大功率行波管測(cè)試設(shè)備高壓電源的研究

摘要：介紹了一種適用于大功率行波管測(cè)試設(shè)備的高壓電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，陰極電源模塊和各收集極電源模塊功能獨(dú)立，便于功率擴(kuò)展。單電源模塊可實(shí)現(xiàn)輸出電壓-1～25 kV，輸出電流0～500mA，輸出功率5 kW。詳細(xì)闡述了零電壓多諧振軟開(kāi)關(guān)條件下，4種工作模式的諧振過(guò)程和能量傳遞。提出了閉環(huán)穩(wěn)壓的間歇控制策略，減小了電源在輕載或空載條件下的開(kāi)關(guān)損耗。最后給出不同工況下電源的主要工作波形，證明該設(shè)計(jì)方案的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：高壓電源；大功率行波管；間歇控制

1 引言
行波管是一種昂貴的電真空器件，要求測(cè)試設(shè)備工作可靠、保護(hù)靈敏、便于調(diào)試且兼顧功率擴(kuò)展功能。這里設(shè)計(jì)一種適用于行波管測(cè)試設(shè)備的寬電壓調(diào)節(jié)范圍，良好負(fù)載特性的模塊化高壓電源系統(tǒng)。該模塊具有獨(dú)立的主電路、控制電路和保護(hù)電路，能夠獨(dú)立控制，便于功率擴(kuò)展。采用零電壓多諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，降低開(kāi)關(guān)損耗，提高開(kāi)關(guān)頻率，減小電源體積。

2 高壓電源系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理
圖1為高壓電源的系統(tǒng)框圖。三相電壓經(jīng)繼電器延時(shí)防沖后送往各電源模塊，包括陰極電源模塊和各收集極電源模塊。收集極電源模塊的個(gè)數(shù)可根據(jù)行波管的需要設(shè)定，各電源模塊的高壓輸出端經(jīng)限流電阻和高壓硅堆進(jìn)行共陰極連接。陰極電源模塊輸出直流負(fù)高壓-1～-25 kV可調(diào)，收集極電源模塊輸出直流負(fù)高壓-1～-20 kV可調(diào)，兩者電流0～500 mA可調(diào)，最大功率5kW。

這種模塊化的高壓電源系統(tǒng)，既保證了行波管高壓電源的總輸出功率，又降低了單個(gè)電源模塊的輸出功率，減小了器件應(yīng)力，提高了系統(tǒng)可靠性。同時(shí)模塊化的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)陰極電壓和各收集極電壓的獨(dú)立調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足不同行波管的電壓和功率要求。

3 電源模塊的工作原理
圖2為電源模塊的原理框圖。三相電壓整流濾波后產(chǎn)生500 V直流電，經(jīng)零電壓多諧振軟開(kāi)關(guān)逆變?nèi)珮蜃儞Q成60 kHz的高頻交流電。高壓變壓器進(jìn)行隔離升壓，適當(dāng)?shù)淖儽群痛渭?jí)分槽繞制的制作工藝可有效減小各種寄生參數(shù)對(duì)電路的影響。全波倍壓整流和電容儲(chǔ)能濾波后產(chǎn)生低紋波的直流負(fù)高壓，為行波管提供功率源。直流高壓采樣經(jīng)穩(wěn)壓控制電路和隔離驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制逆變?nèi)珮虻拈_(kāi)關(guān)器件，形成閉環(huán)穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)直流高壓的穩(wěn)定輸出。控保電路完成高壓電源的開(kāi)關(guān)機(jī)控制、電壓基準(zhǔn)設(shè)定以及電壓和電流等狀態(tài)量的檢測(cè)和保護(hù)功能，同時(shí)負(fù)責(zé)與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。