CN103094026B - 一种提高行波管放大器灯丝寿命的电路 - Google Patents

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一种提高行波管放大器灯丝寿命的电路，包括灯丝隔离变压器T1和灯丝电压调节电路；所述的灯丝电压调节电路包括三极管Q1、运算放大器N1、电阻R1，R2，R3、限流电阻R4；所述的灯丝隔离变压器T1由原边和副边绕组组成，原边绕组由两个绕组组成，连接行波管电源内部DC/AC电路；中心抽头接入三极管Q1的集电极，灯丝隔离变压器T1的负边绕组接行波管灯丝负载R5；三极管Q1的发射极串联限流电阻R4后接地；参考电压接入运算放大器N1的同向输入端；电阻R2一端接入运算放大器N1的反向输入端，另一端接地；运算放大器N1的输出串联电阻R1后接入三极管Q1的基极；电阻R3一端接入三极管Q1的基极，另一端接地；运算放大器N1的反向输入端与三极管Q1的发射极相连。

Description

一种提高行波管放大器灯丝寿命的电路
技术领域
本发明属于微波通信技术领域，涉及提高行波管放大器灯丝寿命的一种电路。
背景技术
行波管放大器(TWTA)由行波管(TWT)、行波管电源(EPC)两部分组成，如图1所示。其中行波管的功能是利用其特有的慢波结构，对输入微波信号功率进行放大；行波管电源的功能是接收遥控指令信号，将卫星提供的一次电源转换为行波管需要的各级高压，同时，提供行波管放大器工作状态的遥测数据，并保证行波管放大器在发生异常状况时及时断电，保护行波管放大器设备和卫星一次母线。
空间行波管放大器加电分为两个阶段：第一阶段，灯丝加电，加热阴极，使阴极达到工作温度；第二阶段，各级高压加电。
TWT与EPC加电的第一个关键过程是灯丝加电，灯丝也称为热子，装在阴极套管内，其温度高于阴极约200～400℃，热子间接加热阴极，使阴极达到工作温度，因此，热子质量直接影响行波管的长寿命和高可靠。
目前，空间行波管放大器电源在灯丝供电电路中，多数无灯丝限流电路，依靠行波管电源输出电压缓启动电路和灯丝变压器原边串联限流电阻达到限定灯丝电流的目的。但是，由于行波管电源缓启动时间较短(大部分约10mS左右)，且有电压过冲，在灯丝加电瞬间，热子处于冷态，阻抗小，电流冲击大，对行波管的灯丝造成电流冲击，对行波管可靠性有影响。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种提高行波管放大器灯丝寿命的电路。
本发明的技术解决方案是：一种提高行波管放大器灯丝寿命的电路，包括灯丝隔离变压器T1和灯丝电压调节电路；所述的灯丝电压调节电路包括三极管Q1、运算放大器N1、电阻R1，R2，R3、限流电阻R4；
所述的灯丝隔离变压器T1由原边和副边绕组组成，原边绕组由两个绕组组成，连接行波管电源内部DC/AC电路；中心抽头接入三极管Q1的集电极，灯丝隔离变压器T1的负边绕组接行波管灯丝负载R5；三极管Q1的发射极串联限流电阻R4后接地；参考电压接入运算放大器N1的同向输入端；电阻R2一端接入运算放大器N1的反向输入端，另一端接地；运算放大器N1的输出串联电阻R1后接入三极管Q1的基极；电阻R3一端接入三极管Q1的基极，另一端接地；运算放大器N1的反向输入端与三极管Q1的发射极相连。
通过调节限流电阻R4的阻值，使行波管放大器灯丝电流值不大于灯丝正常工作电流的1.5倍。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明通过在灯丝隔离变压器的原边增加灯丝限流电路(亦称灯丝电压调节电路)，可实现灯丝限流值的精确控制，保证TWT灯丝可靠加电；并且该灯丝电压调节电路简单，容易实现；电路调试简单，产品一致性强。
(2)本发明在行波管灯丝加电工作初期，灯丝冷态电阻较小情况下，可以根据需要设置限流值(一般设置正常工作电流的1.5倍)，保证灯丝电流不超过设定阈值，减小电流冲击，使行波管灯丝电压和电流缓慢上升，保证行波管灯丝可靠加电；在灯丝加电后，灯丝电阻达到正常值后，灯丝电压和电流达到正常值，灯丝电压调节电路无功率损耗；该电路是行波管放大器设计的核心电路之一，该电路不但可以保证低压开机时，灯丝电流限定到设定阈值，行波管可靠加电，还可以保证在正常工作时不降低行波管放大器效率。
附图说明
图1为行波管放大器组成框图；
图2为本发明电路原理图；
图3为有灯丝限流电路的行波管灯丝加电波形图；
图4为在原边串联10欧限流电阻行波管灯丝加电波形图。
具体实施方式
提高行波管放大器灯丝寿命的电路原理图如图2所示。该电路包括：灯丝隔离变压器T1、和灯丝电压调节电路(包括三极管Q1、运算放大器N1、电阻R1，R2，R3，限流电阻R4)。所述的灯丝隔离变压器T1由原边和副边绕组组成，原边绕组由两个绕组组成，连接行波管电源内部DC/AC电路；中心抽头接入三极管Q1的集电极，灯丝隔离变压器T1的负边绕组接行波管灯丝负载R5；三极管Q1的发射极串联电阻R4后接地；参考电压接入运算放大器N1的同向输入端；电阻R2一端接入运算放大器N1的反向输入端，另一端接地；运算放大器N1的输出串联电阻R1后接入三极管Q1的基极；电阻R3一端接入三极管Q1的基极，另一端接地；运算放大器N1的反向输入端与三极管Q1的发射极相连。
本发明电路在行波管灯丝刚加电时，冷态灯丝阻抗较小情况下，变压器原边和副边电流大，此时限流电阻R4两端的电压值大，通过运放N1，使三极管Q1工作在线性区，在三极管Q1上产生压降，使原边供电电压减小，原边和副边电流限定在确定阈值，该电路处于限流工作状态，使输出灯丝电压降低，灯丝电流为设定阈值的最大限流值；当灯丝加电后，灯丝阻抗缓慢到达正常值后，副边电流达到正常值，原边电流值正常，R4两端的电压值小于设定的参考电压值，三极管Q1工作在完全导通状态，变压器原边供电电压增大，副边灯丝供电电压达到正常值，该电路由限流工作状态过渡到正常工作状态，灯丝电压上升到要求值，灯丝电流达到要求值，电路正常工作。
采用本发明的行波管放大器，使灯丝限流控制容易实现。由于在行波管放大器中，阴极电压通常在3kV以上，灯丝电压与阴极电压等电位，因此，通过变压器副边进行灯丝限流控制很难实现。本发明采用隔离变压器，限流控制在隔离变压器的原边，因此，运算放大器供电可采用行波管电源中+12V供电，使灯丝限流电路可实现。
采用本发明的行波管放大器，可以精确调节灯丝加电时的灯丝限流值，防止灯丝由于过电流导致损伤。由于行波管灯丝冷态电阻值是定值，根据冷态电阻值，在电路调试过程中可以通过计算，使灯丝电流值不大于灯丝正常工作电流的1.5倍，使行波管灯丝加电具有很高的可靠性，可以满足行波管放大器长寿命、频繁开关机运行的要求。原有灯丝限流电路通过在原边灯丝隔离变压器中串联电阻达到限流目的。在限流电阻的选择上，如果选用100欧左右的限流电阻，可以起到限流作用，但是在灯丝加电正常工作后，限流电阻上功率损耗非常大，限流电阻体积大，选型和散热难，行波管电源效率、可靠性降低；如果选用在原边串联10欧左右的限流电阻，限流电阻功耗小，但是起不到灯丝限流作用。
图3是采用了提高行波管放大器灯丝寿命电路，行波管电源对行波管灯丝加电的电压和电流波形图。通道4是行波管电流波形，通道3是行波管电压波形。从图3可以看出，在灯丝刚加电时，灯丝电压和电流值较小，灯丝电流慢慢增大，无电流过冲，在灯丝充分预热后，灯丝电压和电流达到正常值。
图4是采用原边串联10欧限流电阻后灯丝加电的电压和电流波形图。通道4是行波管电流波形，通道3是行波管电压波形。从图4可以看出，在灯丝刚加电时，灯丝电流冲击较大(3.06A)，有电流过冲，在灯丝充分预热后，灯丝电流达到正常值。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种提高行波管放大器灯丝寿命的电路，其特征在于包括灯丝隔离变压器T1和灯丝电压调节电路；所述的灯丝电压调节电路包括三极管Q1、运算放大器N1、电阻R1,R2,R3、限流电阻R4；
所述的灯丝隔离变压器T1由原边和副边绕组组成，原边绕组由两个绕组组成，连接行波管电源内部DC/AC电路；中心抽头接入三极管Q1的集电极，灯丝隔离变压器T1的负边绕组接行波管灯丝负载R5；三极管Q1的发射极串联限流电阻R4后接地；参考电压接入运算放大器N1的同向输入端；电阻R2一端接入运算放大器N1的反向输入端，另一端接地；运算放大器N1的输出串联电阻R1后接入三极管Q1的基极；电阻R3一端接入三极管Q1的基极，另一端接地；运算放大器N1的反向输入端与三极管Q1的发射极相连，其中，限流电阻R4的阻值，使行波管放大器灯丝电流值不大于灯丝正常工作电流的1.5倍。
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