中心議題：

• 雷達(dá)發(fā)射機(jī)高壓穩(wěn)壓電源

解決方案：

• 采用柵控功率行波管
• 采用收集極降壓方式

1 引言

現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)射機(jī)已廣泛采用柵控功率行波管，由于行波管相位靈敏度的提高，為了滿足雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)改善因子的指標(biāo)要求，因而對(duì)其管體高壓的穩(wěn)定度和紋波均有很高的要求。又為了提高行波管的效率，普遍采用收集極降壓方式，所以其高壓電源由兩組組成，一組是管體高壓穩(wěn)壓電源，一組是收集極高壓不穩(wěn)壓電源?，F(xiàn)就某雷達(dá)發(fā)射機(jī)高壓電源設(shè)計(jì)的思路和設(shè)計(jì)方法作一介紹。

2 主要技術(shù)要求

1)輸入電壓 ～220V/400Hz(±5%)。

2)輸出管體高壓

電壓 UA=20～25kV，穩(wěn)壓，連續(xù)可調(diào);

電流 Ia≥15mA，脈沖電流Iap≥1A;

電壓穩(wěn)定度Sv≤10-3(輸入電壓±5%變化);

負(fù)載穩(wěn)定度Si≤2.5×10-3(負(fù)載由空載到滿載);

紋波≤10-4。

3)輸出收集極高壓

電壓Uc=15～18kV;

電流Ic≥85mA，脈沖電流Icp≥5.5A;

紋波≤5×10-3。

4)環(huán)境溫度

工作環(huán)境溫度(-15～55)℃;

貯存溫度(-45～75)℃;

濕度+40℃，(95±3)%。

5)平均無故障時(shí)間

MTBF≥1000h

3 設(shè)計(jì)思路

1)設(shè)計(jì)宗旨高可靠性、低故障率，在高溫、高濕、高鹽霧的工作環(huán)境中確保電源穩(wěn)定可靠工作,無放電、電暈、跳火等現(xiàn)象發(fā)生，并要求體積小、重量輕,便于安裝調(diào)試和維修。

2)技術(shù)指標(biāo)

——目前一般高壓穩(wěn)壓電源有開關(guān)型電源、線性串聯(lián)型電源和線性并聯(lián)型電源及初級(jí)穩(wěn)壓型電源。由于對(duì)高穩(wěn)定度和超低紋波的要求，本設(shè)計(jì)選用線型電路。

——由于柵控行波管采用收集極降壓，因而需要一組穩(wěn)壓電源和一組不穩(wěn)壓電源，一般是設(shè)計(jì)兩組穩(wěn)壓電源供電，該方式對(duì)行波管有以下的缺陷：需要兩只高壓變壓器，且整流橋和濾波電容器需要耐壓很高(輸出直流電壓+管壓降)。兩組高壓供電，不能滿足

行波管同步加電和同步斷電要求，易造成兩組輸出電壓的壓差過大而引起行波管收集極對(duì)地打火而造成故障。

因而，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)具有獨(dú)特特點(diǎn)的雙回路高壓電源，完全克服了以上的缺陷，非常適用于行波管的使用。

4 雙回路高壓電源的工作原理簡(jiǎn)介

4.1 原理框圖

原理框圖如圖1所示。 [page]
4.2 原理簡(jiǎn)介

輸入400Hz/220V電源，經(jīng)高壓變壓器升壓變換后，輸出兩路交流高壓分別送入兩組整流器及濾波器，其中一組作為收集極電壓(Uc=15～18kV，Ic=85mA，而不需要專門做收集極高壓，這是該電路的獨(dú)特之處)送入行波管收集極。另外，將整流濾波后的兩組直流電壓串聯(lián)，經(jīng)調(diào)整管G穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定度很高的直流電壓(UA=20～25kV，Ia≥15mA，穩(wěn)壓可調(diào))給行波管的同步極。在調(diào)整管G的陰極和兩整流器串聯(lián)點(diǎn)之間接一個(gè)高壓硅柱D3，對(duì)調(diào)整管G構(gòu)成過壓保護(hù)電路，調(diào)整管G出現(xiàn)的最高電壓就是整流器V1空載時(shí)的輸出電壓。所以調(diào)整管G可以選耐壓很低的管子。同時(shí)濾波電容C1、C2的耐壓也相應(yīng)降低了，因而大大減小了體積和重量。特別是消除了兩組電壓因充放電不一致引起高壓差而打火。

如果輸出電壓受某種因素的影響發(fā)生變化時(shí)，取樣電路將其變化量采樣放大，送入比較放大器中與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大后送至調(diào)整管的柵極，以改變柵極上的控制電壓，從而改變了調(diào)整管上的管壓降，使其輸出電壓保持不變，達(dá)到穩(wěn)壓的效果。

為了有效地消除高壓放電、電暈和高濕環(huán)境中的飛弧打火故障，將高壓變壓器、高壓整流模塊和濾波器組成一獨(dú)立的油浸式高壓整流器模塊，即“高壓組件”，且外殼接地，這樣又大大縮小了體積和重量，更便于安裝，與一般行波管電源比較重量減輕了很多，體積縮小了一半以上。

5 調(diào)整管的選用

5.1 調(diào)整管電流IM計(jì)算

IM=IA+I0(1)

式中：IA為行波管管體電流IA=15mA;

I0為取樣電路及泄放電阻上的電流，I0=3mA。

則IM=15+3=18mA

5.2 調(diào)整管耐壓值計(jì)算

1)最小管壓降值UAKmin

UAKmin=UA0+US(2)

式中：UA0為調(diào)整管正常工作時(shí)的管壓降，取UA0=2.5kV;

US為穩(wěn)壓輸出的電壓調(diào)整范圍，US=25-20=5kV。

則UAKmin=2.5kV+5kV=7.5kV

2)最大管壓降值

(1)傳統(tǒng)穩(wěn)壓電路的最大管壓降值計(jì)算

當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)+5%而又是空載時(shí)(采用容性濾波)，調(diào)整管輸入電壓Uin為

Uin=(UAKmin+UA)×1.05×=(7.5+20)×1.05×=40.87kV

此時(shí)管壓降值為UAK=Uin-UA=40.87-20=20.87kV

此時(shí)若調(diào)整管出現(xiàn)截止(輸出電壓UA=0)時(shí)，則管壓降值為

UAKmax=Uin=40.87kV

所以若采用兩組電源獨(dú)立分開供電，則調(diào)整管耐壓必須>40.87kV，該類調(diào)整管目前是很難選到的。而雙回路型高壓電源,使調(diào)整管耐壓大大降低了。

(2)雙回路型高壓電源的調(diào)整管最大管壓降值

由于調(diào)整管輸入電壓是由U1和UC串聯(lián)提供的，UA=U1+UC

當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)+5%而調(diào)整管出現(xiàn)截止(輸出電壓UA=0)時(shí)，調(diào)整管最大管壓降UAKmax為

UAKmax=UA-UC=40.87kV-18.9kV=21.97kV

則可選用耐壓大于21.97kV的調(diào)整管即可，該調(diào)整管就容易選了。
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5.3 調(diào)整管最大功耗PAM計(jì)算

PAM=UAK×IA(3)

式中：UAK為電網(wǎng)電壓波動(dòng)+5%,輸出電壓為20kV時(shí)的管壓降，

UAK=(20+7.5)×1.05-20=8.88kV;

IA=18mA。

則 PAM=UAKIA=8.88×103×18×10-3=159.84W

根據(jù)以上計(jì)算,選用了北京某所新研制的小型金屬陶瓷三極管T9730,該管體積小重量輕，性能穩(wěn)定可靠,完全滿足雙回路穩(wěn)壓電源調(diào)整管的要求。其主要技術(shù)參數(shù)為

最大耐壓 30kV

最大電流 300mA

最大功耗 300W

6 比較放大電路的設(shè)計(jì)

該電路采用三極管分壓取樣反饋,精密穩(wěn)壓管做基準(zhǔn),運(yùn)放集成電路做比較放大電路,在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成一個(gè)可獨(dú)立安裝調(diào)試的模塊。

7 雙回路高壓電源測(cè)試數(shù)據(jù)

1)管體高壓

電壓 UA=20～25kV穩(wěn)壓，連續(xù)可調(diào);

電流 IA=15mA;

電壓穩(wěn)定度 SV=0.1%;

電流穩(wěn)定度 Si=0.1%;

紋波 2V。

2)收集極高壓

電壓 UC=18kV±2kV;

電流 IC=70mA;

紋波電壓 13V。

8 結(jié)語

該電源在使用中性能良好,工作穩(wěn)定可靠。并且抗行波管打火的能力強(qiáng),具有很好的保護(hù)功能。在同類高壓電源中處于領(lǐng)先水平。