子，從而達到產生推力或等離子體的目的。
[0003]空心陰極主要由電子發射體、發射體加熱器和觸持極等部件組成，而觸持極電源加載在空心陰極的觸持極和發射體之間，作用是引導等離子體運動和維持發射體的放電。通常情況下，空心陰極發射體發射電子之前觸持極與發射體之間需要通過較高的電壓(150V或者更高)產生一個較強的電場促使發射體放電，而當發射體發射電子并將推進劑電離后觸持極與發射體之間會因為等離子體放電被鉗位到一個較小的電壓(通常為IOV左右)，此時空心陰極觸持極與發射體之間不再需要高壓電場，而是需要一個恒流源，使空心陰極觸持極與發射體之間形成一個穩定的放電電流(通常電流在IOOmA左右)以維持空心陰極發射體的穩定可靠放電。
[0004]目前，國內外的觸持極電源通常有兩種方式:一種方式是，空心陰極觸持極電源由一個產生高壓的恒壓輸出電源并聯一個恒流輸出電源構成。恒流輸出電源為主電源,恒壓輸出電源為輔助電源。空心陰極發射體發射電子之前恒壓輸出電源工作，當空心陰極發射體發射電子之后人為手動控制恒流輸出電源上電工作，停止恒壓輸出電源工作。此種方式的優點在于恒流輸出電源的輸出電流誤差較小，穩定性好，缺點在于恒壓輸出電源與恒流輸出電源的切換過渡不好控制，容易造成空心陰極穩定放電失敗；方式二是，空心陰極觸持極電源由一個具有較高空載輸出電壓的恒流電源構成，當空心陰極發射體發射電子之前電源以最大空載電壓工作，當空心陰極發射體發射電子之后電源以恒流輸出工作。此種方式的缺點在于電源空載輸出電壓與帶載輸出電壓之比太大(達15倍以上)，這會導致電源恒流輸出的電流誤差較大且穩定性較差。
【發明內容】
[0005]本發明針對上述現有技術中存在的技術問題，提供一種空心陰極觸持極電源自動切換電路，該電路可自動切換觸持極電源中的恒壓輸出電源和恒流輸出電源。
[0006]為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下:
[0007]—種空心陰極觸持極電源自動切換電路，包括連接在主電源輸出端的電壓識別電路，電路電源，連接在所述電路電源與地之間的信號隔離變送電路，連接在所述電路電源與地之間的施密特觸發電路，輔助電源PWM控制器使能控制電路，所述電壓識別電路通過信號隔離變送電路與所述施密特觸發電路相連，所述施密特觸發電路的輸出端與輔助電源PWM控制器使能控制電路的輸入端相連，所述電壓識別電路檢測到主電源輸出端電壓大于輔助電源啟動閾值后，驅動所述信號隔離變送電路工作，所述信號隔離變送電路將隔離處理后的信號送入所述施密特觸發電路，所述施密特觸發電路對所述信號進行邏輯處理后送入所述輔助電源PWM控制器使能控制電路用以控制輔助電源PWM控制器啟動。
[0008]本發明所提供的空心陰極觸持極電源自動切換電路，通過識別主電源輸出端電壓，并將信號隔離變送和邏輯變換后，驅動所述輔助電源PWM控制器使能控制電路，從而控制輔助電源PWM控制器的啟停，進而控制輔助電源的啟停。本發明的空心陰極觸持極電源自動切換電路，可根據主電源輸出電壓和切換時間自動控制輔助電源的啟停，電路簡單可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]下面參照附圖結合具體實施例對本發明作進一步描述:
[0010]圖1為本發明空心陰極觸持極電源自動切換電路第一具體實施例的電路圖。
[0011]圖2為本發明空心陰極觸持極電源自動切換電路第二具體實施例的電路圖。
具體實施例
[0012]以下通過具體實施例結合說明書附圖對本發明技術方案做進一步詳細的說明。
[0013]請參照圖1，本發明所公開的空心陰極觸持極電源自動切換電路的第一具體實施例，包括連接到主電源輸出端的電壓識別電路10、電路電源VCC、連接在電路電源與地之間的信號隔離變送電路20、連接在電路電源與地之間的施密特觸發電路30和輔助電源PWM控制器使能控制電路40。電壓識別電路10通過信號隔離變送電路20與施密特觸發電路30相連。施密特觸發電路30的輸出端與輔助電源PWM控制器使能控制電路40的輸入端相連。電壓識別電路10檢測到主電源輸出端電壓大于輔助電源啟動閾值后，驅動信號隔離變送電路20工作。信號隔離變送電路20將隔離處理后的信號送入施密特觸發電路30。施密特觸發電路30對信號進行邏輯處理后送入輔助電源PWM控制器使能控制電路40用以控制輔助電源PWM控制器啟動。
[0014]本發明第一實施例中，電壓識別電路10包括穩壓二極管D1、電阻R1。信號隔離變送電路20包括光耦Ul和電阻R2、電阻R3。斯密特觸發電路30包括三個帶邏輯與非功能的第一施密特觸發器1、第二施密特觸發器2、第三施密特觸發器3和電阻R4、電阻R5。輔助電源PWM控制器使能控制電路40包括NPN型三極管Q1、電阻R6和電阻R7、電容Cl。
[0015]穩壓二極管Dl的陰極連接至主電源輸出正端，穩壓二極管Dl的陽極連接至光耦Ul的陽極，光耦Ul的陰極通過電阻Rl連接至主電源輸出的負端，光耦Ul的集電極通過電阻R2連接至電路電源VCC，光耦Ul的射極連接至第一施密特觸發器I的第一輸入端和第二輸入端，并通過電阻R3接地，第一施密特觸發器I的輸出端通過電阻R4連接至第二施密特觸發器2的第一輸入端和第二輸入端，第二施密特觸發器2的輸出端連接至第三施密特觸發器3的第二輸入端，第三施密特觸發器3的第一輸入端通過電阻R5連接至電路電源VCC，第三施密特觸發器3的輸出端通過電阻R6連接至NPN型三極管Ql的基極，NPN型三極管Ql的基極通過電阻R7接地，NPN型三極管Ql的射極接地，NPN型三極管Ql的集電極連接至輔助電源PWM控制器的使能管腳SS，并通過電容Cl接地。
[0016]電路電源VCC上電后，當主電源輸出端電壓大于穩壓二極管Dl的反向擊穿電壓(穩壓值)與光耦Ul的正向壓降之和時，穩壓二極管Dl反向擊穿承壓，電流流經光耦Ul和電阻R1，同時，電路電源VCC電流流經電阻R2、光耦Ul和電阻R3，由于電阻R3阻值遠大于電阻R2的阻值，光耦Ul的射極此時為邏輯高電平，該邏輯高電平信號經第一施密特觸發器I的第一輸入端和第二輸入端，該邏輯高電平被延遲一定時間后變為邏輯低電平信號輸出，該邏輯低電平經電阻R4后送入第二施密特觸發器2的第一輸入端和第二輸入端，該邏輯低電平被延遲一定時間后變為邏輯高電平信號輸出，該邏輯高電平信號送入第三施密特觸發器3的第二輸入端與電路電源經電阻R5的高電平信號被延遲一定時間后變為邏輯低電平型號輸出，該邏輯低電平信號經電阻R6和電阻R7分壓后加載到NPN型三極管Ql的基極，由于電阻R7阻值遠大于電阻R6阻值，可近似認為加載到NPN型三極管Ql基極的電壓等于第三施密特觸發器3輸出的電平電壓，NPN型三極管Ql截止，輔助電源PWM控制器正常工作，輔助電源工作。反之，當主電源輸出端電壓小于穩壓二極管Dl的反向擊穿電壓(穩壓值)與光耦Ul的正向壓降之和時，NPN型三極管Ql導通，輔助電源PWM控制器的使能管腳SS電壓被拉低，輔助電源PWM控制器停止工作，輔助電源停止工作。
[0017]其中，帶邏輯與非功能的施密特觸發器的個數并不是只能三個，可根據所需的邏輯控制和信號延遲時間來確定。
[0018]其中，NPN型三極管可由其他具有開關功能的電子開關代替，不局限于本實施方式，比如PNP型三極管。PNP型三極管的基極通過電阻R7接地并通過電阻R6連接至第三施密特觸發器的輸出端。PNP型三極管的集電極與電容的第二端相連后接地。PNP型三極管的射極和電容的第一端相連后與輔助電源PWM控制器的使能管腳SS連接。請參照圖2，本發明空心陰極觸持極電源自動切換電路的第二具體實施例，與第一具體實施例的區別僅在于:信號隔離變送電路20中刪除了電阻R2，光耦Ul的集電極直接連接到電路電源VCC。施密特觸發電路30中刪除了電阻R4和電阻R5，第一施密特觸發器I的輸出端直接連接到第二施密特觸發器2的第一輸入端和第二輸入端，第二施密特觸發器2的輸出端直接連接到第三施密特觸發器3的第一輸入端和第二輸入端，輔助電源PWM控制器使能控制電路40中刪除了電阻R7和電容Cl，NPN型三級管被換成了一 PNP型三極管。PNP型三極管Ql的基極通過電阻R6連接至第三施密特觸發器3的輸出端，PNP型三極管Ql的集電極與地連接，PNP型三極管Ql的射極和輔助電源PWM控制器的使能管腳SS連接。第二具體實施例工作原理與第一具體實施例基本相同
[0019]本發明空心陰極觸持極電源自動切換電路，使用了穩壓二極管、光耦、三極管、帶邏輯與非功能的施密特觸發器、電阻和電容等元件實現了空心陰極觸持極電源的自動切換，電路簡單可靠，易于實現。
【權利要求】
1.一種空心陰極觸持極電源自動切換電路，其特征在于，包括:連接在主電源輸出端的電壓識別電路、電路電源、連接在電路電源與地之間的信號隔離變送電路和施密特觸發電路、輔助電源PWM控制器使能控制電路，所述電壓識別電路通過信號隔離變送電路與所述施密特觸發電路相連，所述施密特觸發電路的輸出端與輔助電源PWM控制器使能控制電路的輸入端相連，所述電壓識別電路檢測到主電源輸出端電壓大于輔助電源啟動閾值后，驅動所述信號隔離變送電路工作，所述信號隔離變送電路將隔離處理后的信號送入所述施密特觸發電路，所述施密特觸發電路對所述信號進行邏輯處理后送入所述輔助電源PWM控制器使能控制電路用以控制輔助電源PWM控制器啟動。
2.根據權利要求1所述的空心陰極觸持極電源自動切換電路，其特征在于，所述電壓識別電路包括穩壓二極管、電阻R1，所述穩壓二極管的陰極與所述主電源輸出端的正端連接，所述電阻Rl的第一端與所述電源輸出端的負連接，所述穩壓二極管的陽極和電阻Rl的第二端連接到信號隔離變送電路輸入端。
3.根據權利要求2所述的空心陰極觸持極電源自動切換電路，其特征在于，所述信號隔離變送電路包括光耦、電阻R2和電阻R3，所述光耦的陽極連接至所述穩壓二極管的陽極，光耦的陰極連接至所述電阻Rl的第二端，光耦的集電極通過電阻R2連接至電路電源，光耦的射極連接所述施密特觸發電路的輸入端并通過電阻R3接地。
4.根據權利要求3所述的空心陰極觸持極電源自動切換電路，其特征在于，所述施密特觸發電路包括三個或以上帶邏輯功能的施密特觸發器，以滿足所需的邏輯控制和信號延遲時間。
5.根據權利要求4所述的空心陰極觸持極電源自動切換電路，其特征在于，所述施密特觸發電路包括第一施密特觸發器、第二施密特觸發器、第三施密特觸發器，所述第一施密特觸發器的第一輸入端和第二輸入端連接至所述光耦的射極，所述第一施密特觸發器的輸出端通過電阻R4連接至所述第二施密特觸發器的第一輸入端和第二輸入端，所述第二施密特觸發器的輸出端連接至第三施密特觸發器的第二輸入端，所述第三施密特觸發器的第一輸入端通過電阻R5連接電路電源，所述第三施密特觸發器的輸出端連接所述輔助電源PWM控制器使能控制電路的輸入端。
6.根據權利要求5所述的空心陰極觸持極電源自動切換電路，其特征在于，所述輔助電源PWM控制器使能控制電路包括電阻R6、電阻R7、NPN型三極管、電容，所述NPN型三極管的基極通過所述電阻R7接地并通過電阻R6連接至所述第三施密特觸發器的輸出端，所述NPN型三極管的射極與所述電容的第二端相連后接地，所述NPN型三極管的集電極和所述電容的第一端相連后與所述輔助電源PWM控制器的使能管腳SS連接。
7.根據權利要求5所述的空心陰極觸持極電源自動切換電路，其特征在于，所述輔助電源PWM控制器使能控制電路包括電阻R6、電阻R7、PNP型三極管、電容，所述PNP型三極管的基極通過所述電阻R7接地并通過電阻R6連接至所述第三施密特觸發器的輸出端，所述PNP型三極管的集電 極與所述電容的第二端相連后接地，所述PNP型三極管的射極和所述電容的第一端相連后與所述輔助電源PWM控制器的使能管腳SS連接。
8.根據權利要求3所述的空心陰極觸持極電源自動切換電路，其特征在于，所述信號隔離變送電路包括光耦、電阻R3，所述光耦的陽極連接至所述穩壓二極管的陽極，光耦的陰極連接至所述電阻Rl的第二端，光耦的集電極連接至電路電源，光耦的射極連接所述施密特觸發電路的輸入端并通過電阻R3接地。
9.根據權利要求7所述的空心陰極觸持極電源自動切換電路，其特征在于，所述施密特觸發電路包括第一施密特觸發器、第二施密特觸發器、第三施密特觸發器，所述第一施密特觸發器的第一輸入端和第二輸入端連接至所述光耦的射極，所述第一施密特觸發器的輸出端連接至所述第二施密特觸發器的第一輸入端和第二輸入端，所述第二施密特觸發器的輸出端連接至第三施密特觸發器的第一輸入端和第二輸入端，所述第三施密特觸發器的輸出端連接所述輔助電源PWM控制器使能控制電路的輸入端。
10.根據權利要求9所述的空心陰極觸持極電源自動切換電路，其特征在于，所述輔助電源PWM控制器使能控制電路包括電阻R6、PNP型三極管，所述PNP型三極管的基極通過電阻R6連接至所述第三施密特觸發器的輸出端，所述PNP型三極管的集電極接地，所述PNP型三極管的 射極與所述輔助電源PWM控制器的使能管腳SS連接。
【文檔編號】G05F1/56GK103914096SQ201410097477
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】邱剛, 康小錄, 張敏 申請人:上海空間推進研究所