适用于30cm离子推力器的5kW电源处理单元设计.pdf

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1、V01.22No.5航天器工程第22卷第5期74SPACECRAFTENGINEERING2013年10月适用于30cm离子推力器的5kW电源处理单元设计王少宁王卫国(兰州空间技术物理研究所,兰州730000)摘要为了满足更大范围的卫星应用需求,我国正在研制30cm离子推力器。30cm离子推力器瞄准全电推进卫星平台、近深空探测器对推进任务的需求,对提高卫星平台先进性和提升国际竞争力具有重要的意义。为了配合30cm离子推力器的研制,同时设计了输出功率达到5kW的电源处理单元。该设计实现了一种输出功率为1kw的模块,通过串联

2、组合可以达到输出5kW功率要求,提出了一种“最佳”的平顶变换及软开关的全桥电路拓扑,达到了95%的转换效率,同时还能容易实现屏栅电源的N+1冗余设计。并且通过高压组件的完全灌封,有效提高产品的可靠性。关键词电推进;30cm离子推力器;5kW电源处理单元;高效率中图分类号:V441文献标志码:ADoI:10.3969/j.issn.1673—8748.2013.05.012Designofa5kWModularPowerProcessingUnitfor30cmIonThrusterWANGShaoningWANGWeig

3、uo(LanzhouInstituteofPhysics,Lanzhou730000,China)Abstract:Tobroadenmissionapplications,a30cmIonThrusterhasbeendeveloped.The30cmIonThruster,whichistobeapplicabletofullelectricpropulsionsatelliteplatformandneardeep—spacemissions,haveimportanceinraisingsatelliteplat

4、formtechniqueandpromotinginternationalcompetitiveness.Fordevelopmentofthe30cmIonThruster,a5kWpowerprocessingunitisdesigned.Thedesignincludesseveral1kWpowermoduleswhichareconnectedinseriestoachieve5kWoutputpower,putsforwardakindof“Optimum’’F1attopconversionandfull

5、bridgesoft—switchingtopology,realizes95percentconversionefficiency,aswellasimplementsN+1redundantbeamsupply.AlsothehighvoltagecomponentsarecompletelypottedtoimproVeproductreliabintyeffectively.Keywords:electricpropulsion;30cmionthruster;5kWpowerprocessingunit;hig

6、h—efficiency1引言电推进是一种先进的航天器推进技术,由于其高比冲的优势,可以降低航天器系统质量、提高寿命、增加有效载荷,是卫星平台先进性的标志之一,电推进技术已经是具有战略竞争力的未来航天器关键技术。电推进技术在国外航天领域已得到广泛应用,目前国际上达到飞行应用的电推进以离子式和霍尔式为主。2012年我国20cm离子电推进首次飞行试验圆满成功,同时也打开了国内电推进飞行应用的大门。20cm离子电推进的推力为40mN,功率为1kw,该系统已为我国通信平台卫星配套研制。随着航天器应用需求的扩大,对更大推力的电推进

7、的需求日趋迫切,例如超大容量通信卫星平台对全电推进的需求,近深空探测航天器推进任务对收稿日期:2013一0729i修回日期:201308—29作者简介:王少宁(1977一),男,博士,高级工程师,从事空间电推进系统电源处理单元设计工作。陆i1:s11ao血n唧ng@163.com。第5期王少宁等:适用于30cm离子推力器的5kw电源处理单元设计75大推力的需求等,为此国产的30cm离子推力器已进入研制阶段。30cm离子电推进的推力最大可以达到175mN,随之配套的输出功率为5kw的电源处理单元(PowerProcessi

8、ngUnit,PPU)也已完成了主要的屏栅电源设计和实验电路验证。本文通过电路创新设计实现了高效率的大功率电源处理单元设计和模块组合的冗余设计。2电推进及电源处理单元技术的发展电推进技术是利用电能(来自太阳能电池或核电反应堆电源)电离推进剂,产生远高于化学推进产进系统包括推力器、控制单元、电源处理单元和储供单元四大组

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