空投型雷達(dá)發(fā)射機(jī)陰極高壓電源設(shè)計(jì)
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1．2．1 全橋控制保護(hù)電路
使用SG1525加驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器作為全橋PWM控制電路，對(duì)陰極高壓輸出采用高壓電阻分壓器取樣，對(duì)高頻隔離變壓器的初級(jí)電流取樣，并把取樣信號(hào)送往SG1525進(jìn)行反饋閉環(huán)控制。同時(shí)，還設(shè)置了有效的陰極電流檢測(cè)和過流故障保護(hù)電路，確保行波管安全工作。在所有開關(guān)電源逆變拓?fù)渲?，全橋逆變電路功率輸出大，且逆變電壓高，可減少高頻變壓器的初級(jí)匝數(shù)。
1．2．2 減小陰極高壓電源高頻紋波
雷達(dá)發(fā)射機(jī)頻譜的寄生調(diào)制邊帶，會(huì)造成檢測(cè)電路中出現(xiàn)虛假目標(biāo)，降低雷達(dá)系統(tǒng)在雜波背景下的可見度。行波管各極電源相位調(diào)制靈敏度中，陰極電源的相位調(diào)制靈敏度最大。也就是說，陰極電源紋波對(duì)行波管放大器頻譜純度的影響最大。因此，濾除陰極高壓電源的高頻紋波是關(guān)鍵。這可以通過兩個(gè)有效方法實(shí)現(xiàn)：一是增大儲(chǔ)能濾波電容；二是提高逆變頻率。為消除紋波，經(jīng)常使用大容量的電容器進(jìn)行濾波，但必須權(quán)衡電容器的容量上限，以確保放電能量低于行波管的最大承受能量值。
另外，從發(fā)射機(jī)測(cè)試的頻譜來看，寄生輸出處正是高壓電源的逆變頻率。由于行波管電源紋波的頻率取決逆變頻率，逆變頻率采用100 kHz，其相位噪聲峰將相隔200 kHz，離開載頻距離很遠(yuǎn)，對(duì)整體來說相位噪聲則小得多。因此，在器件性能和工作條件許可的條件下，提升陰極高壓電源的逆變頻率，可以改善發(fā)射機(jī)頻譜純度，且利于陰極高壓電源的小型化和逆變效率提高。
1．2．3 全橋逆變器的軟開關(guān)諧振
高壓開關(guān)電源的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，大幅提高開關(guān)頻率，就可以提高變換效率。在原20 kHz左右硬開關(guān)工作方式時(shí)，開關(guān)損耗較小，在開關(guān)頻率提高后，已變得十分嚴(yán)重。將傳統(tǒng)的PWM技術(shù)與諧振技術(shù)相互結(jié)合，采用軟開關(guān)諧振變換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了零電壓狀態(tài)的開關(guān)變換，有效解決了高頻條件下的開關(guān)損耗問題，極大地減小陰極高壓電源的體積、減輕重量，并減少對(duì)散熱系統(tǒng)的技術(shù)壓力，為發(fā)射機(jī)的小型化提供必要的基礎(chǔ)。文中采用變壓器的漏感和MOSFET的結(jié)電容以及諧振電感構(gòu)成諧振電路。
1．2．4 串級(jí)式輸出高壓
以往高壓電源的高壓隔離變壓器通常只有一個(gè)次級(jí)，隨著輸出電壓增高，次級(jí)繞組電壓變得更高，同時(shí)高耐壓的高壓電路元件稀少且昂貴，這些都增大了設(shè)計(jì)難度。而陰極高壓電源采用新的串級(jí)式倍壓輸出形式，即采用一個(gè)高壓變壓器輸出多個(gè)串聯(lián)的次級(jí)繞組，每個(gè)次級(jí)繞組可以選用較大功率的整流電路，然后將它們的輸出端串接在一起，相當(dāng)于將多個(gè)高壓電源串接在一起，這樣每一路都可選用耐壓要求低的元器件，容易在貨架產(chǎn)品中選型。此外，高壓變壓器次級(jí)為多個(gè)串聯(lián)繞組，每個(gè)繞組耐壓要求低，也簡(jiǎn)化了高壓絕緣要求。這為解決大功率高輸出和對(duì)發(fā)射機(jī)占空比適應(yīng)性寬提供了很好的解決途徑。串級(jí)式輸出陰極高壓電源的效率高、功率密度大，對(duì)發(fā)射機(jī)占空比適應(yīng)性寬，研制周期短，有利于提高發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)性能。
2 陰極高壓電源的工程實(shí)現(xiàn)
2．1 主電路關(guān)鍵元件的選定
(1)半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的選定。陰極高壓電源逆變頻率較高，因此全橋電路中功率開關(guān)器件選擇MOSFET。根據(jù)峰值功率估算諧振回路中的峰值電流和平均電流并考慮到足夠的余量，選用IR公司峰值電流500 V／20 A的IRF460，就能夠滿足陰極高壓電源功率轉(zhuǎn)換電路可靠工作的需要。
(2)諧振電感。根據(jù)對(duì)全橋電路的分析，要提高陰極高壓電源的效率，就必須減小開關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)MOSFET的軟開關(guān)，于是諧振回路的諧振電感量就成為關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)MOSFET軟開關(guān)的必要條件是，儲(chǔ)存在諧振電感中能量，必須要大于在最大過渡時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存在MOSFET輸出電容和變壓器初級(jí)繞組電容中的能量的總和，諧振回路中的能量轉(zhuǎn)換可表示為
其中，Cmos為MOSFET的結(jié)電容，已知IR460的結(jié)電容為860 pF，可以求得諧振電感為
實(shí)際取諧振電感240μH。
(3)高頻隔離變壓器。陰極高壓電源的高頻隔離變壓器，采用相應(yīng)功率容量大且損耗低的高頻非晶矩形磁芯。初級(jí)繞組匝數(shù)
取整數(shù)為11匝，考慮到變壓器的損耗以及在電網(wǎng)電壓最低時(shí)也應(yīng)當(dāng)保證高壓輸出值保持在15 kV，選擇初級(jí)繞組匝數(shù)為16匝。因?yàn)椴捎么?jí)式高壓電路，由5個(gè)二倍壓電路串聯(lián)輸出高壓，所以次級(jí)繞組可以分為5個(gè)相同并互相隔離的次級(jí)小繞組，以其中一個(gè)小繞組匝數(shù)的計(jì)算為例。
高頻隔離變壓器的處的工作頻率較高，為減少集膚效應(yīng)產(chǎn)生的鐵損，減低鐵芯溫升，因此選用0．2 mm的銅箔制作初級(jí)繞組，共15匝；次級(jí)繞組選用0．2 mm的漆包線繞制5個(gè)相同并互相隔離的小繞組，每個(gè)105匝。
評(píng)論