摘要：本文针对行波管发射机调制器的设计，提出了具体的解决方案。着重讨论了IGBT开关管、调制器与高压电源的设计方法。表明所设计的高压调制器适用于宽带行波管发射机的电路，稳定效率高、可靠性高。
关键词：AC/DC变换、高压变压器、高压倍压、宽带行波管、
1．引言
我国雷达事业经过几代人的刻苦努力、共同奋斗、取得了辉煌的成就，进而推动雷达发射机技术突飞猛进的发展。利用雷达发现目标并进行高精度跟踪测量是监测和研究的重要手段；作为雷达核心组成部分之一的发射机，必须为雷达提供大功率宽带的射频能量，使之能探测更远而复杂的目标，适应复杂多变的电磁环境。因此研制精密脉冲调制器的设计是保证发射机射频脉冲质量的关键，高效率高可靠性的调制器对发射机至关重要。
2．调制器设计
2.1 总体概述
雷达发射机的工作形式主要有集中放大式发射机和分布放大式发射机两种。通常我们采用微波真空发射机使用一路高压调制器进行调制放大，所以通常使用集中放大式。
高压调制器本质上是一个功率转换器，其任务是为放大管提供合乎要求的高压。将初级送来的三相交流电，先进行整流滤波得到变成直流电，实现ＡＣ／ＤＣ电压的变换。通过逆变电源进行高频逆变，变成高频的交变电压，又实现ＤＣ／ＡＣ电压的转换，最后通过高频升压变压器，整流或倍压电路，输出高压加以调制输送放大器，高压通过采样，将电压信号进行反馈与基准电压信号相比教，进行信号的相关处理形成闭环锁定。产生开关管ＩＧＢＴ功率管相应的ＰＷＭ控制信号，利用闭环反馈实现输出高压的精确稳定控制．框图如下所示：
高压调制系统组成原理框图如下
目前开关电源技术的电源具有体积小、重量轻、稳定度高、控制精度高、纹波小、保护全、响应速度快等优点，因此开关电源技术将在高压电源中有更广泛的应用。
2.2 设计参数选择
在高压调制器设计过程中，高频信号ＤＣ／ＡＣ变换是很重要的组成部分。逆变电路具有控制简单，串联谐振电路采用大功率开关器件组成，选用IGBT开关管作为串联谐振的高频逆变转换器，工作频率高于谐振频率。在IGBT的选择过程中要充分考虑余量。高压变压器难点主要体现在高频情况下线圈、漏感及分布电容的影响，高压情况下绝缘性能的影响，解决变压器的绝缘问题与抑制分布电容影响之间存在矛盾，
2.2.1 开关管IGBT
IGBT所承受的最大电压为前端送来三相整流电压，考虑到电网电压的冲击和纹波，以及负载变化产生的电压波动， 为了达到固态调制器输出几十kV 的脉冲电压的目的，调制开关采用几百只IGBT 串并联工作。图5 中的均压网络保证了每个IGBT 上的电压分布均匀，避免IGBT 瞬时过压损坏；驱动电路为IGBT
提供触发脉冲，这些电路浮动在高压上，用光纤来传输触发脉冲和保护信号，是一种有效可行的方法；限流电阻在负载打火时，可保护IGBT 不会因过流而损坏；控保电路对开关组件进行实时监测和保护，当速调管打火时，迅速切断触发脉冲，保护调制器和速调管；同时控保电路可将故障定位到开关单元，并在控保计算机上显示，当组件损坏超过10%，报故障，系统关高压；低于10%时，报IGBT维修，不关高压，调制器可继续工作，这种设计可大大提高发射机的可靠性。
2.2.2 高压变压器T
高频高压变压器的设计是研制高频高压电源最困难的问题之一。高频高压变压器的体积通常只有工频变压器的儿十分之一，使得漏感、分布电容、绝缘及磁芯的选取都变得更加复杂，高频高压变压器研制难点主要体现在高频情况下线圈、漏感及分布电容的影响，高压情况下内绝缘的影响，通过分析还可以知道解决变压器的绝缘问题与抑制分布电容影响之问存在矛盾，习此要在进行权衡采取措施。经过大量性能参数分析比较后，无论在高频、低频或者是大负载还是小负载时，绝缘芯变压搭倍压整流电路都比串级倍压整流电路性能优越。但从工程或者经济角度考虑，绝缘芯变压器倍玉整流电路的制作成本相对较高，而目_绝缘芯变压器只有一个初级绕组，多个次级绕组，这给整个变压器的制造，漏磁、效率、绝缘、体积控制方面都带来了不利的方面。因此最后选取串级倍玉整流电路作为数字高压电源的倍压整流电路。
3．设计实例
根据实际测试数据，我们所设计的全固态调制器效率达到90%以上，而真空管调整器的效率一般只能做到60%~70%。由于调制器工作在高电位上，设计时采用密封灌封结构，解决绝缘问题。通过工作测试，全固态调制器运行稳定，符合技术指标的要求，达到设计预期的目的。
4 结论
经过实测和计算，固态调制器发射机效率约33%（未包括冷却系统的效率），以输出平均功率1kW的发射机计算，发射机的配电功率为3kW，比同等功率量级的真空管调制器发射机效率高得多。因此采用全固态调制器设计的大功率发射机，体积小，效率高，降低了高压电源功率要求，从而降低了研制难度。同时相对于固态调制器，克服真空器件使用寿命短、工作电路复杂和高压容易打火等缺点。经测试发射机的技术指标参数满足且部分优于雷达总体的设计要求。
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论文作者:江志雄
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/16
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