(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源回路（４００；  ７００；  ８００）の第１の入力ライン（４５０）と第２の入力ライン（４５２）の間に接続され、第１の期間に第１の電流を負荷（４７０）に供給する第１の電源（４０２）と、
第２の期間に第２の電流を負荷（４７０）に供給する第２の電源（４１６）と、
第１の入力ライン（４５０）および第２の入力ライン（４５２）に亘って第２の電源（４１６）と直列の単方向性電流弁（４２２）と、
第１の入力ライン（４５０）および第２の入力ライン（４５２）に亘って単方向性電流弁（４２２）および第１の電源（４０２）と直列の電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）であって、第１の電源（４０２）が、第１の入力ライン（４５０）と単方向性電流弁（４２２）の間に接続され、単方向性電流弁（４２２）が、第１の電源（４０２）と電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）の間に接続され、電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）が、単方向性電流弁（４２２）と第２の入力ライン（４５２）の間に接続される、電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）と、
第２の期間に単方向性電流弁（４２２）をバイパスするように電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）および単方向性電流弁（４２２）の直列の組み合わせと並列のスイッチ（４２４）と、
を備え、
電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）は、第２の期間が開始したか、また、スイッチ（４２４）が閉になったかを決定することを特徴とする電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項２】
単方向性電流弁（４２２）を通る電流は、負荷（４７０）である反応スラスタの２つの電極間に電気アークが形成されたこと示すことを特徴とする請求項１記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項３】
第２の期間の最初にスイッチ（４２４）の閉が生じていなかったという電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）による決定に応答して電源回路（４００；  ７００；  ８００）に少なくとも１つの是正処置を講じさせる動作を実行する制御装置（１１６）をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項４】
是正処置は、負荷（４７０）への電力の供給を停止することを含むことを特徴とする請求項３記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項５】
電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）は、スイッチ（４２４）閉検出とは別個の出力端子対上で負荷（４７０）である反応スラスタのアーク検出を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項６】
電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）は、
変圧器（５３０）と、
変圧器（５３０）に接続されたダイオードブリッジ（７２０）と、
ダイオードブリッジ（７２０）の各ダイオード（７１２、７１４）に接続された複数の抵抗器（７０８、７１６）と、
複数の比較器（７１０、７１８）であって、各比較器が、複数の抵抗器（７０８、７１６）のうちの各１つに接続された非反転入力端子と、基準電圧源に接続された反転端子とを有する、複数の比較器（７１０、７１８）と、
を備えることを特徴とする請求項５記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項７】
電源回路（４００；  ７００；  ８００）の第１の入力ライン（４５０）と第２の入力ライン（４５２）の間に接続され、第１の期間に第１の電流を反応スラスタ（４７０）に供給する第１の電源と、
第２の期間に第２の電流を反応スラスタ（４７０）に供給する第２の電源（４１６）と、
第１の入力ライン（４５０）および第２の入力ライン（４５２）に亘って第１の電源（４０２）と直列の単方向性電流弁（４２２）と、
第１の入力ライン（４５０）および第２の入力ライン（４５２）に亘って単方向性電流弁（４２２）および第１の電源（４０２）と直列の電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）であって、第１の電源（４０２）が、第１の入力ライン（４５０）と単方向性電流弁（４２２）の間に接続され、単方向性電流弁（４２２）が、第１の電源（４０２）と電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）の間に接続され、電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）が、単方向性電流弁（４２２）と第２の入力ライン（４５２）の間に接続される、電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）と、
第２の期間に単方向性電流弁（４２２）をバイパスするように電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）および単方向性電流弁（４２２）の直列の組み合わせと並列のスイッチ（４２４）と、
を備え、
電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）は、第２の期間が開始したか、また、スイッチ（４２４）が閉になったかを決定することを特徴とするスラスタ電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項８】
第２の期間の最初にスイッチ（４２４）の閉が生じていなかったという電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）による決定に応答してスラスタ電源回路（４００；  ７００；  ８００）に少なくとも１つの是正処置を講じさせる動作を実行する制御装置（１１６）をさらに備えることを特徴とする請求項７記載のスラスタ電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項９】
電流検出器は、スイッチ閉検出とは別個の出力端子対上で反応スラスタのアーク検出を行うことを特徴とする請求項７または８に記載のスラスタ電源回路。
【請求項１０】
第１の期間の最後に単方向性電流弁（４２２）を通る電流の電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）による検出に応答してスイッチ（４２４）を閉にする動作を実行する制御装置（１１６）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項１１】
第２の期間の最初に単方向性電流弁（４２２）を通る電流がないことが検出される場合に、スイッチ（４２４）の閉が生じたことが決定されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項１２】
第２の期間の最初に単方向性電流弁（４２２）を通る電流が依然として検出される場合に、スイッチ（４２４）の閉が生じていないことが決定されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項１３】
電流検出器（４２６；  ７０２；  ８０２）は、飽和変圧器鉄心を有する電流検出変圧器（５３０）を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項１４】
負荷である反応スラスタのアーク開始が、飽和変圧器鉄心の飽和に基づいて検出されることを特徴とする請求項１３記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【請求項１５】
スイッチ（４２４）の閉が、飽和変圧器鉄心のリセットに基づいて検出されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の電源回路（４００；  ７００；  ８００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気推進（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ）（「ＥＰ」）システムに関する。より具体的には本開示は、ＥＰシステム用の電力回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に衛星や宇宙船では、１つまたは複数の電源から電力管理・分配（Ｐｏｗｅｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）（「ＰＭＤ」）システムへと電力が流れる。そこから電力は全ての負荷へと分配される。負荷には、限定される訳ではないが、バス負荷、ペイロード負荷、およびＥＰシステムが含まれる。ＰＭＤシステムは、フィルタ、バッテリ、コンバータ、絶縁回路および調整器から成る回路の集まりを含む。作動中にＰＭＤシステムは、調整されたバス電圧を出力し、このバス電圧は、バス全体を通して、ＥＰシステム、バス負荷、ペイロード、およびバッテリ充電器へと分配される。バス負荷は、限定される訳ではないが、飛行体の通信、誘導、航行、および制御を含む。
【０００３】
ＥＰシステムは、反応スラスタとスラスタ電源を備える。一般に反応スラスタは、地球の周りの軌道にある時に衛星または宇宙船上でその位置を調整するのを補助して所望の軌道に乗せるために使用するように、または、長い飛行任務（例えば、惑星間飛行）中に推進させるように構成される。反応スラスタは、プラズマに基づくスラスタを含むことができる。プラズマに基づくスラスタは、当業技術内でよく知られており、従って、本明細書では詳細に説明しない。
【０００４】
スラスタ電源は、放電電源（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）（「ＤＰＳ」）として実装される。この点では、ＤＰＳは、スイッチング回路と放電装置を備える。変圧器がスイッチング回路と放電装置を相互に接続する。スイッチング回路は、変圧器の一次巻線に接続される。放電装置は、変圧器の二次巻線に接続される。変圧器は、一次巻線に印加された相対的に低いパルス電圧を相対的に高いパルス出力電圧に変換する。パルス出力電圧は次いで、放電装置に供給されて、反応スラスタをアーク状態に入らせる。いったん反応スラスタがそのアーク状態に移ると、スラスタ電源は、低電圧の高電流モードに入る。このモードでは、調整バス電圧が放電装置に供給される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、電源回路に関する。電源回路は、第１の電源と、第２の電源と、単方向性電流弁と、電流検出器と、スイッチとを備える。第１の電源は、第１の期間に第１の電流を負荷（例えば、放電装置）に供給する。第２の電源は、第２の期間に第２の電流を負荷に供給する。単方向性電流弁（例えばダイオード）は、第２の電源と直列に接続される。スイッチは、第２の期間に単方向性電流弁をバイパスするように電流検出器および単方向性の直列の組み合わせと並列に接続される。電流検出器は、第２の期間が開始したか、また、スイッチが閉になったかを決定する。
【０００６】
いくつかのシナリオでは、単方向性電流弁を通る電流は、反応スラスタの２つの電極間に電気アークが形成されたこと示す。制御装置が、第１の期間の最後に単方向性電流弁を通る電流の電流検出器による検出に応答してスイッチを閉にする動作を実行することができる。第２の期間の最初に単方向性電流弁を通る電流がないことが検出される場合に、スイッチの閉が生じたことが決定される。対照的に、第２の期間の最初に単方向性電流弁を通る電流が依然として検出される場合に、スイッチの閉が生じていないことが決定される。制御装置は、第２の期間の最初にリレー閉が生じていなかったという電流検出器による決定に応答して電源回路に少なくとも１つの是正処置を講じさせる動作を実行することもできる。是正処置は、限定される訳ではないが、負荷への電力の供給を停止することを含むことができる。
【０００７】
これらのシナリオまたは他のシナリオでは、電流検出器は、飽和変圧器鉄心を有する電流検出変圧器を備える。反応スラスタのアーク開始が、飽和変圧器鉄心の飽和に基づいて検出される。さらに、スイッチの閉は、飽和変圧器鉄心のリセットに基づいて検出される。
【０００８】
さらなる他のシナリオでは、電流検出器は、リレー閉検出より別個の出力端子対上でアーク検出を行う。別個の端子対での検出は、以下の回路構成を用いて実現されることができ、この回路構成はすなわち、変圧器と、変圧器に接続されたダイオードブリッジと、ダイオードブリッジの各ダイオードに接続された複数の抵抗器と、複数の比較器であって、各比較器が、複数の抵抗器のうちの各１つに接続された非反転入力端子と、基準電圧源に接続された反転端子とを有する、複数の比較器と、である。
【０００９】
複数の図面に亘って同様の参照符号が同様の品目を示している以下の例示的な図面を参照して実施例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】宇宙船用の例示的な従来の電力システムの概略図。
【図２】従来のスラスタ電源用の例示的な構成用の回路図。
【図３】図２に示す従来のスラスタ電源用の例示的な構成用のより詳細な回路図。
【図４】新規なスラスタ電源用の例示的な構成の回路図。
【図５】図４に示す新規なスラスタ電源用の例示的な構成のより詳細な回路図。
【図６】図４〜図５に示すスラスタ電源の放電開始検出動作および保護リレー閉確認動作を示す波形の概略図。
【図７】別の新規なスラスタ電源用の例示的な構成の回路図。
【図８】さらに別の新規なスラスタ電源用の例示的な構成の回路図。
【図９】図８に示すスラスタ電源の放電開始検出動作および保護リレー閉確認動作を示す波形の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照すると、宇宙船（図示せず）、衛星（図示せず）、または他の飛行体用の例示的な電力システム１００の概略図が提供されている。作動中に１つまたは複数の電源（図示せず）から電力管理・分配（「ＰＭＤ」）システム１０２に電力が流れる。電源は、限定される訳ではないが、バッテリ、燃料電池、および／または太陽電池を含むことができる。
【００１２】
ＰＭＤシステム１０２は、飛行体の全ての負荷１０４、１１０、１１２に電力を分配する。この点では、ＰＭＤシステム１０２は、フィルタ、バッテリ、コンバータ、絶縁回路、および／または調整器から成る回路の集まりを含む。回路は、調整されたバス電圧を出力するように構成され、このバス電圧は、バス全体を通して、負荷１０４、１１０、１１２およびバッテリ充電器へと分配される。負荷は、限定される訳ではないが、バス負荷１１０、ペイロード１１２およびＥＰシステム１０４を含む。バス負荷１１０は、限定される訳ではないが、飛行体の通信、誘導、航行、および制御を含む。
【００１３】
ＥＰシステムは、反応スラスタ１０８とスラスタ電源１０６を備える。反応スラスタは、限定される訳ではないが、プラズマに基づく反応スラスタを含む。プラズマに基づく反応スラスタは、当業技術内でよく知られており、従って、本明細書では詳細に説明しない。なお、プラズマに基づく反応スラスタが、間に電気のアークが形成される２つの電極を備えることに留意されたい。電気のアークの経路内に推進剤が提供される。アークによって生成された熱によって推進剤はプラズマに変化し、それによって、荷電気体雲が生成される。プラズマは、２つの電極間で推進される。プラズマは帯電しているので、推進剤は電極間で回路を効果的に完成し、プラズマを通って電流が流れる。電子の流れは、電磁場を生成し、電磁場は次いで、プラズマにローレンツ力を及ぼす。この力の適用によって、プラズマはスラスタ排気から高速で加速されて推力を生じる。
【００１４】
スラスタ電源１０６は一般に、電力を反応スラスタ１０８に供給して反応スラスタ１０８を「オン」および「オフ」するように構成される。この点では、ＰＭＤシステム１０２から出力された調整されたバス電圧は、参照符号１１４で示すように、スラスタ電源１０６に分配される。調整されたバス電圧は、スラスタ電源１０６によって使用されて、反応スラスタ１０８の点火を開始する。
【００１５】
図２にスラスタ電源２００用の例示的な従来の構成の回路図が提供される。図２に示すように、スラスタ電源２００は、一対の入力ライン２５０、２５２と、一対の出力ライン２５４、２５６との間に接続された回路を備える。より詳細には、バス電源２１６が一対の入力ライン２５０、２５２間に接続される。開始回路または電源２０２が一対の入力ラインに亘ってバス電源２１６と並列に接続される。開始回路２０２はまた、負荷２７０と並列に配置されるように出力ライン２５４、２５６に亘って接続される。開始回路２０２は一般に、第１の期間に相対的に高い電圧で相対的に低い電流のパルスを負荷２７０に供給するように構成される。ダイオード２２２が、入力ライン２５０、２５２に亘って開始回路２０２と並列に接続される。ダイオード２２２は一般に、第１の期間に電流スパイクが他の回路を損傷するのを防止する。開始リレーまたはスイッチ２２４がダイオード２２２と並列に接続される。開始リレー２２４は一般に、第１の期間の後の第２の期間にダイオード２２２のバイパスを可能とする手段を提供する。
【００１６】
図３にスラスタ電源２００のためのより詳細な回路図が提供される。図３に示すように、開始回路２０２は一般に、相対的に高い電圧（例えば、４０００ボルト）、低い電流（「ＨＶＬＣ」）モードでスラスタ電源２００を作動させるように構成される。ＨＶＬＣモードは、反応スラスタをそのアーク段階または状態に入らせるように最初に使用される。その後、バス電源２１６が、スラスタ電源２００を相対的に低い電圧、高い電流（「ＬＶＨＣ」）モードへと移行させるように使用される。この点では、バス電源２１６は、相対的に低い値（例えば、１２０ボルトの直流）のバス電圧Ｖ1および相対的に高い値（例えば、１０アンペア）のバス電流Ｉ1を出力する。バス電力は、バス電圧Ｖ1にバス電流Ｉ1を掛けた結果に等しい。バス電流Ｉ1は、相対的に高いので、バス電力も相対的に高い。
【００１７】
反応スラスタの電極間（図示せず）でアークを出すために、負荷２７０のコンデンサ３１２の放電の際に気体状推進剤の絶縁破壊を生じさせるのに適したレベルまでコンデンサ３１２を充電するように、相対的に高い電圧（例えば、４０００ボルトの直流）で相対的に低い電流の短いパルスを、負荷２７０のコンデンサ３１２に印加する必要がある。
【００１８】
開始回路２０２は、高電圧の短いパルスをコンデンサ３１２に提供するように構成される。従って、開始回路２０２は、スイッチ３０４と変圧器３０６とを備える。スイッチ３０４は、変圧器３０６に相対的に高い電圧Ｖ3で相対的に低い電流Ｉ3の短いパルスを出力させるようなパルス化された仕方で開閉される。
【００１９】
変圧器３０６は、その一次巻線３０８からその二次巻線３１０へと電磁誘導を通してエネルギーを伝達する。実際、変圧器３０６は、相対的に低いパルス入力電圧Ｖ2（例えば、１００ボルト）をより高いパルス出力電圧Ｖ3（例えば、１０００〜４０００ボルト）に変更する。パルス出力電圧Ｖ3は次いで、変圧器３０６の二次巻線３１０と直列で放電装置３１４と並列に接続されるコンデンサ３１２に供給される。
【００２０】
コンデンサ３１２と変圧器３０６の二次巻線３１０との間にダイオード３１８が提供される。ダイオード３１８は、コンデンサ３１２がパルス間で放電しないことを確実にする。従って、複数のパルス（例えば、２〜３パルス）の経過の間にコンデンサ３１２の中に、気体状推進剤の絶縁破壊を生じさせるのに適したレベルまで充電を積み重ねることができる。気体状推進剤の絶縁破壊は結果として、コンデンサ３１２の放電になる。コンデンサ３１２が放電すると、反応スラスタは、そのアーク段階／状態に移行する。アーク段階／状態では、反応スラスタの電極（図示せず）間に電気のアークが形成される。
【００２１】
ダイオード２２２が、高電圧がバス電源２１６に損傷を与えないことを確実にする。この点では、ダイオード２２２は、コンデンサ充電段階の際に逆方向バイアスが掛けられる。ダイオード２２２に逆方向バイアスが掛けられると、それを通って電流は流れない。電流ＩD222は、反応スラスタがそのアーク段階／状態に入ると、ダイオード２２２を通って流れ始める。その後、スラスタ電源２００は、そのＨＶＬＣモードからそのＬＶＨＣモードへ移行する。このモード移行は、バイパスダイオード２２２の自然な整流によって達成される。バイパスダイオード２２２における高い電流損失は次いで、開始リレー２２４を閉にし、それによって、バス電圧Ｖ1が放電装置３１４およびバイパスダイオード２２２を流れることによって低減される。
【００２２】
いくつかのシナリオでは、システムの故障が開始リレー２２４の閉を妨げることがある。開始リレー２２４が閉にならない場合、ダイオード２２２は、完全なバス電流Ｉ1（例えば、１０アンペア）に曝される。バス電流Ｉ1は、ダイオード２２２を相対的に大きな過剰電力損失（例えば７０ワットの損失）に曝す。ダイオード２２２が高電力に耐えられるように必要以上に大きくない場合、過剰電力損失は、ダイオード２２２にかなりの損傷を与えることになる。従って、スラスタのアーク状態の検出のすぐ後で開始リレー２２４が実際に閉にされるのを確実にする必要がある。
【００２３】
従って、本発明は、ダイオード損傷の可能性が最小限に抑えられ得るスラスタ電源の改良版を提供する。この点では、本発明のスラスタ電源は、実際のリレー閉を確認し、そのように確認することが達成され得ない場合、特定の是正措置を開始する手段を備える。本発明は、図４〜図９に関連して説明する。
【００２４】
ここで図４を参照すると、本発明を理解するのに有用なスラスタ電源４００用の例示的な構成の概略図が提供される。図１のスラスタ電源１０６は、スラスタ電源４００と同一または類似であり得る。従って、スラスタ電源４００の以下の説明は、スラスタ電源１０６を理解するのに十分である。
【００２５】
図４に示すように、スラスタ電源４００は、一対の入力ライン４５０、４５２と一対の出力ライン４５４、４５６との間で接続可能な回路を備える。より詳細には、バス電源４１６が、一対の入力ライン４５０、４５２間に接続される。開始回路または電源４０２が、一対の入力ラインに亘ってバス電源４１６と並列に接続される。開始回路４０２はまた、負荷４７０と並列に配列されるように出力ライン４５４、４５６に亘って接続される。開始回路４０２は一般に、第１の期間に相対的に高い電圧で相対的に低い電流のパルスを負荷４７０に供給するように構成される。単方向性電流弁４２２が、入力ライン４５０、４５２に亘って開始回路４０２と並列に接続される。単方向性電流弁４２２は一般に、第１の期間に電流スパイクが他の回路に損傷を与えるのを防止する。開始リレーまたはスイッチ４２４が、電流検出器（４２６）と単方向性電流弁４２２との直列の組み合わせと並列に接続される。開始リレー４２４は一般に、第１の期間の後の第２の期間に単方向性電流弁４２４のバイパスを可能とする手段を提供する。第２の期間にバス電源４１６は、負荷４７０に電力を供給する。バス電源４１６から出力されるバス電圧は、第１の期間に開始回路４０２によって負荷に供給される電圧に比較して相対的に低い。また、バス電源４１６から出力されるバス電流は、第１の期間に開始回路４０２によって負荷４７０に供給される電流に比較して相対的に高い。
【００２６】
電流検出器４２６は、入力ライン４５０、４５２に亘って開始回路４０２およびダイオード４２２と直列で開始リレー４６０と並列に有利に接続される。電流検出器４２６は一般に、（１）第１の期間の最後（従って、第２の期間の開始を示す）いつ電流が単方向性電流弁４２２を通って流れるか、また（２）第２の期間の開始において開始リレー４６０が実際に閉になるかならないか、を検出する。そのような検出（１）、（２）を示す情報は、制御装置（例えば、図１の制御装置１１６）に通信される。第１の種類（１）の検出を示す情報の受け取りに応答して、制御装置は、開始リレー４６０の閉を生じさせる動作を実行する。第２の種類（２）の検出を示す情報の受け取りに応答して、制御装置は、特定の是正処置を生じさせる動作を実行する。例えば、制御装置は、ＥＰシステムを少なくとも部分的に停止させる。
【００２７】
図５にスラスタ電源４００のより詳細な回路図が提供される。図５に示すように、開始回路４０２は一般に、スラスタ電源４００をそのＨＶＬＣモードで作動させるように構成される。ＨＶＬＣモードは、反応スラスタ１０８をそのアーク段階／状態に入らせるように最初に使用される。その後、バス電源４１６が、スラスタ電源４００をそのＬＶＨＣモードへと移行させるように使用される。この点では、バス電源４１６は、相対的に低い値（例えば、１２０ボルトの直流）のバス電圧ＶAおよび相対的に高い値（例えば、１０アンペア）のバス電流ＩAを出力する。バス電力は、バス電圧ＶAにバス電流ＩAを掛けた結果に等しい。バス電流ＩAは、相対的に高いので、バス電力も相対的に高い。
【００２８】
反応スラスタ１０８の電極間（図示せず）で電気のアークを出すために、負荷４７０のコンデンサ５１２の放電の際に気体状推進剤の絶縁破壊を生じさせるのに適したレベルまでコンデンサ５１２を充電するように、相対的に高い電圧（例えば、４０００ボルトの直流）で相対的に低い電流の短いパルスを、負荷４７０のコンデンサ５１２に印加する必要がある。開始回路４０２は、高電圧で低電流の短いパルスをコンデンサ５１２に提供するように構成される。
【００２９】
いくつかのシナリオでは、開始回路４０２は、スイッチ５０４と変圧器５０６と単方向性電流弁５１８とを備える。スイッチ５０４は、Ｎチャンネル電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）を含む。ＮチャンネルＦＥＴは、当業技術内でよく知られており、従って、本明細書では説明しない。変圧器５０６は、１ｔ巻数の一次巻線５０８と、４０ｔ巻数の二次巻線５１０とを有し、ここでｔは整数である。単方向性電流弁５１８は、５ｋＶのダイオードを含む。本発明は、これらのシナリオの詳細事項に限定されない。
【００３０】
スイッチ５０４は、変圧器５０６の負の一次巻線端子５２８と直列に接続される。電源（図示せず）が、変圧器５０６の正の一次巻線端子５２６と直列に接続される。電源は、電圧ＶB（例えば、１００ボルト）を変圧器５０６に提供する。スイッチ５０４は、パルス化された仕方で開閉され、それによって変圧器５０６に相対的に高い電圧ＶC（例えば、１０００〜４０００ボルト）で相対的に低い電流ＩCの短いパルスを出力させるように制御される。
【００３１】
変圧器５０６は、その一次巻線５０８からその二次巻線５１０へと電磁誘導を通してエネルギーを伝達する。実際、変圧器５０６は、相対的に低いパルス入力電圧ＶB（例えば、１００ボルト）をより高いパルス出力電圧ＶC（例えば、１０００〜４０００ボルト）に変更する。パルス出力電圧ＶCは次いで、変圧器５０６の正の二次巻線端子５３４と直列に接続されるコンデンサ５１２に供給される。
【００３２】
単方向性電流弁５１８が、変圧器５０６の二次巻線と直列に接続される。単方向性電流弁５１８は、コンデンサ５１２からの電流が変圧器５０６の二次巻線５１０へと流れるように接続されるが逆方向の電流は許容しない。単方向性の電流弁５１８は、特定の用途に従って選択される。例えば、いくつかのシナリオでは、単方向性電流弁５１８は、相対的に低い順方向電圧降下（例えば、０ボルト〜１０ボルトの範囲）で相対的に低い逆方向漏れ電流（例えば、５．０〜８０．０ｎＡ）の高電圧ダイオードとして選択される。本発明は、この点では限定されない。
【００３３】
作動中、単方向性電流弁５１８は、コンデンサ５１２がパルス間で放電しないことを確実にする。従って、複数のパルスの経過の間にコンデンサ５１２の中に、コンデンサ５１２の放電の際に気体状推進剤の絶縁破壊を生じさせるのに適したレベルまで充電を積み重ねることができる。コンデンサ５１２が放電すると、反応スラスタ１０８は、そのアーク段階／状態に移行する。
【００３４】
アーク段階／状態では、反応スラスタ１０８の電極（図示せず）間に電気のアークが形成される。アーク段階／状態の開始の際に、コンデンサ５１２に亘る電圧が（例えば、数千ボルトから数十ボルトへと）急落する。実際、単方向性電流弁４２２は、順方向バイアスが掛けられ、それによって、電流が、入力バス電源４１６を通って出力電気放電回路５１４へと流れる。結果として、電圧ＶCは、電圧ＶAに固定される。
【００３５】
特に、単方向性電流弁４２２は、コンデンサ放電の段階では逆方向バイアスが掛けられる。単方向性電流弁４２２に逆方向バイアスが掛けられると、それを通って電流は流れない。電流ＩD422は、反応スラスタがそのアーク状態に移行すると、単方向性電流弁４２２を通って流れ始める。単方向性電流弁４２２に亘る電圧降下は、高電圧用途に定格を定めるために、相対的に高い（例えば、＞５ボルト）。リレー４２４は、高電流用途ではそれに亘ってかなり低い電圧降下を有する。リレー４２４は、単方向性電流弁を４２２を高電流用途における損傷から保護するために使用されるように単方向性電流弁４２２と並列に配列される。
【００３６】
電流検出器４２６が、入力ライン４５０、４５２に亘って単方向性電流弁４２２と直列に配置される。従って、電流検出器４２６はまた、単方向性電流弁４２２を通る電流ＩD422の流れを検出することによって、いつ反応スラスタ１０８がアーク段階／状態に移行するかを決定することができる。いくつかのシナリオでは、電流検出器４２６は、電流検出変圧器５３０と、負担抵抗器５３２とを備える。負担抵抗器５３２は、変圧器５３０の複数巻数の巻線内の電流を、反応スラスタ１０８の動作を監視するのに有用な出力電圧に変換する。
【００３７】
いったん、電流検出器４２６が、反応スラスタ１０８がそのアーク段階／状態に入ったことを決定すると、スラスタ電源４００は、そのＨＶＬＣモードからそのＬＶＨＣモードへと移行する。このモード移行は、開始リレー４２４を閉にし、それによって、バス電圧ＶAが、放電装置５１４およびバイパス単方向性電流弁４２２を通って流れることを可能にすることで達成される。
【００３８】
いくつかのシナリオでは、システムの故障が開始リレー４２４の閉を妨げることがある。上述したように、反応スラスタがそのアーク段階に入ったすぐ後に開始リレー４２４が閉にならない場合、単方向性電流弁４２２は、損傷を受け得る。従って、電流検出器４２６はまた、いつ開始リレー４２４が実際に閉になったかをさらに検出できるように、単方向性電流弁４２２と開始リレー４２４との間に配置される。電流検出器４２０が、ある与えられた期間内に単方向性電流弁４２２を通る電流がないことを検出すると、リレー４２４の閉が生じたと考えられる。対照的に、単方向性電流弁４２２を通る電流が、ある与えられた期間内に検出される場合、リレー４２４の閉が生じなかったと考えられる。
【００３９】
開始リレー４２４の閉が確認され得ない場合、システムは、比較的長期間、単方向性電流弁４２２への比較的高いバス電流ＩAの供給の結果として単方向性電流弁４２２への損傷が生じないことを確実にするように、特定の是正活動を取り得る。例えば、ＥＰシステム１０４は、リレー４２４の実際の閉の確認が、ある与えられた期間内に検出されない場合、停止され得る。また、エラーメッセージが生成され、飛行体の他の電子部品または飛行体から遠隔のシステムへと通信され得る。そのようなエラーメッセージに応答して、健全性監視および／または補修動作が、飛行体の内部回路によって実行され得る。
【００４０】
回路４００の位置および電流検出器４２６の飽和状態が、本発明の重要な点である。上述したように、電流検出器４２６は、電流検出変圧器５３０を備えることができる。いくつかのシナリオでは、電流検出変圧器５３０は、飽和変圧器鉄心を有する。この場合、変圧器５３０の一次巻線は、１つの巻数から成る。変圧器５３０の二次巻線は、複数の巻数（例えば、数百回の巻数）から成る。一次巻線は、磁気的に敏感な鉄心（例えば、鉄質の鉄心）を通して二次巻線に結合される。巻線の極性（図５に示す）は、単方向性電流弁４２２に順バイアスが掛けられると、電圧ＶDの正のパルスを生成する。
【００４１】
一次巻線の配置は意図的に、開始回路４０２と関連するであろう高電圧の危険を回避するために、バス電源４１６に電気的に接続される単方向性電流弁４２２の側にある。変圧器鉄心は、ＤＣ電圧への長時間の曝露に起因して飽和する。鉄心飽和は、鉄心材料が磁束の形態の貯蔵エネルギーの量に対する鉄心材料の制限に到達すると、生じる。変圧器５３０の鉄心飽和は、アーク開始を検出するのに使用される。鉄心のリセットは、開始リレー４２４の閉を検出するのに使用される。
【００４２】
図６を参照すると、スラスタ電源４００の電気放電開始検出動作および保護リレー閉確認動作を理解するために有用なグラフ６０２〜６１６が提供される。アーク開始および検出は、放電装置５１４に適用される順調な開始手順の結果である。開始手順は、バス電圧ＶAが命令され、作動電圧に到達することで始まる。開始リレー４２４は、この間、開である。次いで、開始回路４０２が、スイッチ５０４（例えば、ＦＥＴ）を作動させ、単方向性電流弁４２２に逆方向バイアスを掛けることによって、バス電圧ＶAより上に上昇させる。電圧ＶCが放電装置５１４のアーク閾値に到達すると、電流ＩCが急増する。その後、電圧ＶCがバス電圧ＶAの作動レベルまで減少する。単方向性電流弁４２２は、電圧ＶCに単方向性電流弁４２２内の順方向電圧降下を加えたものが電圧ＶAに等しくなると、順方向バイアスが掛けられる。電流は今や、変圧器５３０の一次巻線および単方向性電流弁４２２を通って流れる。最初に、電流Ｉ422の一部が、変圧器５３０の二次巻線に反映されて、抵抗器５３２に亘る電圧ＶDとして測定される。変圧器５３０は次いで、アークを検出するのに使用されるパルスを形成するために、抵抗器５３２に亘るＤＣ電圧に起因して飽和する。アーク検出は、リレー４２４を閉にするよう駆動するように外部論理システム（図示せず）によって使用される。
【００４３】
リレー閉によって、変圧器５３０はリセットパルスを生成する。リレー閉によって、変圧器５３０の鉄心内に貯蔵されたエネルギーが放出される。変圧器５３０は、外部回路が貯蔵されたエネルギーを鉄心から放出させると、リセットパルスを生成する。リセットパルスは、抵抗器５３２に亘って測定されると、反対の極性である。リレー５２４の閉によって、鉄心は、負担抵抗器５３２に印加される負電圧としてエネルギーを放出させることでリセットされる。負のパルスは、リレー閉を検出するのに使用される。
【００４４】
ここで図７を参照すると、本発明を理解するために有用なスラスタ電源７００用の別の例示的な構成の概略図が提供される。スラスタ電源７００は、電流検出器構成を除きスラスタ電源４００と同様である。従って、同じ参照符号が、スラスタ電源４００、７００の対応する構成要素に使用される。
【００４５】
図７に示すように、電流検出器７０２は、電流検出器４２０の回路とは異なる回路を含む。より詳細には、図５の負担抵抗器５３２は、負担抵抗器７０８、７１６に置き換えられる。さらに、電流検出器７０２は、アーク検出がリレー閉検出より別個の端子対上で実行され得るように、ダイオードブリッジ７２０および電圧比較器７１０、７１８を備える。
【００４６】
各電圧比較器７１０、７１８は、反転入力端子７３４、７４４、非反転入力端子７３６、７４６、Ｖ＋端子７３８、７４８、Ｖ−端子７３２、７４２、および出力端子７３０、７４０から成る開ループ極性インジケータである。入力電源電圧ＶG、ＶJは直接、電圧比較器７１０、７１８のＶ＋端子７３８、７４８およびＶ−端子７３２、７４２に亘って接続される。電圧比較器７１０、７１８の出力電圧ＶF、ＶIは、比較器の正の飽和レベルまたは負の飽和レベルにされる。例えば、非反転入力端子７３６、７４６の電圧が、反転入力端子７３４、７４４の電圧より正の場合、ＶF、ＶIは、比較器の正の飽和レベル（すなわち、入力電源電圧ＶGの値）にされる。あるいは、非反転入力端子７３６、７４６の電圧が、反転入力端子７３４、７４６の電圧より正でない場合、ＶF、ＶIは、比較器の負の飽和レベル（すなわち、ゼロボルト）にされる。
【００４７】
特に、電圧比較器７１０、７１８は、その出力電圧ＶF、ＶIが外部論理システム（図５に図示せず）の論理電圧閾値と適合できるように、スラスタ電源７００において電気的に接続される。出力電圧ＶF、ＶIは、リレー４２４および／または飛行体の他の作動を制御するように外部論理システム（図５に図示せず）によって使用される。
【００４８】
作動中、ダイオードブリッジ７２０のダイオード７０４、７０６は、比較器７１０の出力において正のＶFパルスを引き起こすために、アーク検出パルスを負担抵抗器７０８に通信する。同様に、ダイオードブリッジ７２０のダイオード７１２、７１４は、比較器７１８の出力において正のＶIパルスを引き起こすために、リレー閉検出パルスを負担抵抗器７１６に通信する。比較器７１０、７１８への接続の極性によって、正の論理のために抵抗器７０８、７１６に亘る電圧と同位相で、０ボルトとＶGまたはＶJとの間で振れる電圧ＶF、ＶIが結果として生じる。回路はまた、比較器の正および負の入力接続をトレードすることによって負の論理を有するように接続され得る。
【００４９】
ここで図８を参照すると、さらに別の新規なスラスタ電源８００用の例示的な構成の回路図が提供される。スラスタ電源８００は、電流検出器構成を除きスラスタ電源４００と同様である。従って、同じ参照符号が、スラスタ電源４００、８００の対応する構成要素に使用される。
【００５０】
図８に示すように、電流検出器８０２は、電流検出器４２０の回路とは異なる回路を含む。より詳細には、図５の負担抵抗器５３２は、回路から取り除かれている。従って、変圧器８０４から出力される電流は、（１）いつ反応スラスタがそのアーク状態に入るか、また（２）与えられた時間にリレー４２４が実際に閉になるかならないか、を検出するために使用される。図９に、スラスタ電源８００の電気放電開始検出動作および保護リレー閉確認動作を例示する波形９０２〜９１４の概略図が提供される。図９は、そのまま明白であり、したがって、ここでは説明しない。
なお、好ましい電源回路について、以下に記載する。
好ましい電源回路は、
第１の期間に第１の電流を負荷に供給する第１の電源と、
第２の期間に第２の電流を負荷に供給する第２の電源と、
第２の電源と直列の単方向性電流弁と、
単方向性電流弁と直列の電流検出器と、
第２の期間に単方向性電流弁をバイパスするように電流検出器および単方向性電流弁の直列の組み合わせと並列のスイッチと、
を備え、
電流検出器は、第２の期間が開始したか、また、スイッチが閉になったかを決定する。
好ましくは、単方向性電流弁を通る電流は、反応スラスタの２つの電極間に電気アークが形成されたこと示す。
好ましくは、電源回路は、第１の期間の最後に単方向性電流弁を通る電流の電流検出器による検出に応答してスイッチを閉にする動作を実行する制御装置をさらに備える。
好ましくは、第２の期間の最初に単方向性電流弁を通る電流がないことが検出される場合に、スイッチの閉が生じたことが決定される。
好ましくは、第２の期間の最初に単方向性電流弁を通る電流が依然として検出される場合に、スイッチの閉が生じていないことが決定される。
好ましくは、電源回路は、第２の期間の最初にスイッチの閉が生じていなかったという電流検出器による決定に応答して電源回路に少なくとも１つの是正処置を講じさせる動作を実行する制御装置をさらに備える。
好ましくは、是正処置は、負荷への電力の供給を停止することを含む。
好ましくは、電流検出器は、飽和変圧器鉄心を有する電流検出変圧器を備える。
好ましくは、反応スラスタのアーク開始が、飽和変圧器鉄心の飽和に基づいて検出される。
好ましくは、スイッチの閉が、飽和変圧器鉄心のリセットに基づいて検出される。
好ましくは、電流検出器は、リレー閉検出より別個の出力端子対上でアーク検出を行う。
好ましくは、電流検出器は、
変圧器と、
変圧器に接続されたダイオードブリッジと、
ダイオードブリッジの各ダイオードに接続された複数の抵抗器と、
複数の比較器であって、各比較器が、複数の抵抗器のうちの各１つに接続された非反転入力端子と、基準電圧源に接続された反転端子とを有する、複数の比較器と、
を備える。
また、好ましいスラスタ電源回路について、以下に記載する。
好ましいスラスタ電源回路は、
第１の期間に第１の電流を負荷に供給する第１の電源と、
第２の期間に第２の電流を負荷に供給する第２の電源と、
第２の電源と直列の単方向性電流弁と、
単方向性電流弁と直列の電流検出器と、
第２の期間に単方向性電流弁をバイパスするように電流検出器および単方向性電流弁の直列の組み合わせと並列のスイッチと、
を備え、
電流検出器は、第２の期間が開始したか、また、スイッチが閉になったかを決定する。
好ましくは、スラスタ電源回路は、第１の期間の最後に単方向性電流弁を通る電流の電流検出器による検出に応答してスイッチを閉にする動作を実行する制御装置をさらに備える。
好ましくは、第２の期間の最初に単方向性電流弁を通る電流がないことが検出される場合に、スイッチの閉が生じたことが決定され、また、第２の期間の最初に単方向性電流弁を通る電流が依然として検出される場合に、スイッチの閉が生じていないことが決定される。
好ましくは、スラスタ電源回路は、第２の期間の最初にスイッチの閉が生じていなかったという電流検出器による決定に応答してスラスタ電源回路に少なくとも１つの是正処置を講じさせる動作を実行する制御装置をさらに備える。
好ましくは、電流検出器は、飽和変圧器鉄心を有する電流検出変圧器を備える。
好ましくは、反応スラスタのアーク開始が、飽和変圧器鉄心の飽和に基づいて検出される。
好ましくは、スイッチの閉が、飽和変圧器鉄心のリセットに基づいて検出される。
好ましくは、電流検出器は、リレー閉検出より別個の出力端子対上でアーク検出を行う。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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