基于IGBT的固態(tài)脈沖調(diào)制器設(shè)計與實現(xiàn)

以氫閘流管ZQM1-350/14型為例，其參數(shù)為14000V/350A，陶瓷外殼，需要12.6V/6A的燈絲電源。其關(guān)斷時，高壓電源經(jīng)充電電感和變壓器的原邊給仿真線充電，氫閘流管接通時，仿真線經(jīng)氫閘流管對變壓器原邊放電，在變壓器的副邊產(chǎn)生高壓脈沖去調(diào)制磁控管。氫閘流調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

充氫閘流管是由陽極、陰極、柵極(控制柵，有的還具有預點火柵或分壓柵等)組成，將所有電極用絕緣外殼密封，利用低壓氫氣(氘氣)作為工作及滅弧絕緣介 質(zhì)，是離子開關(guān)管中的一個分支，將觸發(fā)脈沖(正極性)加到柵極，使陰-柵間隙產(chǎn)生輝光放電，放電擴展到陽柵間隙導致陽柵間隙擊穿導通，使外電路通過陽極- 柵極-陰極放電，而輸出脈沖電流，是具有正啟動特性的脈沖電真空器件，具有工作電壓高，脈沖電流大，觸發(fā)電壓低，脈沖寬度窄，電流上升快，點火穩(wěn)定等特 點，廣泛應用于國防、醫(yī)療、高能激光、科學研究等領(lǐng)域或場合。

氫閘流管作為開關(guān)時，開關(guān)的接通是由控制柵極上施加正觸發(fā)脈沖來實現(xiàn)的。如果閘流管陽極具有足夠高的正向電壓，柵極一旦被觸發(fā)，陽極-陰極之間將迅速導 通，柵極就失去了對放電的控制作用。只有陽極電壓降得很低，不足以維持放電電流時，閘流管才會截止。閘流管在放電結(jié)束后，要經(jīng)過一段消電離時間，柵極才能恢復原來的控制功能。因此，閘流管脈沖調(diào)制器形成的脈沖波形頂部抖動、后沿拖長。

況且真空管調(diào)制器由于電子管的外圍電路有偏壓、簾柵、 陽極等電源，這些電源是不可缺少且體積龐大的高壓電源。調(diào)制器導通時的管壓降較大，調(diào)制器效率較低。電子管極間電容的存在很難實現(xiàn)窄脈沖調(diào)制。另外由于電 子管在真空度變差情況下可能會出現(xiàn)打火等現(xiàn)象，嚴重影響雷達發(fā)射機的可靠性。電子管陰極的壽命較短，也制約著電子管在調(diào)制器中的使用。

全固態(tài)調(diào)制器與電子管調(diào)制器相比具有效率高、體積小、重量輕、可靠性高、壽命長、維修費用低等優(yōu)點。因此，研究固態(tài)調(diào)制器是一個極為重要的發(fā)展方向。3.2 固態(tài)脈沖調(diào)制器

固態(tài)脈沖調(diào)制器就是以固態(tài)開關(guān)管IGBT替代電真空管的調(diào)制器。IGBT模塊采用10只IGBT串聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)使用，單片機驅(qū)動模塊利用單片機形成統(tǒng)一的觸發(fā)脈沖，經(jīng)驅(qū)動模塊M57962L同步觸發(fā)IGBT網(wǎng)絡(luò)。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

Tch等于調(diào)制器脈沖重復周期T0兩倍，即調(diào)制器的脈沖重復頻率是固定的。因此為了適應雷達工作于多種重復頻率的要求，可在充電電路中串入一只二極管，稱為充電二極管或保持二極管。這時只要充電電路的Tch值小于最小的脈沖重復周期就行了。

VD2和R1稱為過電壓保護電路，它的作用是防止仿真線上出現(xiàn)過高的電壓而損壞功率管。當仿真線向接近短路的負載放電時，其上的電壓會變成負極性，由于 功率管不能反向?qū)щ?，這個負極性的電壓不會消失，在下一個脈沖重復周期充電時，這個電壓與電源電壓的極性一致，所以仿真線將會充電到一個較高的電壓值。如 果這時負載打火并未消失，那么這一過程將會繼續(xù)下去。在理論上可以證明，仿真線上的電壓將會達到電源電壓的6倍之多。當電路中接入VD2和R1之后，只要 仿真線上出現(xiàn)負極性電壓，就可以通過VD2放掉，從而防止了仿真線上過電壓的產(chǎn)生。

R2C2稱為反肩峰電路。當仿真線向不匹配的負載放電會在脈沖的前沿引起顯著的肩峰。R2C2電路就是為了減小這種肩峰的，其電阻通常選擇和負載阻抗相等，而電容的大小可按電路時間常數(shù)與脈沖前沿時間大致相當來確定。

功率開關(guān)管IGBT采用高速型MG400Q1US41，其參數(shù)為1 200V/400A，其參數(shù)如圖4所示。工程中采用十管串聯(lián)的方法以適應高電壓的要求。驅(qū)動模塊采用M57962L，其參數(shù)為1200V/400A。

十管串聯(lián)需要保證串聯(lián)的10個管子同時導通、同時截止，否則先導通或者后截止的管子就因為要承受高電壓而擊穿，進一步擊穿所有的管子，而形成調(diào)制器故 障，造成不必要的損失。解決的辦法是用單片機產(chǎn)生一路觸發(fā)脈沖，同時觸發(fā)驅(qū)動模塊。因為驅(qū)動模塊具有較高的輸入阻抗，因此單片機的輸出電流足夠同時觸發(fā)驅(qū) 動模塊。10個驅(qū)動模塊被同時觸發(fā)，因其延遲的一致性，會使單片機的觸發(fā)脈沖同時加到10個IGBT的柵極。根據(jù)調(diào)制器的要求，由單片機