磁集成一體化行波管電源系統的製作方法

2023-05-28 17:25:46 2

本實用新型涉及微波真空電子器件領域，具體的說是涉及一種磁集成一體化行波管電源系統。

背景技術：

行波管放大器廣泛應用於雷達、通訊、電子戰等電子裝備中。傳統的行波管電源系統(詳見圖1)是按照各極電源的功能來進行劃分的，各極電源相對獨立；各極電源單獨調試好後再組裝在一起形成行波管的供電電源，行波管放大器的基本工作原理，是利用陰極發射出來的直流電子注與電磁場發生相互作用，電子注產生群聚現象並進行能量交換，將電子直流能量轉化為高頻微波能量進行輸出，形成信號放大器的功能。相比於固態微波放大器，行波管放大器不僅具有大功率、寬頻帶、高效率、高增益等優點，且具有電源各模塊功能劃分明確、電源可獨立控制、便於調試測試等特點，在很多場合下是固態微波放大器所無法替代的；但傳統行波管電源系統的缺點也很明顯如空間利用率相對較低、連線較多、絕緣處理難度大、器件相對較多等。

隨著雷達、電子戰等電子系統不斷向多功能化、一體化和模塊化方向發展，要求雷達末級功率放大器能夠實現小型、緊湊、陣列的特點。尤其是有源相控陣雷達，由於具有一些特殊優點而得到了迅速發展，成為當前雷達、幹擾等電子系統的主流發展趨勢。在相控陣雷達中，為避免柵瓣的出現，有源相控陣的單個天線振源尺寸要求小於工作頻率的半波長，傳統的行波管等電真空器件在尺寸上已經超過，很難滿足該體制的應用要求。

技術實現要素：

為了實現行波管電源系統的小型、緊湊和集成化，便於其在有源相控陣雷達中的應用，本實用新型的目的是提供一種磁集成一體化行波管電源系統，本行波管電源系統，將傳統的各分電源逆變電路和變壓器結合在一起，採用一個逆變電路和一隻變壓器，變壓器次極採用多組繞組輸出，以有效降低單個行波管放大器所佔的橫截面積尺寸，滿足有源相控陣體制對於功率放大器小體積尺寸的要求。

為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是：一種磁集成一體化行波管電源系統，包括變壓器、逆變電路、柵極穩壓模塊與浮動板調製器、燈絲穩壓模塊、鈦泵穩壓模塊和高壓整流模塊與高壓取樣電路，所述變壓器為功率集成變壓器，變壓器包括初級繞組和次級繞組；所述逆變電路的輸入端與外部供電電源電連接，其輸出端與變壓器的初級繞組電連接，在逆變電路上配置有驅動控制器和輔助電源，其驅動控制器通過導線分別與逆變電路及輔助電源電連接，其輔助電源的輸入端與外部供電電源電連接；所述柵極穩壓模塊與浮動板調製器由外部提供調製脈衝信號，由變壓器的次級繞組提供電能，其輸出端與行波管電連接；所述燈絲穩壓模塊由變壓器的次級繞組提供電能，其輸出端與行波管電連接；所述鈦泵穩壓模塊由變壓器的次級繞組提供電能，其輸出端與行波管電連接；所述高壓整流模塊與高壓取樣電路由變壓器的次級繞組提供電能，其輸出端與行波管電連接，其採樣線路通過導線與驅動控制器電連接。

進一步的，所述變壓器設計時按電源輸出最大功率計算。

進一步的，所述次級繞組包括柵極截止繞組、柵極導通繞組、輔助電源繞組、燈絲繞組、第二收集極2繞組、第一收集極1繞組、慢波線繞組和鈦泵電源繞組。

進一步的，所述驅動控制器的電路中設有變壓器初級電流採樣迴路，驅動放大電路的主晶片為MIC4420，保護電路的晶片為AD系列的高速比較器AD828，基準源採用自動恆溫的基準源LM199。

進一步的，所述輔助電源中隔離模塊為DC/DC/1W的模塊電源，其光纖為高速光纖，其開關管驅動光耦為HCNR3120，其開關管為1000V/1A以上的場效應管，其限流電阻為3W的金屬膜電阻器。

進一步的，所述柵極穩壓模塊與浮動板調製器的柵極截止電源中電阻為3W的金屬膜電阻器，電容為1KV/103的瓷片電容器，倍壓二極體為BYV26E，穩壓二極體為1W的功率穩壓二極體。

進一步的，所述燈絲穩壓模塊的電路中晶片為TPS54560，電感為H125-050-22uH電感，續流二極體為7A以上的肖特基二極體。

進一步的，所述鈦泵穩壓模塊的電路中電阻為3W的金屬膜電阻器，倍壓二極體為BYV26E，倍壓電容為2KV/102的高壓瓷片電容。

進一步的，所述高壓整流模塊與高壓取樣電路的高壓倍壓整流電路中高壓倍壓二極體為1N6515型的高壓二極體；柵極導通電源中電阻為3W的金屬膜電阻器，倍壓電容為1KV/103的瓷片電容器；倍壓二極體為BYV26E；穩壓二極體為1W的功率穩壓二極體；調整管為500V的三極體KSE13004。

有益效果：

本實用新型的磁集成一體化行波管電源系統，將傳統的各分電源逆變電路和變壓器結合在一起，採用一個逆變電路和一隻變壓器，變壓器的次級繞組採用多組繞組輸出，以有效降低單個行波管放大器所佔的橫截面積尺寸，滿足有源相控陣體制對於功率放大器小體積尺寸的要求。本行波管電源系統的最大輸出功率800W，平均功率輸出功率達到160W，陰極電壓高達到20kV左右，為有源相控陣雷達體制、電子戰等電子系統的發展提供了一種符合體積要求的功率放大器件。

附圖說明

圖1是傳統的行波管電源系統的框圖；

圖2是本實用新型磁集成一體化行波管電源系統的框圖；

圖3是本實用新型變壓器的示意圖；

圖中標號：100、變壓器；110、初級繞組；120、次級繞組；121、柵極截止繞組；122、柵極導通繞組；123、輔助電源繞組；124、燈絲繞組；125、收集極2繞組；126、收集極1繞組；127、慢波線繞組；128、鈦泵電源繞組；200、逆變電路；210、驅動控制器；220、輔助電源；300、柵極穩壓模塊與浮動板調製器；400、燈絲穩壓模塊；500、鈦泵穩壓模塊；600、高壓整流模塊與高壓取樣電路；700、行波管。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型作進一步說明。

參見圖2和圖3，本實用新型的磁集成一體化行波管電源系統，包括變壓器100、逆變電路200、柵極穩壓模塊與浮動板調製器300、燈絲穩壓模塊400、鈦泵穩壓模塊500和高壓整流模塊與高壓取樣電路600，所述變壓器100為功率集成變壓器，變壓器100包括初級繞組110和次級繞組120，其次級繞組120採用多組繞組輸出；所述逆變電路200的輸入端與外部供電電源電連接，其輸出端與變壓器100的初級繞組110電連接，在逆變電路200上配置有驅動控制器210和輔助電源220，其驅動控制器210通過導線分別與逆變電路200及輔助電源220電連接，其輔助電源220的輸入端與外部供電電源電連接；所述柵極穩壓模塊與浮動板調製器300由外部提供調製脈衝信號，由變壓器100的次級繞組120提供電能，其輸出端與行波管700電連接；所述燈絲穩壓模塊400由變壓器100的次級繞組120提供電能，其輸出端與行波管700電連接；所述鈦泵穩壓模塊500由變壓器100的次級繞組120提供電能，其輸出端與行波管700電連接；所述高壓整流模塊與高壓取樣電路600由變壓器100的次級繞組120提供電能，其輸出端與行波管700電連接，其採樣線路通過導線與驅動控制器210電連接。

所述變壓器100設計時按電源輸出最大功率計算。

所述次級繞組120包括柵極截止繞組121、柵極導通繞組122、輔助電源繞組123、燈絲繞組124、收集極2繞組125、收集極1繞組126、慢波線繞組127和鈦泵電源繞組128；收集極2繞組125的輸出電壓為20％UK(電壓相對於陰極)電流為Imax：100mA，由於採用的串聯饋電方式，收集極2繞組125需要提供的電流為收集極2繞組125電流加收集極1繞組126電流加慢波線繞組127電流。

為了保證產品的可靠性在對電路器件進行選擇時必須選擇適合的器件並留有一定的餘量，所述驅動控制器210的電路中設有變壓器100初級電流採樣迴路，驅動放大電路的主晶片為MIC4420，保護電路的晶片為AD系列的高速比較器AD828，基準源採用自動恆溫的基準源LM199。

由於輔助電源220有功率小、體積要求小、可靠性要求高等特點，因此所述輔助電源220中隔離模塊為DC/DC/1W的模塊電源，其光纖為高速光纖(通常為4M以上)，其開關管驅動光耦為HCNR3120，其開關管為1000V/1A以上的場效應管，其限流電阻為3W的金屬膜電阻器。

由於柵極截止電源是保證行波管700有效截止輸出的控制電源，因此所述柵極穩壓模塊與浮動板調製器300的柵極截止電源中電阻為3W的金屬膜電阻器，電容為1KV/103的瓷片電容器，倍壓二極體為BYV26E，穩壓二極體為1W的功率穩壓二極體。

由於燈絲繞組124輸出的高頻電壓經過全橋整流後得到12～20V的直流電壓，此直流電壓經過Buck電路降壓穩壓後得到所需要的燈絲電壓，因此所述燈絲穩壓模塊400的電路中晶片為TPS54560，電感為H125-050-22uH電感，續流二極體為7A以上的肖特基二極體。

由於所述鈦泵穩壓模塊500精度要求低而且工作電流小，因此不對其進行穩壓處理，在鈦泵穩壓模塊500的電路中電阻為3W的金屬膜電阻器，倍壓二極體為BYV26E，倍壓電容為2KV/102的高壓瓷片電容。

由於高壓倍壓整流電路中倍壓二極體與倍壓電容是關鍵器件，它們的性能直接影響倍壓效果和電路的可靠性，因此所述高壓整流模塊與高壓取樣電路600的高壓倍壓整流電路中倍壓二極體為1N6515型的高壓二極體；柵極導通電源中電阻為3W的金屬膜電阻器，倍壓電容為1KV/103的瓷片電容器；倍壓二極體為BYV26E；穩壓二極體為1W的功率穩壓二極體；調整管為500V的三極體KSE13004。

上述僅為本實用新型的一種實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改等同替換和改進，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。