行波管高压电源数字控制技术研究

行波管高压电源数字控制技术研究

费香邦,宋正东,崔明旭,郑彬

上海航天电子通讯设备研究所  上海  201100

摘要：作为电源系统，EPC的性能在很大程度上决定着TWTA的性能，较好的控制方案对提高开关电源的性能具有至关重要的作用，但传统的模拟电源控制精度和响应速度取决于电路拓扑和设备本身的参数，性能很难进一步提高，与之相比，数字控制模式数据处理能力强、动态响应快，更便于提高变换器的性能。为实现数字化控制，国内外实验室均进行了大量研究。但目前的数字电源一方面主要面向通信市场，并未涉及TWTA领域;另一方面控制均基于单片机或数字信号处理实现，存在较大的内部时延，系统的动态响应较低。基于此，对市政工程进行研究，以供参考。

关键词：行波管；高压电源；数字控制技术

引言

在移动式管道可靠性技术方面，早些时候在国外开展了相关工作。例如，在美国，1980年代建立了一个关于管道整个寿命周期可靠性的数据库，从而降低了设备系统中管道的成本；1990年代，日本还对短波管道可靠性测试和可靠性保证方案进行了研究。相关工作有效地确保了其TWT产品的可靠性。

1行波管EPC电源设计方案

要使行波管正常工作，需要使用多通道高压电源，包括有线电源、阴极电源、阳极电源、门式电源、门式电源或聚焦电源(通常称为电子功率调节器)，其中毫米波动管道的阴极电压为-10.58kv，旨在提高效率，采用五极低压设计，提高收集极敏感效率电压的精度，工作频率在37至41 GHz之间，饱和输出功率超过80瓦。在这些应用场景中使用动波形管高压电源提供主电源，即EPC电源的核心部分，对于确保MPM的效率、低分散性和竞争力至关重要，尤其是在出现泄漏问题时。针对低功耗MPM优化的低泄漏管道电源可为设计1 drag 2提供高达300瓦的电力。EPC还提供12V和2A辅助电源，可为电线、靶向极、阳极和调制解调器提供电源，以及MPM外部控制和固态硬盘。动波形管高压电源拓扑结构选用具有UCC3895控制芯片的全桥变换器进行移行控制策略，利用开关管输出电容、变压器漏电感和谐振电路参数调节实现开关管零电压开关。

2行波管常见故障现象分析

波管中的主要开口问题包括火线的开口和外部导线的开口。其中，热线开通主要是由于在数千条热线中断后，某些特殊用途的故障率急剧上升。其主要原因是，传统维护的波导中使用的钨丝塑性较弱，强度较低，在卷绕、高温固定等过程中可能会出现断裂、脆性断裂等现象。对于长期热力学函数。当行波管受到力、热等约束时，外部导线的开口会导致外部导线的焊接部分中的虚拟芯断裂或焊接。在环境试验中。虽然这种现象很少发生，但一旦发生，就成了一个批量问题，往往会产生更严重的后果，需要特别注意和注意。造成这种缺陷的主要原因是使用软钎焊或点焊电子枪固定环上的电线。

3行波管高压电源数字控制技术

3.1低纹波电路设计

EPC电源的阴极电压波动抑制电路通常具有无源滤波电路和有源滤波电路。无源滤波电路由电阻、电容器和感应元件组成。它通常连接在整流电路和负载电阻之间。没有能量增益。调整比较困难。开关电源滤波器应使用恒定的开关频率。有源滤波器电路由电阻、电容和计算放大器(或其他有源器件，如晶体管等组成。具有较高的功率增益，易于调节，可用于恒定开关频率的开关电源或变频开关电源，但电路设计复杂。在实际测试中，对主动滤波电路和被动滤波电路进行了试验，发现主动滤波电路在消除色散方面没有明显优势，电路比较复杂，最后选用了被动滤波电路。短波管高压电源的阴极电压设计可达10.6kV，峰值电压必须小于2V，单独电容滤波器不能满足设计要求，同时高压电源具有微型化要求，LC滤波电路分为两级因此本文提出了基于LC滤波电路选择φ型滤波电路。

3.2实施过程注意事项

由于绝缘电压高，变压器一层无法实现紧密耦合，因此泄漏方向较大，结果波形顶点沿振动板下降或上升(下降不影响数据收集)。为了确保采样数据的准确性和可靠性，根据测量的波特性，数据采样脉冲(MP4)的前端可能比数据脉冲(MP5)的前端延迟。此外，可通过调节RC集成电路(R2C1、R5C3)来改善波形铃声，集成能力不应过大，应保证时钟周期内的放电。若要进一步提高控制精度，请相应地增加D/A转换器的位数，同样地，您可以对螺旋极应力执行数字控制。

3.3材料结构设计改进

在材料改进领域，针对在线波导热路开路问题，用合金钨丝(WAL-20Re色变)取代传统钨丝，提高了材料再结晶温度，提高了合金丝的加工性能和延性此外，随着铜合金的熔炼和热处理技术的进步，无氧分散铜的密度显着提高，无氧分散铜焊接后泄漏的问题得到了全面解决。钼等材料可以使用高功率细钼，纯铁可以使用高纯度模型(DT9)等。可以有效地改善相关问题。在振动条件下对钛合金泵阳极结构进行改进和改进前修改设计钛合金泵短路，用不锈钢缸体结构取代原有矩形结构。阳极固定方法从原点变为固定线，手动电阻点焊接方法改为激光点。从而通过结构和工艺优化，避免了振动过程中矩形箱变形引起的阴阳阳极短路问题和手动点焊质量差。

3.4数字电源的电路测试

通过上文的设计，基于Simulink系统仿真模型验证的补偿参数，在FPGA上实现了该算法，搭建试验电路对数字电源进行测试。输出电压平均值为21．013V，纹波电压峰峰值为770mV。当输入电压由28V突变至31V时，输出电压升高，恢复到额定值的调节时间约为160μs。在输出端接额定1A负载时，输入电压范围在25V～31V内，输出电压的变化范围为20．985V～21．023V，由此可计算出本系统的电源电压调整率约为0．63%。当负载电流由1A突变至1．5A时，输出电压下降，恢复到额定值的调节时间约为120μs，在输入电压为28V的情况下，负载电流从0．5A变化到1．5A的输出电压的变化范围为20．980V至21．036V，可计算出本系统的负载电流调整率约为56μV/mA。由试验结果可知，当系统工作条件发生不同变化时，输出电压均能保持稳定，瞬态响应能够迅速调节。

3.5杂散问题的解决方案

(1)可消除小于2V的阴极电压波动，高压电源开关频率散射可达-60 DBC；(2)阴极电压上悬挂的其他电源也可能引起泄漏问题，应同时将滤波电容连接到聚焦极导向电源输出端和灯丝电源输出端。为实现较低散射，灯丝电源可选用LDO线性稳压器设计方案；(3)高压电源自激问题引起的色散问题，通常表现为数百至数万赫兹，可通过调整电源回路参数加以解决；(4)对于几十兆赫或几十兆赫附近的散射问题，通常是由电源引线、PCB布局线和波导高压引线的电磁干扰引起的，并可通过添加磁环加以抑制采用上述测量方法，优化了在线波导的电源，射频散射目标小于-65dBc，并散射了改进的毫米波模块。

结束语

短波管的微型化使高密度微波功率模块得以迅速发展，这些模块已被广泛应用于电子电缆、电子干扰无人机、机载通信和有源相控阵雷达等领域。Mpm是真空装置微型化和集体化发展的重要方向。MPM主要由一条小型在线波导、一个固体放大器和一个集成电源组成。

参考文献

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