李世勛，宗 朝，周 穎，張海燕，藺 璟

(蘭州空間技術(shù)物理研究所，蘭州 730000)

0 引言

探測(cè)空間中的粒子，對(duì)于揭示太陽(yáng)風(fēng)、磁層、電離層的結(jié)構(gòu)，了解其中空間物理過(guò)程的機(jī)制，以及預(yù)報(bào)災(zāi)害性空間天氣事件等都具有重要的意義。空間等離子體的能量分布范圍極廣，涵蓋了從幾個(gè)電子伏特到數(shù)兆電子伏特的能量范圍。近年來(lái)在空間探測(cè)任務(wù)中廣泛使用的靜電分析儀是對(duì)低能段離子能譜進(jìn)行測(cè)量的有效方法[1-5]，而該方法實(shí)現(xiàn)粒子探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)之一就是高壓電源對(duì)帶電粒子的選擇性能，其工作原理如圖1所示。圖中，偏轉(zhuǎn)板電極、頂帽電極、外球電極、內(nèi)球電極及位置靈敏探測(cè)器上均接上可調(diào)的高壓，對(duì)于某個(gè)高壓值，對(duì)應(yīng)著固定的E/q值的帶電粒子才能通過(guò)環(huán)形通道，其中E為粒子的能量，q為粒子所帶的電荷。若同步改變半球上的電壓和入口偏轉(zhuǎn)板上的電壓，就可以篩選出不同能量和不同方向的帶電粒子，即獲得離子能譜的空間分布信息。通道的出口處是加了高壓的位置靈敏探測(cè)器(MCP)，被帶電粒子擊中時(shí)會(huì)將其倍增放大，將倍增的信號(hào)放大并送到讀出電子學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行處理。在有效載荷實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需要接在靜電分析儀的高壓實(shí)現(xiàn)快速掃描，以達(dá)到在同一空間位置，在一定的E/q范圍內(nèi)采集到不同的粒子事例。掃描高壓電源是影響能譜測(cè)量系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素。文中對(duì)高壓掃描電壓的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)描述，并詳細(xì)設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的硬件電路，并以等離子體環(huán)境下試驗(yàn)結(jié)果為例進(jìn)行了應(yīng)用說(shuō)明。

圖1 靜電分析儀工作原理

1 掃描高壓主要技術(shù)指標(biāo)及要求

根據(jù)有效載荷的應(yīng)用背景及總體設(shè)計(jì)，掃描高壓電源設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)涉及輸出電壓范圍、階躍穩(wěn)定時(shí)間、輸出電壓精度。

輸出電壓范圍：用于表征掃描高壓電源的輸出能力。根據(jù)有效載荷任務(wù)需求，需實(shí)現(xiàn)內(nèi)球電極-5000 V至+5000 V的掃描范圍，上偏轉(zhuǎn)板、下偏轉(zhuǎn)板實(shí)現(xiàn)-5000 V至+5000 V的掃描范圍，且上、下偏轉(zhuǎn)板保持幅值相等，極性相反的輸出電壓。

階躍穩(wěn)定時(shí)間：用于表征掃描高壓從某一固定電壓階躍至新電壓并達(dá)到輸出電壓值*5%波動(dòng)范圍的約束條件。根據(jù)有效載荷任務(wù)需求，需高壓輸出所有階躍臺(tái)階滿(mǎn)足小于0.25 ms的穩(wěn)定時(shí)間。

輸出電壓精度：用于表征掃描高壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)定時(shí)間后達(dá)到的輸出精度。根據(jù)有效載荷任務(wù)需求，精度需滿(mǎn)足優(yōu)于1%，以輸出均值與設(shè)定值的誤差占設(shè)定值的百分比作衡量。

2 有效載荷組成及高壓掃描時(shí)序

星載載荷的總體構(gòu)成如圖2所示，掃描高壓電源的主要應(yīng)用場(chǎng)景介紹如圖所述。

靜電分析儀：直接與掃描高壓電源輸出相連接，是實(shí)現(xiàn)粒子能譜測(cè)量的傳感器。

讀出電子學(xué)：對(duì)粒子事件進(jìn)行采集及檢測(cè)。

數(shù)字控制板：是有效載荷的控制中樞，負(fù)責(zé)讀出電子學(xué)的控制和采集；負(fù)責(zé)向上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；負(fù)責(zé)對(duì)掃描高壓電源實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)控制及電壓檢測(cè)。

掃描高壓電源：在數(shù)字信號(hào)的的控制下，按照既定掃描表格實(shí)現(xiàn)多路高壓的掃描輸出，共4路高壓輸出信號(hào)，該部分是本文的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容。

根據(jù)星載載荷的任務(wù)需求，掃描高壓需要獨(dú)立輸出4路高壓信號(hào)，其中MCP高壓開(kāi)機(jī)后以200 V的步進(jìn)逐步施加至穩(wěn)定工作狀態(tài)下為-2200 V，每步持續(xù)5 s；其余3路內(nèi)球高壓(ESA)、上偏轉(zhuǎn)板(Up)、下偏轉(zhuǎn)板(Down)高壓開(kāi)機(jī)后需要滿(mǎn)足圖3所示的指數(shù)變化的電壓周期運(yùn)行，掃描范圍達(dá)到了±5000 V，每路256臺(tái)階高壓，每臺(tái)階高壓維持2ms，如圖3所示：

3 掃描高壓原理

常見(jiàn)的高壓電源模塊無(wú)法實(shí)現(xiàn)在極短的時(shí)間內(nèi)，輸出電壓實(shí)現(xiàn)跨越幾百伏、甚至上千伏的臺(tái)階變化，這是因?yàn)槌Ｒ?guī)的高壓模塊為固定高壓輸出，且輸出端保護(hù)電容的存在，使得容性負(fù)載很大，無(wú)法做到輸出電壓的迅速變化。

圖2 星載有效載荷總體構(gòu)成

圖3 多通路掃描高壓輸出時(shí)序要求

因此，本文中掃描高壓采用固定高壓模塊與光電耦合器相結(jié)合的技術(shù)方案。光電耦合器是為一種以光為媒介傳輸電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器件，其中的發(fā)光二極管產(chǎn)生的光強(qiáng)與受控二極管的電流具有一定的比例，即電流傳輸比。通過(guò)改變發(fā)光二極管的端電壓，進(jìn)而影響發(fā)光二極管產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的光電流強(qiáng)度Iin，可以控制光電耦合器中發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度，同時(shí)受控反向二極管電流Iout流過(guò)高阻值的電阻Z-LOAD產(chǎn)生高壓輸出。如圖4所示，是光電耦合器HV801的典型應(yīng)用示例。HV801最大可以加載8 kV的偏置高壓，在負(fù)載為10 pF時(shí)其轉(zhuǎn)換速率可以達(dá)到100 V/μs，這完全可以滿(mǎn)足本高壓電源模塊的要求，利用多組HV801與固定高壓模塊結(jié)合可以構(gòu)成多路快速掃描高壓電源。

圖4 HV801高壓光耦的典型應(yīng)用

4 掃描高壓電源設(shè)計(jì)

4.1 整體設(shè)計(jì)

高壓電源設(shè)計(jì)方案如圖5所示，主要包含固定高壓電源、HV801光耦調(diào)節(jié)組件、負(fù)反饋控制、高壓輸出監(jiān)測(cè)、隔離數(shù)據(jù)通信等。固定高壓模塊為HV801提供+5200 V和-5200 V的高壓偏置，為了得到準(zhǔn)確的掃描輸出高壓，采用數(shù)字控制量傳輸至16bits數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的負(fù)反饋控制電路的輸入，并將HV801輸出高壓經(jīng)過(guò)分壓至合適的低壓電平后，與期望的電壓進(jìn)行比對(duì)調(diào)整，以保證輸出高壓的穩(wěn)定性。同時(shí)，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器和隔離集成運(yùn)放對(duì)輸出高壓的反饋量進(jìn)行采集達(dá)到檢測(cè)高壓輸出狀態(tài)的目的。

4.2 固定高壓及光耦組件

固定高壓模塊是多種行業(yè)和科研領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用的設(shè)備[6-11]，相關(guān)的研究成果具有良好的借鑒意義，本文將固定高壓電源模塊設(shè)計(jì)為輸入±12V輸出±5050 V的DC-DC電源。它主要由UC1842電流模式PWM控制器、變壓器、高壓電阻、高壓電容組成；電路采用拓?fù)錇榉醇ら_(kāi)關(guān)電源，將±12 V輸入電壓經(jīng)變壓器變換為輸出±1050 V電壓，然后再經(jīng)5倍壓整流電路輸出±5200V固定高壓，如圖6所示。

圖5 掃描高壓總體方案

圖6 ±5200V固定高壓模塊

HV801組件由10個(gè)HV801高壓電源控制元件封裝在一個(gè)金屬殼體內(nèi)并灌封組成。輸入±5200 V固定高壓，其中內(nèi)球高壓和MCP高壓均為單極性輸出，可采用1片HV801高壓耦合輸出，如圖7所示。

圖7 單極性?huà)呙栎敵龉怆婑詈想娐?/p>

而上偏轉(zhuǎn)板高壓及下偏轉(zhuǎn)板高壓因需要滿(mǎn)足雙極性輸出需求，故采用串聯(lián)保護(hù)的方式構(gòu)成高壓耦合電路，在掃描輸出端幅度達(dá)到5000 V或負(fù)5000 V時(shí)，2個(gè)串聯(lián)光耦組件的總體耐受電壓超過(guò)了16000 V，因此保證了其安全性，避免了因單個(gè)HV801極限耐受8000 V的約束條件，其電路形式如圖8所示。此外，在前文中介紹過(guò)，上偏轉(zhuǎn)板高壓和下偏轉(zhuǎn)板高壓存在極性相反，幅度大小相等的關(guān)系，因此這2路高壓的控制信號(hào)先由一片模數(shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)數(shù)字信號(hào)生成，再經(jīng)過(guò)一個(gè)由集成運(yùn)放構(gòu)成的反向器，可生成幅度相同，極性相反的2路控制電壓，分別施加在2個(gè)圖8所示的光耦組件上，根據(jù)數(shù)字量的不斷刷新，可實(shí)現(xiàn)幅度相同，極性相反的高壓掃描，這種形式的優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化了控制信號(hào)的設(shè)計(jì)，提高了可靠性，同時(shí)，提高了掃描電壓的同步的穩(wěn)定性。

圖8 雙極性?huà)呙栎敵龉怆婑詈想娐?/p>

4.3 負(fù)反饋調(diào)節(jié)

快速高壓掃描的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)負(fù)反饋方式獲得，負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸入主要由16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD766和AD743根據(jù)數(shù)字量的刷新生成范圍在-3V～+3V的輸入控制電壓，對(duì)應(yīng)HV801光耦調(diào)節(jié)輸出的-5000 V～+5000 V的輸出范圍，控制電壓信號(hào)連接至構(gòu)成負(fù)反饋比較環(huán)節(jié)的OP470精密運(yùn)放的輸入端，并且與高壓輸出經(jīng)分壓得到的反饋量進(jìn)行比對(duì)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)掃描表的快速調(diào)節(jié)和穩(wěn)定。值得注意的是，根據(jù)有效載荷的任務(wù)需求，高壓掃描要實(shí)現(xiàn)全量程極為精確的準(zhǔn)確度，若高壓輸出的分壓只采用一組分壓電阻，則分壓比和反饋深度是固定不變的，那么就無(wú)法很好的兼顧輸出高限5000 V幅度附近的高精度，同時(shí)還能保證在0V附近的精度，例如根據(jù)16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率，理想情況下對(duì)-5000 V～+5000 V的輸出可實(shí)現(xiàn)的最小量化精度為0.15 V，而且由于電路干擾噪聲等影響，實(shí)際的分辨率要更差一些[5]，通常數(shù)模轉(zhuǎn)換器的實(shí)際的轉(zhuǎn)換精度會(huì)損失1至2位，所以實(shí)際能達(dá)到的量化精度約為0.5V的量級(jí)，而有效載荷要求的高壓掃描曲線(xiàn)中，在低壓段，最小的分辨精度小于0.01 V。反饋電壓的設(shè)計(jì)中采用多組分壓電阻構(gòu)成不同分壓比，在掃描過(guò)程中根據(jù)輸出高壓的幅值量級(jí)，利用ADG201模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到分檔掃描，這樣可以始終保持掃描電壓的高精度輸出，如圖9所示。

4.4 高壓監(jiān)測(cè)

高壓監(jiān)測(cè)主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掃描高壓的輸出電壓值并通過(guò)數(shù)字方式輸出給上位機(jī)?？梢允构こ倘藛T對(duì)掃描的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行掌握，隨著試驗(yàn)環(huán)境的改變，有時(shí)掃描曲線(xiàn)需要根據(jù)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行修正，對(duì)高壓輸出進(jìn)行直接測(cè)量，一方面需要專(zhuān)用的高壓檢測(cè)儀表和探頭，尤其在文中的有效載荷應(yīng)用中，其高壓由于結(jié)構(gòu)件遮擋的原因，不具備直接測(cè)量的可行性；此外，掃描高壓是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，任何接入輸出端的設(shè)備或檢測(cè)儀表的非線(xiàn)性負(fù)載均會(huì)影響測(cè)量的真實(shí)結(jié)果。所以對(duì)高壓輸出的監(jiān)測(cè)利用其反饋信號(hào)來(lái)反映，通過(guò)同樣是16位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD677和精密運(yùn)放AD743組成采集和隔離電路，經(jīng)過(guò)高速采樣，獲取反饋信號(hào)的動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程，其形態(tài)應(yīng)與前文圖3中所述的形態(tài)一致，只是其電壓范圍限定在±3V之間，接著利用分壓電阻網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)明確的分壓比進(jìn)行反演推算，其結(jié)果可繪制出高壓輸出的實(shí)際曲線(xiàn)。該部分電路實(shí)現(xiàn)原理如圖10所示。

圖9 負(fù)反饋控制

4.5 隔離灌封工藝

電路設(shè)計(jì)保證了電路狀態(tài)能夠按照電原理實(shí)現(xiàn)既定功能，但對(duì)高壓電源來(lái)說(shuō)，需要更加關(guān)注的是高壓的保護(hù)和隔離，好的工藝設(shè)計(jì)能夠保證高壓電路安全穩(wěn)定的工作，同樣的原理設(shè)計(jì)在不同的工藝方案下可能表現(xiàn)出迥異的測(cè)試結(jié)果。由于此方面的內(nèi)容過(guò)于龐雜，這里只能給出最為常見(jiàn)的灌封工藝的關(guān)鍵因素。

高壓電路足夠的灌封須保證所有電氣元件、線(xiàn)纜、印制板及地平面之間充滿(mǎn)勻質(zhì)的固體絕緣，灌封過(guò)程需要保證下述品質(zhì)：

(a)在灌封前須確認(rèn)所有元件、單板及線(xiàn)纜已經(jīng)完全清除塵埃、油脂、指紋、非粘合材料及焊料。

(b)灌封材料須檢查確認(rèn)是已通過(guò)試驗(yàn)室測(cè)試的材料。測(cè)試應(yīng)包括：溫度循環(huán)、溫度循環(huán)時(shí)進(jìn)行的電壓應(yīng)力測(cè)試以及先于溫度循環(huán)的儲(chǔ)存壽命檢測(cè)。

(c)在不損失灌封電氣絕緣完整性的情況下應(yīng)減小灌封體積 。當(dāng)必須大體積灌封時(shí)，灌封必須長(zhǎng)而窄，這樣會(huì)減小內(nèi)部出現(xiàn)大機(jī)械應(yīng)力的概率，而過(guò)大的機(jī)械應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致元件間出現(xiàn)裂縫。當(dāng)灌封體積超過(guò) 1 英寸(25.4 mm)寬2英寸(50.8 mm)深幾英寸長(zhǎng)時(shí)，內(nèi)部可能會(huì)形成很多裂縫。

(d)固體灌封必須確保內(nèi)部沒(méi)有空腔才能保障絕緣的有效[12-13]，靠近地平面的位置、高壓元件和高壓電路附近尤其要注意不能存在空腔。有三種方法可以確保內(nèi)部不會(huì)出現(xiàn)空腔，真空浸漬、離心機(jī)加速或兩者同時(shí)使用。

(e)最后進(jìn)行的高壓線(xiàn)纜相互連接和高壓端子的灌封操作必須十分小心。線(xiàn)纜必須被適當(dāng)?shù)墓潭ㄒ汛_保灌封時(shí)和灌封后線(xiàn)纜不會(huì)被拉伸、扭曲或其它形式的破壞。灌封材料必須和所有其它材料粘合緊密，有時(shí)，前一次灌封的表面已經(jīng)出現(xiàn)了氧化或老化，后一次灌封哪怕是相同材料的灌封也會(huì)和前一次灌封間出現(xiàn)粘合不緊密的現(xiàn)象。

圖10 高壓監(jiān)測(cè)采集電路

由于在軌航天器的高壓電源應(yīng)用場(chǎng)景還有低氣壓的特點(diǎn)，而高壓的擊穿有很多情況發(fā)生在低氣壓環(huán)境下，即使在真空環(huán)境下，設(shè)備內(nèi)部材料的出氣會(huì)產(chǎn)生低氣壓狀態(tài)，最為簡(jiǎn)單和常見(jiàn)的做法是，高壓電源在真空罐試驗(yàn)過(guò)程，或發(fā)射入軌后，先靜置足夠的時(shí)間，使設(shè)備內(nèi)部材料的出氣完畢，破除此種風(fēng)險(xiǎn)后開(kāi)機(jī)運(yùn)行高壓電源。當(dāng)然在高壓設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中，最好留有與設(shè)備外部環(huán)境聯(lián)通的出氣孔。

4.6 空間輻射環(huán)境元器件選用及防護(hù)

由于衛(wèi)星軌道上空間帶電粒子成分、能量和通量的多樣性，也由于空間探測(cè)載荷所用電子元器件和功能材料在原材料、生產(chǎn)工藝、功能、工作狀態(tài)等多方面也具有復(fù)雜性和多樣性，因此發(fā)生的復(fù)雜多樣相互作用，形成各種輻射效應(yīng)，通常主要考慮的輻射危害類(lèi)型為總劑量效應(yīng)和單粒子效應(yīng)，在很多情況下會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行甚至造成損毀。根據(jù)任務(wù)設(shè)定，設(shè)備所在軌道輻射特點(diǎn)，空間使用的元器件需嚴(yán)格遵循選用標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)保要求，在航天器元器件選用目錄中進(jìn)行選擇，并利用半空間分析法，將抗輻射裕量不足的元器件進(jìn)行加固，通用的方法是增加屏蔽殼的厚度，并換算成抗輻射等效鋁厚度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行防護(hù)，以加強(qiáng)抗輻射能力，使其符合抗輻照要求。

圖11 掃描高壓電源灌封后

在本設(shè)計(jì)中，其余元器件均選自目錄內(nèi)元件，其優(yōu)勢(shì)是已有充分的在軌經(jīng)驗(yàn)和抗輻照試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，能夠比較客觀的評(píng)估空間環(huán)境下的工況，基本上能保證整體設(shè)計(jì)的可靠性。而核心部件高壓光耦HV801作為目錄外元器件缺乏以上數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，因此對(duì)HV801光耦的選取需仔細(xì)分析抗輻射性能。令人欣慰的是，HV801是美國(guó)AMP-TEK公司專(zhuān)門(mén)為空間環(huán)境下應(yīng)用而研發(fā)的一款芯片，該器件資料中除常規(guī)電性能參數(shù)外，還給出了抗輻射指標(biāo)，在HV801的器件手冊(cè)中明確給出其抗輻射電離總劑量為100krad(Si)，本設(shè)計(jì)按照半空間估算法，結(jié)合HV801在探測(cè)設(shè)備和衛(wèi)星安裝位置，計(jì)算得到防護(hù)屏蔽的等效鋁厚度約為8mm，再對(duì)照該任務(wù)對(duì)應(yīng)的空間環(huán)境工程設(shè)計(jì)規(guī)范中提供的屏蔽厚度關(guān)系，預(yù)估在軌期間輻射總劑量約為21.8 krad(Si)，可見(jiàn)該器件應(yīng)用在此設(shè)計(jì)中輻射裕度充足，能夠滿(mǎn)足載荷設(shè)備的空間抗輻照應(yīng)用。而另一類(lèi)常見(jiàn)的單粒子鎖定效應(yīng)主要輻射對(duì)象為邏輯器件、單/雙穩(wěn)態(tài)器件，對(duì)該器件不敏感。除此以外，系統(tǒng)級(jí)空間環(huán)境設(shè)備抗輻照通常還需考慮表面充放電效應(yīng)、高能電子內(nèi)帶電效應(yīng)等，與本設(shè)計(jì)相關(guān)度較低，此處不再展開(kāi)敘述?？偠灾臻g環(huán)境必然有輻射效應(yīng)，空間探測(cè)載荷的元器件選用及設(shè)計(jì)必須仔細(xì)分析并采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

5 測(cè)試驗(yàn)證

對(duì)研制的掃描高壓電源模塊進(jìn)行真空條件下測(cè)試，使用1000:1衰減比例的高壓示波器探頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中雙極性通路掃描結(jié)果如圖12中(a)所示，高壓掃描輸出范圍可達(dá)到±5000V；掃描過(guò)程中最大階躍臺(tái)階過(guò)渡時(shí)間如圖12中(b)所示為162μs，小于0.25ms的穩(wěn)定時(shí)間的指標(biāo)要求；當(dāng)設(shè)定電壓幅度在幾伏量級(jí)直至最高輸出幾千伏量級(jí)時(shí)，均可滿(mǎn)足輸出精度優(yōu)于當(dāng)前輸出值1%的約束范圍，滿(mǎn)足有效載荷掃描表的精度要求，但設(shè)定電壓在幾伏量級(jí)以?xún)?nèi)的幅度時(shí)，尤其靠近0V附近后，其精度較大程度下降，通過(guò)大量試驗(yàn)和驗(yàn)證，主要原因是由于反饋環(huán)路中的元器件，尤其是模擬開(kāi)關(guān)的漏電流大小已經(jīng)達(dá)到了與分壓電阻中反饋電流同等量級(jí)，形成干擾信號(hào)而造成的精度下降。對(duì)此問(wèn)題，可開(kāi)展提高極低電壓段的漏電流抑制的深入研究。當(dāng)前高壓電源所能達(dá)到的技術(shù)狀態(tài)可以滿(mǎn)足載荷產(chǎn)品的物理學(xué)標(biāo)定和測(cè)試的指標(biāo)要求。選取掃描表中代表性輸出電壓，掃描輸出的精度如表1所示。

表1 掃描高壓輸出精度

(a)±5000V輸出范圍 (b)掃描階躍穩(wěn)定時(shí)間<0.25ms

之后，將掃描高壓電源與靜電分析儀進(jìn)行連接，并在等離子體定標(biāo)源的測(cè)試條件下，進(jìn)行多路掃描高壓的共同作用下，由讀出電子學(xué)系統(tǒng)對(duì)經(jīng)掃描高壓選擇后的特定能譜粒子進(jìn)行定標(biāo)測(cè)試，其結(jié)果如圖13中所示，該圖中綠色條帶為5KeV能譜粒子的測(cè)試響應(yīng)。根據(jù)讀出電子學(xué)系統(tǒng)的反演推算，結(jié)合高壓電源的監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)，其分析結(jié)果符合靜電分析儀的分析儀常數(shù)、幾何因子、偏轉(zhuǎn)常數(shù)等各項(xiàng)物理參數(shù)，表明該掃描高壓電源實(shí)現(xiàn)了有效載荷的約束指標(biāo)并滿(mǎn)足使用要求。

圖13 工程應(yīng)用標(biāo)定測(cè)試響應(yīng)

6 結(jié)束語(yǔ)

多通路掃描高壓電源可以結(jié)合不同類(lèi)型的傳感器結(jié)構(gòu)和物理特性，綜合利用空間等離子體的各種帶電特性獲取不同軌道的帶電粒子能譜通量信息，是未來(lái)組網(wǎng)衛(wèi)星進(jìn)行空間環(huán)境探測(cè)和研究的重要手段。本文基于適用于高壓隔離光電耦合器件在負(fù)反饋控制環(huán)路中的快速變換特性，結(jié)合靜電分析儀特定結(jié)構(gòu)的帶電離子能譜篩選特點(diǎn)，采用固定高壓模塊結(jié)合光電耦合方法實(shí)現(xiàn)輸出高壓在極短時(shí)間內(nèi)的掃描和穩(wěn)定。文章對(duì)所設(shè)計(jì)的掃描高壓電源設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了分析，并驗(yàn)證了該掃描高壓電源輸出特性，所設(shè)計(jì)的多通路高精度掃描高壓電源對(duì)類(lèi)似應(yīng)用場(chǎng)景下的高壓電源的設(shè)計(jì)和實(shí)施具有一定的借鑒意義。