可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，對(duì)燈絲、正偏、負(fù)偏電源等3路高電位電源電路和柵極脈沖調(diào)制電路進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了3路高電位電源和柵極脈沖調(diào)制電路的高密度集成；改進(jìn)高電位電源的反饋電路，采用磁反饋高壓隔離采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在低壓側(cè)分別獨(dú)立調(diào)整各路高電位電源輸出電壓值；增加高電位集成故障檢測(cè)電路，將高電位電源多路故障集成為一路信號(hào)；改進(jìn)脈沖驅(qū)動(dòng)電路，增加雙級(jí)消噪電路；改進(jìn)柵極浮動(dòng)板調(diào)制電路，增加抗打火保護(hù)電路保護(hù)調(diào)制器和行波管；改進(jìn)調(diào)制器所用高壓變壓器結(jié)構(gòu)，減小體積實(shí)現(xiàn)高壓隔離。
【專利說(shuō)明】可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，用于提供燈絲電壓，并將常規(guī)的簡(jiǎn)單矩形脈沖列調(diào)制到比較復(fù)雜的編碼脈沖或脈沖串調(diào)制，對(duì)柵控行波管的柵極進(jìn)行調(diào)制，使行波管產(chǎn)生大功率毫米波信號(hào)。
【背景技術(shù)】
[0002]毫米波技術(shù)在雷達(dá)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，隨著高壓脈沖調(diào)制技術(shù)、電力電子技術(shù)和高電壓技術(shù)的發(fā)展，高壓柵極脈沖調(diào)制器作為基礎(chǔ)技術(shù)拓寬了毫米波雷達(dá)領(lǐng)域應(yīng)用。雷達(dá)發(fā)射機(jī)廣泛采用脈沖調(diào)制方式，包括常規(guī)的簡(jiǎn)單矩形脈沖列調(diào)制到比較復(fù)雜的編碼脈沖或脈沖串調(diào)制。高壓柵極脈沖調(diào)制器的任務(wù)，就是要給發(fā)射機(jī)常用的柵控行波管的柵極提供合適的視頻調(diào)制脈沖。高壓柵極脈沖調(diào)制器作為雷達(dá)發(fā)射機(jī)的核心部件之一，直接影響柵控行波管的工作性能。在雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，燈絲電源為行波管的陰極加熱用，該電源的電壓一般在IOV以內(nèi)，其輸出功率在幾瓦到幾百瓦之間；正偏電源和負(fù)偏電源為行波管柵極提供調(diào)制電壓，正偏電源供調(diào)制器形成正脈沖，使得行波管產(chǎn)生電子束，其脈沖電壓相對(duì)于陰極為零到數(shù)百伏范圍內(nèi)，其脈沖電流在數(shù)十毫安以內(nèi)；負(fù)偏電源使得行波管電子束截止，其輸出電壓在幾百伏到幾千伏的范圍內(nèi)，但電流小至可以忽略。燈絲、正偏、負(fù)偏等高電位電源都懸浮在陰極高電位上，其絕緣和保護(hù)問題很重要。
[0003]目前國(guó)內(nèi)使用的高壓柵極脈沖調(diào)制器，多采用浮動(dòng)板柵極調(diào)制方式，耐行波管打火能力較差；而燈絲、正偏、負(fù)偏等高電位電源，懸浮在發(fā)射機(jī)行波管陰極幾千伏到幾十千伏的高壓上，高壓隔離采樣和調(diào)壓困難，通常多為體積重量龐大的簡(jiǎn)單線性電源，或是不可調(diào)整電壓的無(wú)反饋開環(huán)控制的開關(guān)電源，或是少數(shù)使用光耦、光纜、電壓/頻率變換等復(fù)雜高壓隔離采樣電路的開關(guān)電源；如果3組電源共用一個(gè)開關(guān)變換器，則只有一組電源能穩(wěn)壓和小范圍調(diào)壓，另外兩組輸出穩(wěn)定性差、容易互相干擾或超出要求的輸出范圍；傳統(tǒng)上高壓隔離變壓器的研制首先是制作絕緣骨架、使用漆包線繞制變壓器，然后使用電工紙繞制絕緣層，再經(jīng)過浸漆工藝，體積重量大。不能直接移植到毫米波小型化高機(jī)動(dòng)雷達(dá)發(fā)射機(jī)上，還具有以下不足之處:
[0004]1、低壓側(cè)不可調(diào)節(jié)參數(shù):因?yàn)楦邏焊綦x采樣和調(diào)壓困難，在小型化雷達(dá)發(fā)射機(jī)中從低壓側(cè)不可分別獨(dú)立調(diào)節(jié)燈絲、正偏、負(fù)偏等電源電壓輸出。例如，傳統(tǒng)上雷達(dá)發(fā)射機(jī)采用線性高電位電源、柵極調(diào)制電路的脈沖形成電路往往置于高壓側(cè)，需要調(diào)整參數(shù)時(shí)必須打開相關(guān)的高壓油箱，調(diào)好后需要使用復(fù)雜的涉油灌封設(shè)備和工藝重新進(jìn)行灌封工序，通用性和可維護(hù)性差，很難適應(yīng)小型化高機(jī)動(dòng)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的要求。
[0005]2、集成度低:在雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，柵極脈沖調(diào)制電路與燈絲、正偏、負(fù)偏電源等高電位電源一般為多個(gè)單元或組合，沒有高壓隔離采樣電路或者高壓隔離采樣電路復(fù)雜，采用分離式布置，使用較多高壓連接器，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)體積大、對(duì)其他電路電磁干擾大。
[0006]3、可靠性較差:柵極脈沖調(diào)制電路與燈絲、正偏、負(fù)偏電源等高電位電源，都有高壓側(cè)電路部分懸浮在陰極高壓上，而且高壓側(cè)電路中有源器件多，保護(hù)不完善，抗行波管打火能力較差；為了調(diào)整參數(shù)或維修方便，所以傳統(tǒng)上多采取氣體或液體介質(zhì)的高壓絕緣方式，很難采用固體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)小型化的高壓絕緣。例如:發(fā)射機(jī)中傳統(tǒng)上只有一路負(fù)偏電壓檢測(cè)，在高壓端通過電阻分壓、光纜傳輸，但是光纜頭容易損壞；而燈絲、正偏電源故障也有可能損壞行波管，這在以前的發(fā)射機(jī)中都很難檢測(cè)，也降低了發(fā)射機(jī)的可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]要解決的技術(shù)問題
[0008]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，針對(duì)現(xiàn)有的高壓柵極脈沖調(diào)制器集成度低、不能在低壓側(cè)調(diào)節(jié)參數(shù)、結(jié)構(gòu)離散笨重的問題，以適應(yīng)雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)展的需求，滿足高機(jī)動(dòng)雷達(dá)發(fā)射機(jī)對(duì)小型化、高集成度、低壓側(cè)可調(diào)的工作要求，并提高調(diào)制器的可靠性。
[0009]技術(shù)方案
[0010]一種可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，包括燈絲電源電路、正偏電源電路、負(fù)偏電源電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路和柵極脈沖調(diào)制電路；其特征在于:將燈絲電源電路、正偏電源電路和負(fù)偏電源電路輸入端的48V供電端并聯(lián)共用，輸出端的高電位公共端并聯(lián)共用，形成燈絲電源電路、正偏電源電路和負(fù)偏電源電路的集成；所述燈絲電源電路、正偏電源電路和負(fù)偏電源電路中的反饋采用反饋?zhàn)儔浩?，其?燈絲電源電路中的反饋由燈絲高壓隔離變壓器T1與燈絲高壓隔離變壓器輸出端并聯(lián)的燈絲反饋?zhàn)儔浩鱐2組成；正偏電源電路中的反饋由正偏高壓隔離變壓器T3與正偏高壓隔離變壓器輸出端并聯(lián)的正偏反饋?zhàn)儔浩鱐4組成；負(fù)偏電源電路中的反饋由負(fù)偏高壓隔離變壓器T5與負(fù)偏高壓隔離變壓器輸出端并聯(lián)的負(fù)偏反饋?zhàn)儔浩鱐6組成。
[0011 ] 在燈絲電源電路、正偏電源電路和負(fù)偏電源電路的反饋整流濾波電路的輸出端，燈絲半橋逆變電路中供電輸入電流線路上串聯(lián)的霍爾電流互感器TAl的輸出端連接高電位集成故障檢測(cè)電路；所述高電位集成故障檢測(cè)電路包括燈絲過流、燈絲欠流、燈絲過壓、燈絲欠壓、正偏過壓、正偏欠壓、負(fù)偏過壓和負(fù)偏欠壓8個(gè)故障檢測(cè)電路，根據(jù)燈絲半橋逆變電路中供電輸入電流線路上串聯(lián)的霍爾電流互感器TAl的輸出端得到燈絲電流采樣信號(hào)，將采樣信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較得到燈絲過流或燈絲欠流的警示信號(hào)輸出；根據(jù)燈絲反饋整流濾波電路輸出端的采樣信號(hào)與設(shè)定的燈絲過壓門限電壓或燈絲欠壓門限電壓進(jìn)行比較，得到燈絲過壓或燈絲欠壓的警示信號(hào)輸出；根據(jù)正偏反饋整流濾波電路輸出端的采樣信號(hào)與設(shè)定的正偏過壓門限電壓或正偏欠壓門限電壓進(jìn)行比較，得到正偏過壓或正偏欠壓的警示信號(hào)輸出；根據(jù)負(fù)偏反饋整流濾波電路輸出端的采樣信號(hào)與設(shè)定的負(fù)偏過壓門限電壓或負(fù)偏欠壓門限電壓進(jìn)行比較，得到負(fù)偏過壓或負(fù)偏欠壓的警示信號(hào)輸出。
[0012]在48V供電與燈絲電源電路、正偏電源電路和負(fù)偏電源電路的輸入端設(shè)有濾波電路。
[0013]所述柵極脈沖調(diào)制電路的脈沖驅(qū)動(dòng)電路是由TC4424EPA集成驅(qū)動(dòng)芯片UlO為核心構(gòu)成脈沖驅(qū)動(dòng)電路，將從外部輸入的開啟脈沖、截尾脈沖增大驅(qū)動(dòng)電流、優(yōu)化波形，以驅(qū)動(dòng)高壓隔離脈沖變壓器的初級(jí)；在UlO的開啟脈沖輸入端2腳與3腳的地之間接TVS管V26、電阻R22和濾波電容C34，以消除輸入線上的毛刺；在UlO的截尾脈沖輸入端4腳與3腳地之間接TVS管V27、電阻R23和濾波電容C35，以消除輸入線上的毛刺；在仍0的電源端6腳與3腳地之間接濾波電容C37、C38、電阻R25和TVS管V33，以進(jìn)行濾波消除毛刺。
[0014]所述柵極脈沖調(diào)制電路的兩級(jí)消噪電路:在UlO的開啟脈沖輸出端7腳接限流電阻R24 ;快速二極管V28負(fù)端接電源端、正端接R24，快速二極管V30負(fù)端接電源端、正端接地，實(shí)現(xiàn)一級(jí)降噪；隔直電容C36 —端接R24和V28正端，另一端接V29正端和高壓隔離脈沖變壓器；快速二極管V29負(fù)端接電源端、正端接R24，快速二極管V31負(fù)端接電源端、正端接地，實(shí)現(xiàn)二級(jí)降噪；TVS管V32負(fù)端接C36，正端接地，消除輸出線上毛刺；TVS管V34負(fù)端接UlO的截尾脈沖輸出端5腳，正端接地，消除輸出線上毛刺；0.1 μ F陶瓷電容C39消除柵極調(diào)制脈沖間隔內(nèi)的干擾雜波。
[0015]所述柵極脈沖調(diào)制電路的高壓隔離脈沖變壓器包括一個(gè)初級(jí)兩個(gè)次級(jí)，匝比為10:10:10。
[0016]所述高壓隔離脈沖變壓器，以及T1~T6的六個(gè)反饋?zhàn)儔浩骶捎贸⒕Лh(huán)形磁芯。[0017]其制作方法為:在高電位電源的高壓側(cè)，各個(gè)高頻隔離變壓器全部采用滿足最小傳輸功率要求、最小窗口尺寸45mmX26mmX10mm (外徑X內(nèi)徑X厚)的大口徑超微晶環(huán)形磁芯，用高壓線繞制初、次級(jí)線圈，接到低壓電路的線圈在內(nèi)層繞制，接到高壓電路的線圈在外層繞制，層間絕緣使用聚四氟乙烯薄膜；線圈最大限度繞滿內(nèi)徑，并增加的反饋?zhàn)儔浩鳎苊鉃樵黾虞o助繞組而需要增大高頻隔離變壓器的磁芯尺寸，易于電路布局、減小變壓器體積和實(shí)施高壓隔離。
[0018]所述燈絲高壓隔離變壓器T1的變壓比為46: 33，燈絲反饋?zhàn)儔浩鱐2的變壓比為
I: 1
[0019]所述正偏高壓隔離變壓器T3的變壓比為10: 62，正偏反饋?zhàn)儔浩鱐4的變壓比為55: 9。
[0020]所述負(fù)偏高壓隔離變壓器T5的變壓比為10: 57，負(fù)偏燈絲反饋?zhàn)儔浩鱐6的變壓比為55: 9。
[0021]有益效果
[0022]本發(fā)明提出的一種可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，集成了燈絲、正偏、負(fù)偏等3組高電位電源，改進(jìn)高電位電源的反饋電路，使其參數(shù)在低壓側(cè)能夠分別獨(dú)立調(diào)節(jié)，增加高電位集成故障檢測(cè)電路，并對(duì)調(diào)制器的主要部件柵極脈沖調(diào)制電路進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，完善了保護(hù)電路，以滿足小型化高機(jī)動(dòng)雷達(dá)發(fā)射機(jī)工作條件的要求。
[0023]首先，本發(fā)明對(duì)高電位電源進(jìn)行改進(jìn):在高壓柵極脈沖調(diào)制器內(nèi)部集成燈絲、正偏、正偏電源等3路獨(dú)立的高頻半橋開關(guān)穩(wěn)壓電源，采用磁反饋高壓隔離采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可靠的高壓隔離采樣，可以分別獨(dú)立調(diào)整電壓輸出值，以達(dá)到行波管的最佳工作點(diǎn)；改進(jìn)高頻隔離變壓器結(jié)構(gòu)，減小體積實(shí)現(xiàn)高壓隔離，并增加反饋?zhàn)儔浩饕援a(chǎn)生磁反饋信號(hào)；輸入低壓側(cè)的磁反饋信號(hào)通過放大和比較電路來(lái)進(jìn)行多個(gè)故障檢測(cè)，并集成為一路高電位故障信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)上報(bào)給發(fā)射機(jī)控制單元處理，同時(shí)輸出4路高電位狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)，便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或作進(jìn)一步信號(hào)處理；這3路高電位電源共用一個(gè)高電位公共端，減少所需高電位公共端及高壓連接器數(shù)量；高壓側(cè)的四倍壓整流濾波電路增加高壓共模濾波電感減小正、負(fù)偏電壓輸出紋波，并增加限流和過壓保護(hù)元件提高抗行波管打火能力。
[0024]其次，本發(fā)明對(duì)柵極脈沖調(diào)制電路進(jìn)行改進(jìn):對(duì)低壓側(cè)的脈沖驅(qū)動(dòng)電路，增加抗打火保護(hù)電路保護(hù)；改進(jìn)浮動(dòng)板柵極調(diào)制電路，優(yōu)化柵極調(diào)制脈沖波形，增加多級(jí)高壓抗打火保護(hù)電路，以保護(hù)柵極脈沖形成電路的高壓側(cè)的有源器件和行波管不損壞。
[0025]本發(fā)明將燈絲、正偏、負(fù)偏等3路高電位電源集成在高壓柵極脈沖調(diào)制器內(nèi)部，采用體積小、重量輕、效率高、熱耗小的高頻開關(guān)電源技術(shù)，設(shè)計(jì)了燈絲、正偏、負(fù)偏3組獨(dú)立的半橋開關(guān)電源電路，分別采用磁反饋高壓隔離采樣技術(shù)對(duì)電壓輸出準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行高壓隔離采樣，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓和調(diào)壓，能夠在低壓側(cè)能夠精確、安全地調(diào)整正偏、負(fù)偏電源的電壓輸出值，使行波管達(dá)到最佳工作狀態(tài)，并且電壓輸出值幅度可以大范圍調(diào)整，對(duì)不同的行波管適應(yīng)性強(qiáng)，通用性和可維護(hù)性好；同時(shí)，增加的高電位集成故障檢測(cè)電路，將低壓側(cè)的磁反饋信號(hào)輸入其中，通過放大和比較電路來(lái)進(jìn)行多個(gè)故障檢測(cè)，并集成為一路高電位故障信號(hào)上報(bào)給發(fā)射機(jī)控制單元處理，并同時(shí)輸出4路高電位狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)，便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或作進(jìn)一步信號(hào)處理。在高電位電源的高壓側(cè)，各個(gè)高頻隔離變壓器全部采用滿足最小傳輸功率要求、最小窗口尺寸45mmX 26mmX IOmm (外徑X內(nèi)徑X厚)的大口徑超微晶環(huán)形磁芯，用高壓線繞制初、次級(jí)線圈，接到低壓電路的線圈在內(nèi)層繞制，接到高壓電路的線圈在外層繞制，層間絕緣使用聚四氟乙烯薄膜；線圈最大限度繞滿內(nèi)徑，并增加的反饋?zhàn)儔浩鳎苊鉃樵黾虞o助繞組而需要增大高頻隔離變壓器的磁芯尺寸，易于電路布局、減小變壓器體積和實(shí)施高壓隔離。在各個(gè)整流濾波電路中，輸出低壓大電流的燈絲電源使用二極管連接的橋式整流，輸出高壓小電流的正偏和負(fù)偏電源使用四倍壓整流實(shí)現(xiàn)升壓和整流功能，減少了正、負(fù)偏電源的高壓隔離變壓器次級(jí)匝數(shù)；正、負(fù)偏電源電壓輸出高，無(wú)法使用普通的共模濾波電感，因此在其四倍壓整流濾波電路中分別增加用高壓線繞制的高壓共模濾波電感，減小電壓輸出紋波，并增加限流功率電阻和壓敏電阻、放電管等提高抗行波管打火能力。這3路電源共用一個(gè)高電位公共端，即懸浮在陰極高壓上，減少所需高電位公共端及高壓連接器數(shù)量；高壓側(cè)電路簡(jiǎn)單、所用的器件有源器件少、耐壓較低、參數(shù)固定不必調(diào)整、保護(hù)完善，為簡(jiǎn)化高壓絕緣提供條件，并提高了該調(diào)制器的通用性和可靠性。
[0026]本發(fā)明將柵極脈沖調(diào)制電路分為低壓側(cè)的脈沖驅(qū)動(dòng)電路，和高壓側(cè)的柵極脈沖電路等。在低壓側(cè)，給脈沖驅(qū)動(dòng)電路的輸出增加兩級(jí)消噪電路，在高壓打火時(shí)保護(hù)集成電路不損壞。在高壓側(cè)，采用浮動(dòng)板柵極調(diào)制電路，增加輸出隔直電容，增加多級(jí)高壓抗打火保護(hù)電路，以保護(hù)調(diào)制器高壓側(cè)的柵極調(diào)制脈沖電路的有源器件以及行波管不損壞；傳遞調(diào)制脈沖的隔離變壓器也用45mmX 26mmX IOmm (外徑X內(nèi)徑X厚)的超微晶環(huán)形磁芯,用高壓線繞制初、次級(jí)線圈，接到低壓電路的線圈在內(nèi)層繞制，接到高壓電路的線圈在外層繞制，減小體積實(shí)現(xiàn)高壓隔離；高壓電路取消了光纜及其高壓懸浮電路、模擬集成電路、以及線性穩(wěn)壓器等有源器件，僅保留必須的MOS管作為開啟管、截尾管，并對(duì)MOS管增加氣體放電管和TVS等多級(jí)高壓抗打火保護(hù)電路措施，使調(diào)制器單元增強(qiáng)抗行波管打火能力，提高發(fā)射機(jī)可靠性。
[0027]本發(fā)明的調(diào)制器與現(xiàn)有的高壓柵極調(diào)制器相比較，所具有的特點(diǎn)是:
[0028]( I)集成度高:除了行波管和高壓電源之外，集成了燈絲電源、正偏電源、負(fù)偏電源等3路高電位電源、脈沖驅(qū)動(dòng)電路、柵極脈沖調(diào)制電路、以及高電位集成檢測(cè)保護(hù)電路等發(fā)射機(jī)的所有高壓電路，并可以將高低壓電路集中在一個(gè)單體內(nèi)，節(jié)省空間，降低電磁干擾、減少高壓連接器數(shù)量。
[0029](2)燈絲、正偏、負(fù)偏等高電位電源的電壓輸出可以在低壓側(cè)調(diào)節(jié):采用磁反饋隔離采樣技術(shù)，燈絲電源、正偏電源、負(fù)偏電源的輸出電壓均可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，并在低壓側(cè)可以分別獨(dú)立、大幅值調(diào)節(jié)輸出電壓值，互不干擾。
[0030](3)懸浮于陰極高壓上的柵極調(diào)制脈沖，能夠在低壓側(cè)調(diào)整輸出幅度:正偏電源、負(fù)偏電源的輸出電壓分別作為柵極調(diào)制脈沖的頂部和底部，而且都實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓，并在低壓側(cè)可以分別獨(dú)立調(diào)節(jié)輸出電壓值，互不干擾。
[0031](4)耐壓高小型化效果好:在同樣耐30kV高電壓條件下的現(xiàn)有高壓柵極脈沖調(diào)制器中，易于實(shí)現(xiàn)固體介質(zhì)高壓絕緣方式，減小體積重量；所有高頻高壓隔離變壓器和反饋?zhàn)儔浩?，使?5mmX26mmX IOmm (外徑X內(nèi)徑X厚)的超微晶環(huán)形磁芯，小于傳統(tǒng)工頻隔離變壓器體積重量的1/3 ;利于實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)小型化。
[0032](5)可靠性高:實(shí)現(xiàn)了高電位集成故障檢測(cè)信號(hào)的上報(bào)、高電位狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)的導(dǎo)出；對(duì)脈沖驅(qū)動(dòng)電路輸出保護(hù)；高頻高壓隔離變壓器和反饋?zhàn)儔浩?，用高壓線繞制初、次級(jí)線圈，接到低壓電路的線圈在內(nèi)層繞制，接到高壓電路的線圈在外層繞制，并層間加聚四氟乙烯薄膜，比聚亞酰胺的韌性和延展性好，比電工紙的絕緣性好。減小體積實(shí)現(xiàn)高壓隔離；增加高電位電源的高壓電路濾波、限流和過壓保護(hù)，增加在柵極脈沖調(diào)制電路內(nèi)多級(jí)高壓抗打火保護(hù)電路，抗行波管打火能力強(qiáng)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1本發(fā)明線路組成框圖
[0034]圖2本發(fā)明高電位電源半橋逆變電路原理圖
[0035]圖3本發(fā)明高電位電源磁反饋及整流電路原理圖
[0036]圖4本發(fā)明高電位集成故障檢測(cè)電路原理圖
[0037]圖5本發(fā)明脈沖驅(qū)動(dòng)電路和雙級(jí)消噪電路原理圖
[0038]圖6本發(fā)明柵極調(diào)制脈沖電路原理圖
【具體實(shí)施方式】
[0039]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0040]本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案是:對(duì)調(diào)制器的主要部件脈沖調(diào)制電路和進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)并集成了燈絲、正偏、負(fù)偏等高電位電源，并集成了多路高電位故障信號(hào)，以滿足高機(jī)動(dòng)雷達(dá)發(fā)射機(jī)工作條件的要求。
[0041]如圖1所示，發(fā)明的調(diào)制器，由高電位電源電路、柵極脈沖調(diào)制電路等2部分組成。高電位電源電路采用高頻開關(guān)式直流穩(wěn)壓工作方式，為行波管提供工作需要的燈絲電源，為柵極脈沖調(diào)制器電路提供正、負(fù)偏電源，并上報(bào)高電位集成故障信號(hào)、導(dǎo)出高電位狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)；柵極脈沖調(diào)制電路采用浮動(dòng)板柵極調(diào)制技術(shù)，產(chǎn)生所需的柵極調(diào)制脈沖，驅(qū)動(dòng)行波
管工作。
[0042]雷達(dá)供電后發(fā)射機(jī)自動(dòng)進(jìn)入加電狀態(tài)，該調(diào)制器收到工作信號(hào)后燈絲、正偏、負(fù)偏等3路電源開始工作，輸入48V直流電壓到高頻脈沖的變換，整個(gè)電路通過控制電路和驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)變換功能，將高頻脈沖輸入到高壓側(cè)的高頻隔離變壓器，經(jīng)過整流橋式或四倍壓電路整流，輸出燈絲電壓提供給行波管，輸出正負(fù)偏電壓提供給脈沖調(diào)制電路，產(chǎn)生柵極調(diào)制脈沖，對(duì)行波管進(jìn)行調(diào)制，對(duì)微波小信號(hào)進(jìn)行放大并輸出大功率的脈沖功率信號(hào)到雷達(dá)天線。
[0043]本發(fā)明的調(diào)制器在研制過程當(dāng)中，主要對(duì)高電位電源電路、柵極脈沖調(diào)制電路等兩個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。
[0044]一、高電位電源電路設(shè)計(jì)
[0045]本發(fā)明的調(diào)制器的高電位電源電路集成了燈絲電源、正偏電源、負(fù)偏電源等3路直流高電位電源，其輸出懸浮在陰極高壓上:燈絲電壓-14V~-9V可調(diào)、電流≥3A，正偏電源+260~+540V可調(diào)、電流20mA，負(fù)偏電源-350~-520V可調(diào)、電流10mA，燈絲和正偏電源輸出電壓穩(wěn)定度5X10 —3。為了滿足行波管工作的技術(shù)要求，燈絲電源加熱陰極以產(chǎn)生電子束，正、負(fù)偏電源提供柵極調(diào)制脈沖的正、負(fù)偏置電壓。 [0046]使用高頻開關(guān)電源技術(shù)設(shè)計(jì)高電位電源，工作效率遠(yuǎn)高于使用3端穩(wěn)壓器等線性電源技術(shù)，發(fā)熱量低，為使用固體介質(zhì)的高壓絕緣方式提供了前提。該高電位電源采用3路獨(dú)立半橋逆變電路，以及磁反饋高壓隔離采樣技術(shù)。采用半橋逆變電路，具有兩大抗不平衡特性，即功率開關(guān)管能自動(dòng)均流、高頻功率變壓器不易飽和。通過變壓器漏感與開關(guān)器件的分布電容實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷，減小開關(guān)管的開關(guān)損耗，同時(shí)由于變換器輸出波形較好，使高壓高頻變壓器的損耗減小，效果明顯。采用磁反饋高壓隔離采樣技術(shù)，既為PWM控制電路提供可靠的閉環(huán)負(fù)反饋電壓，使得3路高電位電源分別實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓和在低壓側(cè)分別獨(dú)立可調(diào)，又能夠?qū)崿F(xiàn)高電位集成故障檢測(cè)電路。
[0047]如圖1所示，高電位電源電路由燈絲電源電路、正偏電源電路、負(fù)偏電源電路和高電位集成故障檢測(cè)電路等4部分組成。
[0048]1、燈絲電源電路
[0049]其功能為完成供電輸入到燈絲輸出電壓的變換，分為7部分:在低壓側(cè)的電位器、PWM控制電路、半橋逆變電路、反饋整流濾波電路，在高壓側(cè)的高壓隔離變壓器、反饋?zhàn)儔浩?、橋式整流濾波電路。
[0050](1)電位器:
[0051]其功能為調(diào)整輸出電壓。采用多圈精密、調(diào)整端可鎖緊的3端子電位器，該電位器的兩個(gè)固定端分別連接高壓隔離采樣信號(hào)到PWM控制電路中的SG1525的12腳(GND)，而一個(gè)活動(dòng)端則連接PWM控制電路中的SG1525的I腳(內(nèi)部誤差比較器同相輸入端)。旋轉(zhuǎn)電位器的活動(dòng)端，可以微調(diào)SG1525的I腳電壓，改變SG1525的PWM脈沖的占空比，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓幅值的目的。
[0052](2) PWM 控制電路:
[0053]由電壓控制型PWM集成控制器SG1525作為核心控制芯片，輸出PWM脈沖，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器IR2110，驅(qū)動(dòng)半橋逆變電路的MOS管的柵極，使半橋逆變電路工作。將通過反饋整流濾波電路得到高壓隔離采樣的直流電壓，輸入SG1525的內(nèi)部誤差比較器，調(diào)節(jié)輸出的PWM脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制，并可以使用低壓側(cè)電位器精確調(diào)整電壓輸出值。
[0054](3)半橋逆變電路:
[0055]如圖2所示。系統(tǒng)的48V供電經(jīng)過濾波電路輸入燈絲電源，即48V供電接保險(xiǎn)絲FULFUl接1.5KE62A的TVS管Vl的負(fù)端，Vl的正端接48V的回線，Vl的負(fù)端與濾波器Zl的輸入正端相接，Vl的正端與濾波器Zl的輸入負(fù)端相接，Zl的輸出端并聯(lián)了大容量電解電容Cl和C2儲(chǔ)能、0.1 μ陶瓷電容C3濾高頻雜波、以及68V壓敏電阻Rl防過壓和IOOk Ω/2Ι放電電阻R2 ；C2的正端串聯(lián)霍爾電流互感器TAl，再連接半橋逆變電路，由MOS管V3、V4、電容C6?C9以及電阻R5?R6組成。該半橋逆變電路輸出PWM高頻脈沖，輸入在高壓側(cè)的高壓隔離變壓器的初級(jí)。通過高壓隔離變壓器漏感與MOS管的分布電容形成諧振，實(shí)現(xiàn)MOS管的軟開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷，減小開關(guān)管的開關(guān)損耗，同時(shí)由于變換器輸出波形較好毛刺少，減小了高壓隔離變壓器的功耗。
[0056](4)高壓隔離變壓器:
[0057]如圖3所示Tl。其功能是將半橋逆變電路輸出PWM高頻脈沖，經(jīng)過以匝比46:33降壓和高壓隔離輸入橋式整流濾波電路。該變壓器采用45mmX 26mmX IOmm (外徑X內(nèi)徑X厚)超微晶環(huán)形磁芯，用外徑僅1.6mm工作電壓18kV耐壓22kV的高壓線繞制初、次級(jí)線圈，接到低壓電路的線圈在內(nèi)層繞制，接到高壓電路的線圈在外層繞制，并纏繞聚四氟乙烯薄膜作為層間絕緣，實(shí)現(xiàn)初次級(jí)> 35kV的高壓隔離，工藝簡(jiǎn)單可靠性高，大幅減小變壓器的體積。
[0058](5)反饋?zhàn)儔浩?
[0059]如圖3所示T2。其功能是將高頻隔離變壓器的輸出PWM高頻脈沖，即橋式整流濾波電路的輸入信號(hào)，輸入反饋?zhàn)儔浩鞒跫?jí)，再1:1輸出到次級(jí)，作為高壓隔離取樣信號(hào)輸入在低壓側(cè)的反饋整流濾波電路。采用磁反饋高壓隔離采樣技術(shù)，即通過對(duì)整流電路輸入的磁反饋采樣以及反饋?zhàn)儔浩鞯母邏航^緣，間接地同步得到電源輸出直流電壓幅度的線性變化，解決了懸浮在高壓上的高電位電源輸出直流電壓的高壓隔離采樣困難的問題；由于單獨(dú)設(shè)置了反饋?zhàn)儔浩?，則高壓隔離變壓器可以盡可能選小體積磁芯，不必為了高壓絕緣而選擇內(nèi)徑更大的磁芯，而且反饋?zhàn)儔浩骺梢造`活地調(diào)整匝數(shù)，以得到合適的電壓輸出。該變壓器采用與高壓隔離變壓器相同的制作方法，僅匝數(shù)目不同。
[0060]( 6 )反饋整流濾波電路:
[0061]如圖1所示。其功能是將反饋?zhàn)儔浩鞔渭?jí)輸出的交流的高壓隔離取樣信號(hào)整流，得到合適的直流電壓，作為直流的高壓隔離采樣信號(hào)，輸入PWM控制電路、高電位集成故障檢測(cè)電路。采用超快恢復(fù)二極管LL4148連接成橋式整流電路，將其直流輸出端并聯(lián)10 μ F電解電容和0.1yF陶瓷電容濾波，然后分兩路輸出，一路直接連接輸出電壓調(diào)整電位器的一個(gè)固定端，另一路輸入高電位集成故障檢測(cè)電路內(nèi)相應(yīng)的射隨器進(jìn)行隔離，避免干擾前一路信號(hào)而影響PWM控制電路工作。
[0062]( 7 )橋式整流濾波電路:
[0063]如圖3所示，其功能將由高壓隔離變壓器輸出的PWM高頻脈沖，整流濾波得到直流電壓輸出。PWM高頻脈沖使用二極管V9?V12構(gòu)成的橋式整流，通過電容C18?C21儲(chǔ)能濾波，電阻R11、R12作為假負(fù)載，LI是共模濾波電感，27V壓敏電阻R13和18V的TVS管V13對(duì)輸出過壓保護(hù)。
[0064]2、正偏電源電路
[0065]其功能為完成供電輸入到正偏電壓輸出的變換，分為7部分:在低壓側(cè)的電位器、PWM控制電路、半橋逆變電路、反饋整流濾波電路，在高壓側(cè)的高壓隔離變壓器、反饋?zhàn)儔浩?、四倍壓整流濾波電路。
[0066]正偏電源電路與燈絲電源電路基本相同，所不同的是:
[0067](3)半橋逆變電路:[0068]如圖2所示。系統(tǒng)的供電48V濾波后，C2的正端未串聯(lián)霍爾電流互感器，而串聯(lián)了保險(xiǎn)絲FU3，再連接正偏電源的半橋逆變電路，由MOS管V5、V6、電容ClO?Cl3以及電阻R7?R8組成。
[0069](4)高壓隔離變壓器:
[0070]如圖3所示T3。其功能是將半橋逆變電路輸出的PWM高頻脈沖，經(jīng)過高壓隔離，以匝比10:62升壓到約140V輸入四倍壓整流濾波電路。
[0071](5)反饋?zhàn)儔浩?
[0072]如圖3所示T4。其功能是將高頻隔離變壓器輸出的PWM高頻脈沖，即四倍壓整流濾波電路的輸入信號(hào)，輸入反饋?zhàn)儔浩鞒跫?jí)，再以匝比55:9降壓到約18V輸出到次級(jí)，作為高壓隔離取樣信號(hào)輸入在低壓側(cè)的反饋整流濾波電路。
[0073]( 7 )四倍壓整流濾波電路
[0074]如圖3所示，其功能將由高壓隔離變壓器的輸出PWM高頻脈沖，整流濾波得到輸出電壓。PWM高頻脈沖經(jīng)過高壓隔離變壓器一次升壓，再用高壓快速二極管V14?V17和高壓陶瓷電容C22?C25構(gòu)成的四倍壓整流電路，實(shí)現(xiàn)二次升壓和整流，采用二次升壓技術(shù)可減少高壓隔離變壓器次級(jí)匝數(shù)，減小高頻隔離變壓器體積。大容量電解電容C26?C27儲(chǔ)能濾波，電阻RH、R15是假負(fù)載。
[0075]其中，L2是高壓共模濾波電感，抑制共模噪聲減小輸出紋波；一般共模電感采用漆包線繞制，但其工作電壓接近600V，傳統(tǒng)的漆包線耐壓強(qiáng)度不夠；高壓共模電感使用外徑小于0.7mm高壓線繞制線圈，可以使用小直徑電感磁環(huán)繞制，減小高壓共模電感的尺寸。
[0076]此外，680V壓敏電阻R16和1.5KE330A的TVS管V18、V19防止輸出過壓，與20 Ω /20W限流電阻Rl7 —起提高電源的抗行波管打火能力。
[0077]3、負(fù)偏電源電路
[0078]其功能為完成供電輸入到負(fù)偏電壓輸出的變換，分為7部分:在低壓側(cè)的電位器、PWM控制電路、半橋逆變電路、反饋整流濾波電路，在高壓側(cè)的高壓隔離變壓器、反饋?zhàn)儔浩鳌⑺谋秹赫鳛V波電路。
[0079]負(fù)偏電源電路與正偏電源電路基本相同，所不同的是:
[0080](3)半橋逆變電路:
[0081]如圖2所示。系統(tǒng)的供電48V濾波后，C2的正端未串聯(lián)霍爾電流互感器和保險(xiǎn)絲，連接負(fù)偏電源的半橋逆變電路，由MOS管V7、V8、電容C14?C17以及電阻R9?RlO組成。
[0082](4)高壓隔離變壓器:如圖3所示T5。以匝比10:57升壓到約130V。
[0083](5)反饋?zhàn)儔浩?如圖3所示T6。以匝比55:9降壓到約17V。
[0084](7 )四倍壓整流濾波電路:
[0085]用高壓快速二極管V20?V23和高壓陶瓷電容C28?C31構(gòu)成的四倍壓整流電路，實(shí)現(xiàn)二次升壓和整流。大容量電解電容C32?C33儲(chǔ)能濾波，電阻R18、R19作為假負(fù)載。
[0086]其中，L3是高壓共模濾波電感。
[0087]此外，680V壓敏電阻R20和1.5KE330A的TVS管V24、V25防止輸出過壓，與20 Ω /20W限流電阻R21 —起提高電源的抗行波管打火能力。
[0088]4、高電位集成故障檢測(cè)電路:[0089]如圖4所示。其功能為完成燈絲過流、燈絲欠流、燈絲過壓、燈絲欠壓、正偏過壓、正偏欠壓、負(fù)偏過壓、負(fù)偏欠壓等8個(gè)故障檢測(cè)，集成為一路高電位集成故障檢測(cè)信號(hào)輸出，用來(lái)上報(bào)發(fā)射機(jī)，其中延時(shí)檢測(cè)燈絲電源故障；并同時(shí)輸出4路高電位狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)，作為高電位狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)輸出，便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或作進(jìn)一步信號(hào)處理；分為5部分:燈絲電源故障延時(shí)檢測(cè)電路、正偏故障檢測(cè)電路、負(fù)偏故障檢測(cè)電路、集成故障檢測(cè)電路、高電位狀態(tài)檢測(cè)電路。
[0090]( I)燈絲電源故障延時(shí)檢測(cè)電路:
[0091]如圖4所示。行波管燈絲電阻冷態(tài)小熱態(tài)大，相應(yīng)地設(shè)置了燈絲電源慢啟動(dòng)，開機(jī)后燈絲電壓輸出幅值緩慢上升，因此燈絲電流、燈絲電壓的相關(guān)檢測(cè)必須延時(shí)30秒后檢測(cè)。
[0092]圖2中霍爾電流互感器TAl對(duì)燈絲半橋逆變電路的供電輸入電流進(jìn)行檢測(cè)，并從端子①輸出燈絲電流采樣信號(hào)約+2.5V左右(該電壓隨被檢電流線性變化，最大變化幅度約0.6V左右)，輸入圖4中射隨器I進(jìn)行隔離，并增大電流驅(qū)動(dòng)能力；再與+2.5V基準(zhǔn)電壓一起輸入差動(dòng)放大器，當(dāng)燈絲電流正常時(shí)得到約+0.2V差值電壓信號(hào)，其幅值反應(yīng)燈絲電流的大??；將該差值電壓信號(hào)通過同相放大器放大30倍，得到約+6V電壓信號(hào)，將該信號(hào)輸入比較器I與設(shè)定過流門限電壓比較，若該信號(hào)小則比較器I輸出低電平表示正常，若該信號(hào)大則比較器I輸出高電平報(bào)出燈絲過流；將該信號(hào)輸入比較器2與設(shè)定欠流門限電壓比較，若該信號(hào)大則比較器2輸出低電平表不正常,若該信號(hào)小則比較器2輸出高電平報(bào)出燈絲欠流。比較器1、2分別通過二極管V61、V62輸出接撥碼開關(guān)SI的1、2腳。
[0093]將圖1中燈絲高壓隔離采樣信號(hào)輸入圖4射隨器2進(jìn)行隔離，并增大電流驅(qū)動(dòng)能力；再將該信號(hào)輸入比較器3與設(shè)定過壓門限電壓比較，若該信號(hào)小則比較器3輸出低電平表不正常，若該信號(hào)大則比較器3輸出高電平報(bào)出燈絲過壓；同時(shí)，將該信號(hào)輸入比較器4與設(shè)定欠壓門限電壓比較，若該信號(hào)大則比較器4輸出低電平表示正常，若該信號(hào)小則比較器4輸出高電平報(bào)出燈絲欠壓。比較器3、4分別通過二極管V63、V64輸出接撥碼開關(guān)SI的3、4腳。
[0094]如圖4所示。用延時(shí)電路控制比較器1、2、3、4的供電，在開機(jī)后延時(shí)30秒到后才對(duì)比較器1、2、3、4供電，實(shí)現(xiàn)燈絲延時(shí)檢測(cè)功能；延時(shí)電路可以采用RC延時(shí)電路和繼電器來(lái)控制供電等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0095]( 2 )正偏故障檢測(cè)電路:
[0096]將圖1中正偏高壓隔離采樣信號(hào)輸入圖4射隨器3進(jìn)行隔離，并增大電流驅(qū)動(dòng)能力；再將該信號(hào)輸入比較器5與設(shè)定過壓門限電壓比較,若該信號(hào)小則比較器5輸出低電平表不正常，若該信號(hào)大則比較器5輸出高電平報(bào)出正偏過壓；同時(shí)，將該信號(hào)輸入比較器6與設(shè)定欠壓門限電壓比較，若該信號(hào)大則比較器6輸出低電平表不正常,若該信號(hào)小則比較器6輸出高電平報(bào)出正偏欠壓。比較器5、6分別通過二極管V65、V66輸出接撥碼開關(guān)SI的5、6腳。
[0097](3)負(fù)偏故障檢測(cè)電路:
[0098]將圖1中負(fù)偏高壓隔離采樣信號(hào)輸入圖4射隨器4進(jìn)行隔離，并增大電流驅(qū)動(dòng)能力；再將該信號(hào)輸入比較器7與設(shè)定過壓門限電壓比較，若該信號(hào)小則比較器7輸出低電平表不正常，若該信號(hào)大則比較器7輸出高電平報(bào)出負(fù)偏過壓；同時(shí)，將該信號(hào)輸入比較器8與設(shè)定欠壓門限電壓比較，若該信號(hào)大則比較器8輸出低電平表示正常，若該信號(hào)小則比較器8輸出高電平報(bào)出負(fù)偏欠壓。比較器7、8分別通過二極管V67、V68輸出接撥碼開關(guān)SI的7、8腳。
[0099](5)集成故障檢測(cè)電路:
[0100]如圖4所示。將燈絲過流、燈絲欠流、燈絲過壓、燈絲欠壓、正偏過壓、正偏欠壓、負(fù)偏過壓、負(fù)偏欠壓等8個(gè)故障檢測(cè)信號(hào)分別輸入V61?V68，通過SI連接到一起，起到或門的作用；S1內(nèi)部有8路開關(guān)，通常保持接通，任意一路發(fā)生故障，則SI就輸出高電平，如果需要屏蔽任意一路故障，則可以斷開相應(yīng)的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)故障的屏蔽作用；S1的單一輸出連接比較器9、10，與設(shè)定故障門限電壓相比較，若SI的輸出小，則比較器9輸出低電平使得用于指示故障的發(fā)光二極管滅，比較器10輸出的高電位集成故障檢測(cè)信號(hào)為高電平表示正常；gSl的輸出大，則比較器9輸出高電平使得用于指示故障的發(fā)光二極管亮，比較器10輸出的高電位集成故障檢測(cè)信號(hào)為低電平表示故障；此外，用低電平表示故障集成故障檢測(cè)電路也可以報(bào)出高壓柵極脈沖調(diào)制器無(wú)供電故障，因此該電路總共可以集成報(bào)出9路故障。
[0101]( 6 )高電位狀態(tài)檢測(cè)電路:
[0102]如圖4所示。射隨器2的輸出連接電阻分壓器I進(jìn)行分壓，得到約+5V燈絲電壓狀態(tài)信號(hào)，其幅度變化反映燈絲電壓輸出幅度的線性變化；射隨器3的輸出連接電阻分壓器2進(jìn)行分壓，得到約+5V正偏電壓狀態(tài)信號(hào)，其幅度變化反映正偏電壓輸出幅度的線性變化；射隨器4的輸出連接電阻分壓器3進(jìn)行分壓，得到約+5V負(fù)偏電壓狀態(tài)信號(hào)，其幅度變化反映負(fù)偏電壓輸出幅度的線性變化；這3路電壓狀態(tài)信號(hào)與比較器10輸出的高電位集成故障檢測(cè)信號(hào)總共4路信號(hào)，共同作為高電位狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)，易于作進(jìn)一步信號(hào)處理，或者實(shí)現(xiàn)在發(fā)射機(jī)工作時(shí)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。
[0103]二、柵極脈沖調(diào)制電路設(shè)計(jì)
[0104]本發(fā)明調(diào)制器的柵極脈沖調(diào)制由外部開啟脈沖和截尾脈沖，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)和兩級(jí)消噪，由高壓脈沖隔離變壓器高壓隔離，傳輸?shù)綎艠O浮動(dòng)板調(diào)制電路產(chǎn)生柵極調(diào)制脈沖輸出驅(qū)動(dòng)行波管柵極，增加多級(jí)高壓抗打火保護(hù)電路。
[0105]如圖1所示，柵極脈沖調(diào)制電路由在低壓側(cè)的脈沖驅(qū)動(dòng)電路、兩級(jí)消噪電路，以及在高壓側(cè)的高壓隔離脈沖變壓器、開啟管及其驅(qū)動(dòng)電路、截尾管及其驅(qū)動(dòng)電路、柵極脈沖調(diào)制及其保護(hù)電路等6部分組成。
[0106]1、脈沖驅(qū)動(dòng)電路:
[0107]如圖5所示。由TC4424EPA集成驅(qū)動(dòng)芯片UlO為核心構(gòu)成脈沖驅(qū)動(dòng)電路，將從外部輸入的開啟脈沖、截尾脈沖增大驅(qū)動(dòng)電流、優(yōu)化波形，以驅(qū)動(dòng)高壓隔離脈沖變壓器的初級(jí)。在UlO的開啟脈沖輸入端2腳與3腳(地)之間接TVS管V26、電阻R22、濾波電容C34消除輸入線上的毛刺；在UlO的截尾脈沖輸入端4腳與3腳(地)之間接TVS管V27、電阻R23、濾波電容C35消除輸入線上的毛刺；在UlO的電源端6腳與3腳(地)之間接濾波電容C37、C38、電阻R25、TVS管V33，進(jìn)行濾波消除毛刺。
[0108]2、兩級(jí)消噪電路:
[0109]如圖5所示。對(duì)脈沖驅(qū)動(dòng)電路的輸出增加兩級(jí)消噪電路，其功能是對(duì)UlO的輸出增加濾波消噪和保護(hù)，增強(qiáng)UlO的抗行波管打火能力，在發(fā)射機(jī)的行波管、高壓電源等發(fā)生打火時(shí)，地線和電磁環(huán)境受到影響時(shí)，確保UlO完好。在UlO的開啟脈沖輸出端7腳接限流電阻R24 ;快速二極管V28負(fù)端接電源端、正端接R24，快速二極管V30負(fù)端接電源端、正端接地，實(shí)現(xiàn)一級(jí)降噪；隔直電容C36 —端接R24和V28正端，另一端接V29正端和高壓隔離脈沖變壓器；快速二極管V29負(fù)端接電源端、正端接R24，快速二極管V31負(fù)端接電源端、正端接地，實(shí)現(xiàn)二級(jí)降噪；TVS管V32負(fù)端接C36，正端接地，消除輸出線上毛刺；TVS管V34負(fù)端接UlO的截尾脈沖輸出端5腳，正端接地，消除輸出線上毛刺；0.1 μ F陶瓷電容C39消除柵極調(diào)制脈沖間隔內(nèi)的干擾雜波。
[0110]3、高壓隔離脈沖變壓器:
[0111]如圖6所示Τ7。其功能是將UlO的輸出的合成一路的開啟/截尾脈沖，輸入高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)開啟管和截尾管。該變壓器有一個(gè)初級(jí)兩個(gè)次級(jí)，匝比為10:10:10，采用45mmX26mmX IOmm (外徑X內(nèi)徑X厚)超微晶環(huán)形磁芯,磁通量較大,直接可以無(wú)失真地傳輸60 μ s寬脈寬。該變壓器采用45mmX26mmX IOmm (外徑X內(nèi)徑X厚)超微晶環(huán)形磁芯，用外徑僅1.6mm工作電壓ISkV耐壓22kV的高壓線繞制初、次級(jí)線圈，接到低壓電路的線圈在內(nèi)層繞制，接到高壓電路的線圈在外層繞制，并纏繞聚四氟乙烯薄膜作為層間絕緣，實(shí)現(xiàn)初次級(jí)> 35kV的高壓隔離，工藝簡(jiǎn)單可靠性高，大幅減小變壓器的體積減小體積。
[0112]4、開啟管及其驅(qū)動(dòng)電路:
[0113]如圖6所示。其功能是產(chǎn)生柵極調(diào)制脈沖的前沿和頂部。將從高壓隔離脈沖變壓器次級(jí)傳來(lái)的合成一路的開啟/截尾脈沖，用快速二極管V34得到開啟脈沖驅(qū)動(dòng)開啟管V38，V38可選用工作電壓1500V以上的MOS管，脈沖前沿≤0.8μ s頂部平坦。正偏電壓通過防反壓的二極管V53 輸入接V34的源極D，V34的漏極S接100 Ω/8W無(wú)感功率電阻R29限流，V34的柵極G和漏極S之間接4.7 Ω的匹配電阻R27和防過壓TVS管V36，選用TVS管型號(hào)P6KE22CA ；V40~V42是3只TVS管1.5KE440CA串聯(lián)，再與1400V氣體放電管V46并聯(lián)，然后接到V34的源極D和漏極S之間，以組合保護(hù)方式防止行波管打火過壓損壞MOS管。TVS管耐受電流小、動(dòng)作電壓準(zhǔn)確與標(biāo)稱電壓偏差較小，而氣體放電管耐受電流大、動(dòng)作電壓相比標(biāo)稱值偏差較大，多數(shù)在±10%左右變化；因此在MOS管的源極D和漏極S之間并聯(lián)TVS管V40~V42和氣體放電管V46的組合保護(hù)方式，可以結(jié)合小打火電壓、小打火能量的精確保護(hù)與大打火電壓、大打火能量的安全保護(hù)這兩種保護(hù)功能，在發(fā)生行波管打火時(shí)可靠地保護(hù)MOS管的源極D和漏極S之間不被擊穿；因?yàn)镸OS管的柵極G和漏極S之間接
4.7 Ω的匹配電阻R27，所以柵極G和漏極S之間幾乎同電位，在發(fā)生行波管打火時(shí)該組合保護(hù)方式也可以可靠地保護(hù)MOS管的源極D和漏極S之間不被擊穿。
[0114]5、截尾管及其驅(qū)動(dòng)電路:
[0115]如圖6所示。其功能是產(chǎn)生柵極調(diào)制脈沖的后沿。將從高壓隔離脈沖變壓器次級(jí)傳來(lái)的合成一路的開啟/截尾脈沖，用快速二極管V35得到截尾脈沖驅(qū)動(dòng)截尾管V39，V39可選用工作電壓1500V以上的MOS管，脈沖后沿≤I μ S。負(fù)偏電壓接V39的漏極S，V39的源極D接100 Ω /8W無(wú)感功率電阻R30限流，V39的柵極G和漏極S之間接匹配電阻R28和防過壓TVS管V37，選用TVS管型號(hào)P6KE22CA ；V43~V45是3只TVS管1.5KE440CA串聯(lián)，再與1400V氣體放電管V47并聯(lián)，然后接到V39的源極D和漏極S之間，這種TVS管V43~V45和氣體放電管V47的組合保護(hù)方式，可以結(jié)合小打火電壓、小打火能量的精確保護(hù)與大打火電壓、大打火能量的安全保護(hù)這兩種保護(hù)功能，在發(fā)生行波管打火時(shí)可靠地保護(hù)V39的源極D和漏極S之間不被擊穿；因?yàn)閂39的柵極G和漏極S之間接4.7Ω的匹配電阻R28，所以柵極G和漏極S之間幾乎同電位，在發(fā)生行波管打火時(shí)該組合保護(hù)方式也可以可靠地保護(hù)V39的源極D和漏極S之間不被擊穿。
[0116]6、柵極脈沖調(diào)制及其保護(hù)電路:
[0117]如圖6所示。其功能是將形成的調(diào)制脈沖經(jīng)過保護(hù)電路驅(qū)動(dòng)行波管柵極。采用浮動(dòng)板柵極調(diào)制電路產(chǎn)生柵極調(diào)制脈沖，波形好、前后沿陡、效率高，發(fā)熱小。增加多級(jí)高壓抗打火保護(hù)電路，由V38和V39得到柵極調(diào)制脈沖，經(jīng)過1200V/0.47 μ F高頻薄膜電容C39隔直，當(dāng)V38發(fā)生直通故障時(shí)，防止正偏電壓直接加到行波管柵極上造成行波管柵極損壞；再經(jīng)過100Q/8W無(wú)感功率電阻R41限流，然后輸出到行波管柵極。電阻R31?R34、R36?R39和電容C39構(gòu)成一個(gè)回路，這些電阻可以對(duì)C39在進(jìn)行放電。電阻R36?R39串聯(lián)后，其兩端與高壓快恢復(fù)二極管V49?V51串聯(lián)后的兩端相接，然后再與氣體放電管V52和限流電阻R40串聯(lián)后的兩端相接，一端與C39、R41連接，另一端連接負(fù)偏電壓輸入，在V39不工作或發(fā)生斷路故障時(shí)，將柵極調(diào)制脈沖的底部可靠地箝位在負(fù)偏電壓上，確保行波管工作安全。1400V氣體放電管V52和限流電阻R40串聯(lián)后，一端接V49和R41，另一端接負(fù)截尾管偏電壓輸入，當(dāng)行波管發(fā)生打火時(shí)，可以泄放打火能量，保護(hù)開啟管和截尾管。1400V氣體放電管V48和限流電阻R35串聯(lián)后，一端接R33和C39，另一端接負(fù)截尾管偏電壓輸入，當(dāng)行波管發(fā)生打火時(shí)，可以泄放打火能量，保護(hù)柵極脈沖調(diào)制電路。
【權(quán)利要求】
1.一種可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，包括燈絲電源電路、正偏電源電路、負(fù)偏電源電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路和柵極脈沖調(diào)制電路；其特征在于:將燈絲電源電路、正偏電源電路和負(fù)偏電源電路輸入端的48V供電端并聯(lián)共用，輸出端的高電位公共端并聯(lián)共用，形成燈絲電源電路、正偏電源電路和負(fù)偏電源電路的集成；所述燈絲電源電路、正偏電源電路和負(fù)偏電源電路中的反饋采用反饋?zhàn)儔浩?，其?燈絲電源電路中的反饋由燈絲高壓隔離變壓器T1與燈絲高壓隔離變壓器輸出端并聯(lián)的燈絲反饋?zhàn)儔浩鱐2組成；正偏電源電路中的反饋由正偏高壓隔離變壓器T3與正偏高壓隔離變壓器輸出端并聯(lián)的正偏反饋?zhàn)儔浩鱐4組成；負(fù)偏電源電路中的反饋由負(fù)偏高壓隔離變壓器T5與負(fù)偏高壓隔離變壓器輸出端并聯(lián)的負(fù)偏反饋?zhàn)儔浩鱐6組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，其特征在于:在燈絲電源電路、正偏電源電路和負(fù)偏電源電路的反饋整流濾波電路的輸出端，燈絲半橋逆變電路中供電輸入電流線路上串聯(lián)的霍爾電流互感器TAl的輸出端連接高電位集成故障檢測(cè)電路；所述高電位集成故障檢測(cè)電路包括燈絲過流、燈絲欠流、燈絲過壓、燈絲欠壓、正偏過壓、正偏欠壓、負(fù)偏過壓和負(fù)偏欠壓8個(gè)故障檢測(cè)電路，根據(jù)燈絲半橋逆變電路中供電輸入電流線路上串聯(lián)的霍爾電流互感器TAl的輸出端得到燈絲電流采樣信號(hào)，將采樣信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較得到燈絲過流或燈絲欠流的警示信號(hào)輸出；根據(jù)燈絲反饋整流濾波電路輸出端的采樣信號(hào)與設(shè)定的燈絲過壓門限電壓或燈絲欠壓門限電壓進(jìn)行比較，得到燈絲過壓或燈絲欠壓的警示信號(hào)輸出；根據(jù)正偏反饋整流濾波電路輸出端的采樣信號(hào)與設(shè)定的正偏過壓門限電壓或正偏欠壓門限電壓進(jìn)行比較，得到正偏過壓或正偏欠壓的警示信號(hào)輸出；根據(jù)負(fù)偏反饋整流濾波電路輸出端的采樣信號(hào)與設(shè)定的負(fù)偏過壓門限電壓或負(fù)偏欠壓門限電壓進(jìn)行比較，得到負(fù)偏過壓或負(fù)偏欠壓的警示信號(hào)輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，其特征在于:在48V供電與燈絲電源電路、正偏電源電路和負(fù)偏電源電路的輸入端設(shè)有濾波電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，其特征在于:所述柵極脈沖調(diào)制電路的脈沖驅(qū)動(dòng)電路是由TC4424EPA集成驅(qū)動(dòng)芯片UlO為核心構(gòu)成脈沖驅(qū)動(dòng)電路，將從外部輸入的開啟脈沖、截尾脈沖增大驅(qū)動(dòng)電流、優(yōu)化波形，以驅(qū)動(dòng)高壓隔離脈沖變壓器的初級(jí)；在UlO的開啟脈沖輸入端2腳與3腳的地之間接TVS管V26、電阻R22和濾波電容C34，以消除輸入線上的毛刺；在UlO的截尾脈沖輸入端4腳與3腳地之間接TVS管V27、電阻R23和濾波電容C35，以消除輸入線上的毛刺；在UlO的電源端6腳與3腳地之間接濾波電容C37、C38、電阻R25和TVS管V33，以進(jìn)行濾波消除毛刺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，其特征在于:所述柵極脈沖調(diào)制電路的兩級(jí)消噪電路:在UlO的開啟脈沖輸出端7腳接限流電阻R24 ;快速二極管V28負(fù)端接電源端、正端接R24，快速二極管V30負(fù)端接電源端、正端接地，實(shí)現(xiàn)一級(jí)降噪；隔直電容C36 —端接R24和V28正端，另一端接V29正端和高壓隔離脈沖變壓器；快速二極管V29負(fù)端接電源端、正端接R24，快速二極管V31負(fù)端接電源端、正端接地，實(shí)現(xiàn)二級(jí)降噪；TVS管V32負(fù)端接C36，正端接地，消除輸出線上毛刺；TVS管V34負(fù)端接UlO的截尾脈沖輸出端5腳，正端接地，消除輸出線上毛刺；0.1yF陶瓷電容C39消除柵極調(diào)制脈沖間隔內(nèi)的干擾雜波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，其特征在于:所述柵極脈沖調(diào)制電路的高壓隔離脈沖變壓器包括一個(gè)初級(jí)兩個(gè)次級(jí)，匝比為10:10:10。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，其特征在于:所述高壓隔離脈沖變壓器，以及T1~T6的六個(gè)反饋?zhàn)儔浩骶捎贸⒕Лh(huán)形磁芯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，其特征在于:所述燈絲高壓隔離變壓器T1的變壓比為46: 33，燈絲反饋?zhàn)儔浩鱐2的變壓比為1:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，其特征在于:所述正偏高壓隔離變壓器T3的變壓比為10: 62，正偏反饋?zhàn)儔浩鱐4的變壓比為55: 9。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)集成高壓柵極脈沖調(diào)制器，其特征在于:所述負(fù)偏高壓隔離變壓器T5的變壓比為10: 57，負(fù)偏 反饋?zhàn)儔浩鱐6的變壓比為55: 9。
【文檔編號(hào)】H02M1/088GK103929847SQ201410055302
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】陳耿, 羅強(qiáng), 魏欣, 李銳, 江志, 李建華, 張耀, 顧光, 何鵬軍, 陳義懷, 李超, 張焱, 白云飛, 劉潔, 許馮華, 張寧, 邊昆, 馬行 申請(qǐng)人:西安電子工程研究所