电推进电源处理单元（PPU）是航天器电推进系统的关键组成部分。本书内容包含电推进PPU的能量来源、功率变换技术及测试方法三个方面。首先根据作者对卫星一次电源控制器（PCU）的研制经历，介绍了空间飞行器的能量来源，给出了输入级特性与约束，并讨论了系统级联稳定性和空间环境影响等问题；然后介绍了霍尔电推进、离子电推进、电弧电推进及新型电推进系统的电源构成、负载特性、电力电子变换技术及研制难点；最后对电推进PPU的测试方法进行介绍。本书结合作者团队近年来的科研成果提出了融合PCU和PPU功能的柔性可扩展功率调节与处理单元（PCPU）架构及一种新的PPU系统供配电架构。
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丛书序
前言
第1章 电推进PPU概述
引言 001
1.1 电推进系统概述 001
1.1.1 电推进系统构成 001
1.1.2 电推进PPU的作用 002
1.1.3 电推进系统的分类 003
1.2 电推进PPU分类及特征 005
1.2.1 霍尔电推进PPU及特征 005
1.2.2 离子电推进PPU及特征 007
1.2.3 电弧电推进PPU及特征 009
1.2.4 新型电推进PPU及特征 010
1.3 电推进PPU常用电路拓扑简析 012
1.3.1 电流馈电移相全桥变换器研究现状 016
1.3.2 宽电压输出范围变换器研究现状 018
1.3.3 三相LCC谐振变换器研究现状 020
1.4 电推进PPU国内外发展现状 023
1.4.1 国外PPU的发展现状 023
1.4.2 国内PPU的发展现状 028
参考文献 029
第2章 电推进PPU的能量来源及输入级特性与约束
引言 033
2.1 航天器系统能量来源与供配电系统特性 033
2.1.1 一次电源控制器系统特性 034
2.1.2 太阳能直驱电推进PPU控制器系统特性 041
2.1.3 核能驱动的电推进PPU系统特性 042
2.1.4 传统全电推卫星平台电源系统存在的问题 044
2.2 航天器电源系统稳定性要求与考虑 046
2.2.1 功率部件自身稳定性 046
2.2.2 多级功率部件级联后的稳定性 047
2.2.3 稳定性设计的理论依据和工程方法 048
2.3 空间环境对电推进PPU的要求及共性技术 053
2.3.1 低气压环境对高压电源的影响 053
2.3.2 空间环境下功率器件的约束 054
2.3.3 保护方式 054
参考文献 056
第3章 霍尔电推进ＰＰＵ
引言 061
3.1 霍尔电推进PPU的构成 061
3.2 阳极电源与推力器的关系 062
3.2.1 阳极功率扩展与推力的关系 062
3.2.2 阳极电压扩展与比冲的关系 065
3.2.3 多模式工作对阳极电压、功率的要求 068
3.3 阳极电源功率电路 071
3.3.1 原副边移相控制宽范围输出阳极电源研究 071
3.3.2 适用于霍尔电推进的电流馈电移相全桥变换器 096
3.4 磁线圈负载特性及电源 122
3.5 耦合空心阴极电源变换器 125
3.5.1 空心阴极电源耦合策略 125
3.5.2 阴极点火电源和触持电源的耦合 127
3.5.3 阴极点火触持电源与加热电源的耦合 129
3.5.4 耦合电源的工作原理 130
3.5.5 点火时序分析 134
3.5.6 三环控制电路设计 136
3.5.7 集成电流采样方式设计 139
3.5.8 斩波开关控制设计 140
3.5.9 耦合电源与发动机联试实验验证 141
3.6 滤波器设计 146
3.6.1 滤波器单元作用分析 146
3.6.2 滤波级设计 148
3.6.3 控制级设计 149
3.6.4 滤波器单元对放电稳定性的作用 151
3.7 霍尔电推进PPU设计难点总结 153
参考文献 154
第4章 离子电推进PPU
引言 158
4.1 离子电推进PPU的构成及其与推力器的关系 158
4.1.1 离子电推进PPU的构成 158
4.1.2 屏栅电源与推力器的关系 159
4.2 带谐振钳位电路的高压屏栅电源研究 160
4.2.1 变换器工作原理分析 160
4.2.2 拓扑参数设计原则及软开关条件分析 171
4.2.3 输出电流纹波对比分析 174
4.2.4 实验验证及分析 176
4.3 混合谐振及PWM高压输出屏栅电源 181
4.3.1 变换器工作原理分析 182
4.3.2 直流增益分析及拓扑参数设计原则 188
4.3.3 最大占空比及交流电感选取原则 192
4.3.4 开关管软开关条件分析 194
4.3.5 主功率变压器磁集成方式设计 195
4.3.6 实验结果及分析 196
4.4 磁隔离变换器 200
4.4.1 磁隔离高压绝缘问题的提出 201
4.4.2 磁隔离放电阴极加热点火触持电源变换器 202
4.4.3 磁隔离控制策略 210
4.4.4 实验结果 213
4.5 离子电推进PPU难点总结 219
参考文献 220
第5章 电弧推进电源
引言 223
5.1 电弧电推进PPU构成 223
5.2 电弧推进负载特性与电源要求 224
5.2.1 脉冲点火特性 225
5.2.2 电弧击穿快速触持特性 226
5.2.3 振荡特性 227
5.3 点火电源 227
5.3.1 串联式脉冲点火方案 227
5.3.2 并联式脉冲点火方案 228
5.3.3 高压脉冲隔离防护及EMC处理 228
5.4 恒流电源 229
5.4.1 高效率隔离恒流功率变换拓扑 229
5.4.2 高动态恒流触持闭环控制 230
5.5 电弧电推进难点总结 231
参考文献 232
第6章 特种电推进PPU——高精度微推进电源及脉冲等离子推进电源
引言 233
6.1 高压宽范围快速响应电源技术 233
6.1.1 高效率高升压比倍压整流拓扑 233
6.1.2 快速动态响应闭环调节技术 237
6.2 高精度低噪声电源技术 240
6.2.1 低噪声开关电源技术 240
6.2.2 高精度低噪声线性电源技术 244
6.2.3 高精度低噪声采样电路技术 249
6.3 高精度射频离子电推进PPU 255
6.3.1 微推力及微推进电源系统 255
6.3.2 高效射频发生器电源 258
6.3.3 高精度电压可调屏栅电源 260
6.3.4 加速栅电源和中和器电源 262
6.4 脉冲等离子体电推进PPU 264
6.4.1 脉冲电源变换拓扑 265
6.4.2 点火电路拓扑 266
6.4.3 脉冲电源控制方式 267
参考文献 269
第7章 融合PCU和PPU功能的柔性可扩展PCPU架构
引言 273
7.1 柔性可扩展PCPU架构的设计 273
7.1.1 PCPU架构的提出 273
7.1.2 电源控制器PCPU功能组成 275
7.2 电源控制器PCPU的工作原理 279
7.2.1 HVC-SR 模块研究 280
7.2.2 域控制设计 286
7.2.3 高压母线串并联组合分析 289
7.3 能量管理与调度 294
7.4 两种母线频域和时域特性测试结果 296
参考文献 299
第8章 一种新的PPU系统供配电架构
引言 300
8.1 传统PPU系统架构存在的问题 300
8.1.1 架构组成 300
8.1.2 供配电 302
8.2 基于HFAC母线的PPU系统新架构 303
8.2.1 系统架构组成模块 305
8.2.2 冗余备份设计 306
8.2.3 故障模式分析 307
8.2.4 实验测试与分析 308
8.2.5 对比分析与评估 310
8.3 远端精确供配电方案 313
8.3.1 白噪声激励线缆阻抗检测及压降补偿技术 314
8.3.2 实验验证及分析 318
参考文献 327
第9章 电推进PPU共性技术
引言 328
9.1 空间环境带来的可靠性问题及抗辐照加固措施 328
9.1.1 影响空间电源寿命的因素 328
9.1.2 加速电源寿命的方法 331
9.1.3 电源寿命预测方法与预警技术 331
9.1.4 传统航天和商业航天中单粒子效应及对策 332
9.1.5 COTS元器件应用需要注意的问题 335
9.1.6 抗辐照加固措施 335
9.2 空间电源系统衰退机理研究 336
9.2.1 储能电容退化机理分析 337
9.2.2 MOSFET退化机理分析 338
9.2.3 继电器退化机理分析 339
9.2.4 电源控制环路退化机理分析 339
9.3 空间电源系统关键器件参数辨识 340
9.3.1 储能电容参数辨识 341
9.3.2 继电器参数识别 346
9.3.3 电源控制环路参数辨识 350
9.3.4 MOSFET结温测量 352
9.4 非预期性电击穿及电弧故障机理分析 354
9.4.1 非预期性电击穿机理 354
9.4.2 非预期电击穿的表现形式 356
9.4.3 非预期性电击穿的危害及应对措施 357
9.5 闭环控制中的共性问题 358
9.5.1 模拟控制及其注意事项 358
9.5.2 数字控制中的抗混叠滤波、拍频和极限环问题 361
9.6 空间电源热特性及设计 365
9.6.1 传热基本理论 365
9.6.2 热设计基本原则及设计方法 367
9.6.3 热设计步骤和流程 370
9.6.4 热设计及热分析内容 372
9.6.5 热控制及性能优化 375
参考文献 377
第10章 电推进PPU的输出特性及测试方法
引言 380
10.1 等离子体负载特性模拟 380
10.2 电推进典型异常工况的模拟测试 381
10.2.1 短路故障模拟测试 381
10.2.2 拉弧故障模拟测试 382
10.2.3 打火短路故障模拟测试 385
10.3 自动化测试系统的构建 388
10.3.1 硬件平台 388
10.3.2 软件架构 389
10.3.3 测试用例设计 391
10.3.4 系统实现 392
10.3.5 系统优化方向 394
参考文献 395
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