大功率行波管測試設備高壓電源的研究

摘要：介紹了一種適用于大功率行波管測試設備的高壓電源系統設計方案。采用模塊化的設計方法，陰極電源模塊和各收集極電源模塊功能獨立，便于功率擴展。單電源模塊可實(shí)現輸出電壓-1～25 kV，輸出電流0～500mA，輸出功率5 kW。詳細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，證明該設計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，要求測試設備工作可靠、保護靈敏、便于調試且兼顧功率擴展功能。這里設計一種適用于行波管測試設備的寬電壓調節范圍，良好負載特性的模塊化高壓電源系統。該模塊具有獨立的主電路、控制電路和保護電路，能夠獨立控制，便于功率擴展。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 高壓電源系統構成和工作原理
圖1為高壓電源的系統框圖。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)數可根據行波管的需要設定，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高壓-1～-25 kV可調，收集極電源模塊輸出直流負高壓-1～-20 kV可調，兩者電流0～500 mA可調，最大功率5kW。

這種模塊化的高壓電源系統，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，減小了器件應力，提高了系統可靠性。同時(shí)模塊化的設計能夠實(shí)現陰極電壓和各收集極電壓的獨立調節，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)逆變全橋變換成60 kHz的高頻交流電。高壓變壓器進(jìn)行隔離升壓，適當的變比和次級分槽繞制的制作工藝可有效減小各種寄生參數對電路的影響。全波倍壓整流和電容儲能濾波后產(chǎn)生低紋波的直流負高壓，為行波管提供功率源。直流高壓采樣經(jīng)穩壓控制電路和隔離驅動(dòng)電路產(chǎn)生PWM驅動(dòng)信號，控制逆變全橋的開(kāi)關(guān)器件，形成閉環(huán)穩壓控制系統，實(shí)現直流高壓的穩定輸出?？乇ｋ娐吠瓿筛邏弘娫吹拈_(kāi)關(guān)機控制、電壓基準設定以及電壓和電流等狀態(tài)量的檢測和保護功能，同時(shí)負責與上位機的實(shí)時(shí)通訊。