CN102568983B - 一种基于mos管的双开关栅控行波管调制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于MOS管的双开关栅控行波管调制器，在传统的双开关栅控调制器电路中，利用高频开关特性好、击穿电压高的MOS管作为开关器件，使得调制器在窄脉冲输出时有较好的脉冲前沿、后沿；改变了传统的通过“起始”、“截尾”开关管短时间直通形成“对拉”状态以减少栅调脉冲后沿时间的方式，极大地降低了调制器开关管上的损耗，使其在极高的重复频率下能稳定、可靠工作；单只高击穿电压MOS管基本适应耐压要求，省去均压电路和隔离驱动电路，使电路简化；设置了保护行波管电路，防止在“起始”开关管击穿时，正偏压一直加在行波管栅极上。本发明为实现高性能、低功耗的栅控调制器，研制高重频栅控行波管发射机提供了有效的技术途径。

Description

一种基于MOS管的双开关栅控行波管调制器

技术领域

本发明属于电真空管栅控调制器技术，是一种基于MOS管的双开关栅控行波管调制器。

背景技术

随着栅控行波管发射机不断向高重频、宽脉宽的方向发展，其对调制器也提出了更高的要求，既要满足高重频、宽脉宽的工作要求，又要减小调制器的自身损耗，以提高调制器以及发射机的可靠性。

双开关型栅控调制器是最常用的一种栅控行波管调制器，其调制脉冲的前、后沿分别由“起始”、“截尾”开关管单独控制，因而可以获得较小的脉冲前、后沿。普通的双开关栅控调制器中，“起始”、“截尾”开关管处于轮流导通和短时间直通的工作状态，通过“起始”、“截尾”开关管短时间直通形成“对拉”状态，以减少栅调脉冲后沿时间。通常使用双极型晶体管或IGBT时，“对拉”时间达到μs量级，“对拉”时正、负偏压电源基本处于短路状态(为了保证好的栅调脉冲前后沿，所串接的限流电阻阻值很小)，开关管中会流过较大的电流，开关管上的损耗较大，随着调制脉冲重复频率的提高，开关管和限流电阻热耗会大幅增加而导致烧坏。因此，普通的双开关栅控调制器只能应用在低重频(约几kHz)、窄脉宽的场合。又由于受耐压的限制，开关管由数个双极型晶体管或IGBT串联使用，所需的均压电路和隔离驱动电路，使得开关管的外围电路比较复杂。

本发明的思路是采用高击穿电压的MOS单管作为“起始”、“截尾”开关管，结合开关管连接方式的改变，提高调制器输出波形的前后沿指标，降低调制器自身的功耗，简化开关管外围电路，以实现高重频(可达100kHz以上)、低功耗、高可靠性的栅控行波管调制器。

发明内容

本发明的内容是提供一种基于MOS管的双开关栅控行波管调制器。利用高频开关特性好、击穿电压高的MOS管作为开关器件，使得调制器在窄脉冲输出时有较好的脉冲前沿；同时改变“起始”、“截尾”开关管的连接方式，改变了传统的通过“起始”、“截尾”开关管短时间直通形成“对拉”状态以减少栅调脉冲后沿时间的方式，极大地降低了调制器开关管上的损耗，使得调制器在极高的重复频率下能稳定、可靠工作；单只高击穿电压MOS管基本适应了大多数行波管栅控脉冲幅度的耐压要求，省去了开关管串联使用所需的均压电路和隔离驱动电路，使得调制器电路得到简化；设置了管击穿保护电路，有效防止在“起始”开关管击穿时，正偏压一直加在行波管栅极上，以保护行波管。本发明与现有技术相比，其显著优点为：产生的调制脉冲前后沿陡、重复频率高、宽度宽，调制器自身功耗低，电路简单，可靠性高。

下面结合附图对本发明的技术解决方案作进一步详细描述。

附图说明

图1是一种基于MOS管的双开关栅控行波管调制器原理框图。

图2是一种基于MOS管的双开关栅控行波管调制器电原理图。

具体实施方式

参见图2，起始驱动脉冲驱动“起始”MOS开关管V2导通，600V的正偏压通过V2、继电器K1的常闭触点、和R4加到行波管栅极上。电阻R4为正偏压限流电阻，R4的取值不能大，否则会影响栅调脉冲的前沿特性。V2取型是IXBH16N170，击穿电压为1700V的MOS管；V3为瞬态抑制二极管，击穿电压为1200V，对V2起过压保护作用。

截尾驱动脉冲驱动“截尾”MOS开关管V5导通，将V2的栅极电压强制拉到低电平，关断V2。此时，500V的负偏压通过V5导通回路迅速地将行波管栅阴间的电容充电到负偏压值。电阻R5起限流作用，选择合适的C1、R2及R5的值，可得到较好的栅调脉冲后沿。V5及V6的选型与V2及V3相同。

当V2关断后，负偏压通过限流电阻R6加到行波管的栅阴极间，直到下一个起始驱动脉冲的到来。

由以上工作过程可以看出，因MOS管良好的高频特性，且开关管V5导通提供负偏压充电回路的同时，迅速将V2关断，此过程中，正、负偏压之间和V2、V5之间不存在直通的工作状态，即调制器不存直通损耗。由于MOS管具有较小的导通电阻，V2、V5的导通损耗大大降低，功耗极低。因而调制器可工作在极高重频状态，同时具有较高的可靠性。

当某种原因引起“起始”开关管V2击穿短路时，正偏压就会一直加在行波管栅极，会损坏行波管。二极管V7、三极管V9和继电器K1等构成管击穿采样与保护电路，V2击穿时，通过V7使V9导通，使得继电器K1动作且自锁，常闭触点断开，切断正偏压供电。

Claims (2)

1.一种基于MOS管的双开关栅控行波管调制器，其特征在于：采用两只击穿电压1700V、高频开关特性好的MOS管分别作为栅控行波管调制器中的“起始”开关管和“截尾”开关管，使调制器在窄脉冲输出时有较好的前、后沿；“截尾”开关管导通的同时，使“起始”开关管快速关断，“起始”开关管和“截尾”开关管之间不存在直通工作状态，降低调制器功耗，提升调制器的高频特性，使调制器的重复频率可达100kHz。

2.一种基于MOS管的双开关栅控行波管调制器的电路，其特征在于：

①MOS管V2用作“起始”开关管，MOS管V5用作“截尾”开关管，均采用击穿电压为1700V的MOS管，单只管就能满足1100V栅调脉冲的耐压要求，简化了电路；选用击穿电压为1200V的瞬态抑制二极管V3、V6分别并接在V2、V5的漏源极间，对“起始”和“截尾”开关管起过压保护作用；

②“截尾”开关管V5导通时，通过C1、R2将“起始”开关管V2的栅极电压强制拉到低电平，迅速关断V2；V2和V5之间没有同时导通的时间，避免了直通损耗，调制器可工作于极高重频状态；

③二极管V7、三极管V9、继电器K1构成管击穿采样与保护电路，当“起始”开关管V2发生击穿短路时，三极管V9导通，使得继电器K1动作且自锁，常闭触点断开，切断正偏压供电。