CN103354945A

CN103354945A - 用于磁控管电源引线的滤波器

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Publication number: CN103354945A
Application number: CN2012800086389A
Authority: CN
Inventors: R·理查德森; 卡尔·奥斯博恩
Original assignee: e2v Technologies UK Ltd
Current assignee: Special Encouragement Da Yi Tu Viv Uk Ltd
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: GB2501860A; US9019044B2; EP2673794A1; CN103354945B; AU2012215196A1; EP2673794B1; GB201102459D0; GB201315706D0; JP6203640B2; AU2012215196B2; JP2014506732A; US20130321099A1; GB2501860B; WO2012107763A1

Abstract

一种用于磁控管电源引线（20）的感应滤波器（10）包括：电绝缘管（105）；部分位于所述电绝缘管内且在其中基本上同轴的电源引线（22，23），其用于将电力从磁控管电源提供至磁控管；同轴位于所述电绝缘管装置上的第一磁性材料的第一芯（101）和第二磁性材料的第二芯（102）；外径基本上与第一芯和第二芯相同且同轴位于第一芯与第二芯之间的电绝缘管上的绝缘盘（104）。感应滤波器基本上被设置为：滤除第一预定频带的噪声和不同于所述第一预定频带的第二预定频带的噪声，以免所述噪声沿所述电源引线装置传输；以及，吸收预定瞬态电压，以防止该预定瞬态电压沿所述电源引线装置传输进而损坏所述第一芯装置和第二芯装置中的至少一个。在实施例中，第三磁性材料的第三芯（103）同轴安装在所述绝缘管上，使得第一芯滤除第一频带、第二芯滤除第二频带、而第三芯防止预定瞬态电压损坏第一和第二芯。

Description

用于磁控管电源引线的滤波器

技术领域

本发明涉及一种用于磁控管电源引线的滤波器。

背景技术

参照图1，已知将具有足够高的额定电压的标准同轴电缆50的外部连接件和连接器60（例如，PL259或N型）的外部分用于高电压连接。同轴电缆的外层51自内部绝缘体52剥离以实现内部和外部导体之间合适的电压爬电间隙，并且连接器60的外部分与同轴电缆编织层电气地且机械地连接。同轴内部导体的端部具有适于连接至负载设备的合适连接器61。图1示出了使用这样的已知4mm引脚同轴连接器。

磁控管自其高电压端子产生电噪声。对于典型的磁控管而言，宽带噪声可以覆盖～100MHz至～600MHz的频率范围。与用于给磁控管提供电力的整流器相关联的整流器换向噪声通常在～1MHz至～20MHz的频率范围内。

众所周知，电感器通过在导体上滑动磁芯的简单应急办法来制作以便在所需频率范围内获得所需电感。然而，单个电感器不太可能在上面概述的两个噪声源的两个频率范围内有效。为了滤除具有这些不同频率范围的噪声并提供针对在这两个不同频率范围内的衰减优化的电感器，串联使用两个不同的电感器磁芯，这两个不同的电感器磁芯可以具有各自的电感La和Lb。对于每个磁芯而言，通过适当选择磁芯的材料来优化电感和Q以覆盖适当的频率范围。

GB 1 487 583和US 3,922,612公开了一种扼流电路，其包括发出VHF和UHF干扰的磁控管用低通滤波器，其中一对扼流构件连接在各个加热器引线与电源输入端子之间，每个扼流构件由至少一个包括高固有电阻率（例如，10kΩ.cm）的第一铁氧体磁芯的扼流元件以及至少一个低固有电阻率（例如30Ω.cm）的第二扼流元件组成，这两个扼流构件串联连接。扼流构件包括串联连接的线圈以及插入其中的芯。扼流器位于屏蔽壳体中。提供扼流构件基本上防止了令人不快的微波噪声发生泄漏。金属屏蔽板可以插在低电阻率芯和高电阻率芯之间以获得芯之间的磁隔离，从而更有效地吸收微波噪声。在实施例中，针对每根引线，可串联使用三个扼流器。可替代地，扼流构件可以包括串联在引线周围的两个铁氧体磁珠：高固有电阻率的第一铁氧体磁珠和低固有电阻率的第二铁氧体磁珠，每个均具有用于容纳两根加热线的两个膛孔。扼流构件可以包括多组高、低电阻率交替的铁氧体磁芯。

GB 1 436 928公开了一种具有阴极引线的磁控管，该阴极引线具有微波衰减铁氧体磁珠。

US 4,163,175提出电磁能量吸收器（例如，铁氧体磁珠）缠绕在阴极支座周围的磁控管是众所周知的，但铁氧体磁珠会因吸收电磁能量以及热阴极而过热，导致铁氧体磁珠产生大量气体。在此公开了一种在阴极支座附近与热导体接触以防止铁氧体电感器发生此过热现象的环状HF能量吸收器。

然而，磁控管还可以形成电弧，即，非常迅速地产生短路。在这种情况下，磁控管的全工作电压（其通常为20kV）会被瞬间施加在电感器上。这样的高电压会损坏用于磁芯的磁性材料。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于磁控管电源引线的感应滤波器。所述感应滤波器包括：电绝缘管装置；部分位于所述电绝缘管装置内且基本上与所述电绝缘管装置同轴，用于将电力从磁控管电源提供至磁控管的电源引线装置；同轴位于所述电绝缘管装置上的第一磁性材料的第一磁芯装置；同轴位于所述电绝缘管装置上的第二磁性材料的第二磁芯装置；外径至少与所述第一磁芯装置和所述第二磁芯装置相同且同轴位于所述第一磁芯装置与所述第二磁芯装置之间的所述电绝缘管装置上的绝缘盘装置；其中所述感应滤波器基本上被设置为：滤除第一预定频带内的电噪声和高于或低于所述第一预定频带的第二预定频带内的电噪声，以免所述电噪声沿电源引线装置传输；以及，吸收沿所述电源引线装置传输的预定瞬态电压。

适当地，所述感应滤波器进一步包括：同轴位于所述电绝缘管装置上的第三磁性材料的第三磁芯装置以及外径至少与所述第一磁芯装置、所述第二磁芯装置以及所述第三磁芯装置相同的附加的绝缘盘装置，其中所述附加的绝缘盘装置同轴位于所述第二磁芯装置与所述第三磁芯装置之间的所述电绝缘管装置上；其中所述第一磁芯装置基本上被设置为滤除所述第一预定频带的电噪声；所述第二磁芯装置基本上被设置为滤除所述第二预定频带的电噪声；所述第三磁芯装置被设置为吸收所述预定瞬态电压，以免所述预定瞬态电压沿所述电源引线装置传输。

有利地，所述感应滤波器包括多组如上所述的磁芯装置和绝缘盘装置。

适当地，所述磁芯装置和所述绝缘盘装置沿所述绝缘管装置彼此紧邻。

有利地，所述绝缘盘装置被设置为防止将产生流过一系列磁芯装置的表面的跟踪电流的电压击穿。

适当地，所述电源引线装置为同轴电缆的内部导体。

适当地，所述指示滤波器位于EMC筛选装置（screening means）内并且所述同轴电缆的外部电导体与所述筛选装置电连接。

根据本发明的第二方面，提供了一种磁控管的电源引线的滤波方法。所述方法包括：提供部分位于电绝缘管装置内且基本上与所述电绝缘管装置同轴、用于将电力从磁控管电源提供至磁控管的电源引线装置；以及使用同轴布置在所述电绝缘管装置上的第一磁性材料的第一磁芯装置和第二磁性材料的第二磁芯装置来：滤除第一预定频带内的电噪声和高于或低于所述第一预定频带的第二预定频带内的电噪声，以免所述电噪声沿所述电源引线装置传输；以及，吸收否则将沿所述电源引线装置传输的预定瞬态电压。

适当地，所述第一磁芯装置滤除所述第一预定频带内的电噪声；所述第二磁芯装置滤除所述第二预定频带内的电噪声；并且同轴布置在所述电绝缘管装置上的第三磁性材料的第三磁芯装置来吸收否则将沿所述电源引线装置传输的所述预定瞬态电压。

适当地，外径至少与所述第一磁芯装置和所述第二磁芯装置相同且同轴位于所述磁芯装置之间的所述电绝缘管装置上的绝缘盘装置防止将导致产生流过一系列磁芯装置的跟踪电流的电压击穿。

有利地，所述方法包括使用多组其中所要求保护的磁芯装置和绝缘盘装置。

附图说明

本发明的实施例将在下文中参照附图进一步描述，其中：

图1示出了现有技术高电压同轴连接器；

图2A是根据本发明的串联在用于将电力提供至磁控管的同轴电缆的中心绝缘体周围的三种类型的磁芯电感器组的剖视图；

图2B是由图2A的串联的三个磁芯电感器组提供的电感和电阻的等效电路图；以及

图3示出了图2A的内部导体和磁芯的实施例。

具体实施方式

参照图2A，根据本发明实施例的磁芯电感器10包括多组串联布置且分别具有不同电感La、Lb和Lc的三个磁芯101、102、103。来自用于向磁控管（未示出）提供电力的EHT电源（未示出）的同轴电缆20的外部导体21与同轴电缆外部导体31电气地且机械地连接，该同轴电缆外部导体31与为了安全和EMC目的而屏蔽整个装配的导电隔板30电气接触。同轴电缆20的内部导体22和内部绝缘体23的一部分（没有外部导体22和外部绝缘体）穿过电绝缘细长线性管105以便于内部导体22连接至磁控管的阴极。绕细长线性管105的中心部分1051同轴定位的是第一环形磁芯101、第一绝缘盘104、第二环形磁芯102、第二绝缘盘104、第三环形磁芯103和第三绝缘盘104的重复型式。第一环形磁芯101、第二环形磁芯102和第三环形磁芯103具有不同磁性材料，但尺寸基本上相同。第一、第二和第三绝缘盘104彼此基本上相同。环形磁芯101、102和103和绝缘盘104具有基本上相同的外径且具有如此内径以便在绝缘管105上形成滑动配合。磁芯101、102和103和绝缘盘104的这种型式沿管105的中心部分1051重复。最接近隔板连接件31的磁芯101通过细长线性管105的没有磁芯或绝缘盘的第一端部1052与该隔板连接件31隔开。最远离隔板连接件31的绝缘盘104通过细长线性管105的与第一端部1052相对的且没有磁芯或绝缘盘的第二端部1053与最远离隔板连接件31的管105的一端隔开。同轴电缆的内部绝缘体23的一部分延伸到细长线性管105的远端之外以便于同轴电缆的内部导体22连接至磁控管（未示出）。

选择第一和第二磁芯101、102的各个电感La和Lb来分别使用磁性材料（例如，Micrometals Mix12或17）来滤除典型频率范围为～100MHz至～600MHz的磁控管噪声和整流器换向噪声，以及使用磁性材料（例如，Micrometals Mix4、6或7）来滤除典型频率范围为～1MHz至～20MHz的磁控管噪声和整流器换向噪声，示例磁性材料可从位于美国加州（邮编92807）阿纳海姆市拉帕尔马大道东5615的美克顿微金属公司（Micrometals Inc.）购买。第三磁性材料用于电感为Lc的第三磁芯103。选择该磁芯材料以在小于100kHz的较低频率使用磁性材料（例如，Micrometals Mix26）时，同时具有高磁导率和高磁通密度。电感为Lc的磁芯通过实验来设计以确保跨越一系列电感器的长度（例如，图2A中的点A至点B）瞬间出现的电压降至一个电平，使得跨越磁芯101、102和103中每一个的电压的比例均在各个磁芯的额定电压范围之内。

因此，本发明的特征在于使用不同磁芯材料来执行完全不同的各项功能。从图2A中所示的实施例中看出，相同磁性材料的多于一个的磁芯用于每项功能并且这些磁芯以重复型式交错。尽管串联使用多组磁芯，但可以表明一系列磁芯的等效电路基本上为一系列的串联的三对电感和电阻：La和Ra、Lb和Rb以及Lc和Rc，如图2B所示。

此外，各自的电感为La、Lb和Lc的磁芯的分布式本质确保当磁控管形成电弧时，瞬态高电压在一系列磁芯的长度A-B上均匀分布。距离A-B由所使用的磁芯的数量确定，但必须比防止电压爬电所需的最小距离长。关于爬电距离的信息可以在标准EN60950和IEC664-1中找到。

当使用同轴电缆20来向负载（例如，磁控管）馈送稳定DC电压时，在电压快速瞬变时的电缆的DC额定电压（例如，在磁控管形成电弧期间发生时）远远小于电缆受到恒定电压时的电缆的DC额定电压。为了确保瞬态条件下的额定电压足够，用于支持磁芯101、102和103的管105是电绝缘的。位于磁芯之间的电绝缘盘104确保跨越一系列磁芯（在图2A中的点A和点B之间）的高电压不会跨越磁芯表面跟踪，用于磁芯的典型磁性材料是可导电的。

图3示出了本发明的典型实现，其示出了装配在电绝缘管上的磁芯。示出同轴电缆的内部导体和内部绝缘体通过该管被馈送至高压变压器整流单元（HVTRU）的20kV DC输出端。磁芯和管装配用标准电缆夹具固定。同轴连接器在为了安全和EMC目的而屏蔽设备的导电盒上看不见。这样的电感器可以置于整流器的负端子与磁控管加热器变压器之间的电源引线周围，例如，WO2008/149133中描述的。

要理解的是，在某些情况下，如上所述，分别具有电感La、Lb和Lc的三种不同类型的磁芯101、102、103方便地用于滤除磁控管噪声、滤除整流器换向噪声和适应磁控管的电弧作用这三个目的。然而，设想如果例如磁芯Lb和Lc能够执行其中两项功能并且Lb和Lc的组合能够执行第三项功能，则只需要两种类型的磁芯，但如用于图2A中的三种类型的磁芯的一样，相同的磁芯机械布置和分布可用于两种不同类型的磁芯。

进一步要理解的是，本发明的滤波器用来：滤除来自整流器的噪声，以免该噪声到达磁控管；以及，滤除来自磁控管的噪声，以免该噪声到达包括整流器的电源电路。此外，与现有技术相比较，要注意的是滤波器位于电源引线上，而非位于磁控管内。这简化了磁控管的设计和构造。

虽然已经描述本发明与磁控管的噪声滤除相关，但本领域技术人员要理解的是，本发明具有其他情况下的应用，特别是在两个截然不同的频带和瞬态电压保护中需要噪声滤除。

在本说明书的所有说明和权利要求中，术语“包括”和“包含”及其变形的意思是“包括但不限于”，并且它们不旨在（也不会）排除其他组成部分、附加物、组件、整体或步骤。在本说明书的所有说明和权利要求中，单数包含复数，除非上下文另有所指。特别地，如果使用不定冠词，本说明书将理解为既指单数也指复数，除非上下文另有所指。

结合本发明的特定方面、实施例或实例而描述的特征、整体、特性、组合物、化学组成部分或基团将被理解为可以应用在本文描述的任何其他方面、实施例或实例，除非它们彼此不相容。本说明书（包括任何所附的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征，和/或公开的任何方法或工艺的所有步骤，除了其中这样的特征和/或步骤中的至少一些是相互排斥的组合之外，可以以任何组合方式结合。本发明不局限于任何前述实施例的细节。本发明的范围扩展至本说明书（包括任何所附权利要求、摘要和附图）公开的特征的任何新特征或特征的任何新组合，或扩展至所公开的任何方法或工艺的步骤的任何新步骤或步骤的任何新组合。

读者的注意力应指向与本申请有关的与本说明书同时提交或在本说明书之前提交的所有文件和资料，这些文件和资料与本说明书一起对公众公开，所有这些文件和资料的内容在此通过引用并入本文。

Claims

1.一种用于磁控管电源引线的感应滤波器，所述感应滤波器包括：

电绝缘管装置；

电源引线装置，其部分位于所述电绝缘管装置内且基本上与所述电绝缘管装置同轴，用于将电力从磁控管电源提供至磁控管；

第一磁性材料的第一磁芯装置，其同轴位于所述电绝缘管装置上；

第二磁性材料的第二磁芯装置，其同轴位于所述电绝缘管装置上；

绝缘盘装置，其外径至少与所述第一磁芯装置和所述第二磁芯装置相同且同轴位于所述第一磁芯装置与所述第二磁芯装置之间的所述电绝缘管装置上；

其中，所述感应滤波器基本上被设置为：滤除第一预定频带内的电噪声和高于或低于所述第一预定频带的第二预定频带内的电噪声，以免所述电噪声沿电源引线装置传输；以及，吸收沿所述电源引线装置传输的预定瞬态电压。

2.如权利要求1所述的感应滤波器，进一步包括：

同轴位于所述电绝缘管装置上的第三磁性材料的第三磁芯装置以及外径至少与所述第一磁芯装置、所述第二磁芯装置以及所述第三磁芯装置相同的附加的绝缘盘装置，其中所述附加的绝缘盘装置同轴位于所述第二磁芯装置与所述第三磁芯装置之间的所述电绝缘管装置上；

其中，所述第一磁芯装置基本上被设置为滤除所述第一预定频带内的电噪声；所述第二磁芯装置基本上被设置为滤除所述第二预定频带内的电噪声；所述第三磁芯装置被设置为吸收所述预定瞬态电压，以免所述预定瞬态电压沿所述电源引线装置传输。

3.如权利要求1或2所述的感应滤波器，包括多组其中所要求保护的磁芯装置和绝缘盘装置。

4.如前述权利要求中任一项所述的感应滤波器，其中所述磁芯装置和所述绝缘盘装置沿所述绝缘管装置彼此紧邻。

5.如前述权利要求中任一项所述的感应滤波器，其中所述绝缘盘装置被设置为防止将导致产生流过一系列磁芯装置的表面的跟踪电流的电压击穿。

6.如前述权利要求中任一项所述的感应滤波器，其中所述电源引线装置为同轴电缆的内部导体。

7.如权利要求6所述的感应滤波器，其中所述指示滤波器位于EMC筛选装置内并且所述同轴电缆的外部电导体与所述筛选装置电连接。

8.一种磁控管的电源引线的滤波方法，所述方法包括：

a.提供部分同轴位于电绝缘管装置内的电源引线装置，所述电源引线装置用于将电力从磁控管电源提供至磁控管；以及

b.使用布置在所述电绝缘管装置上且基本上与所述电绝缘管装置同轴的第一磁性材料的第一磁芯装置和第二磁性材料的第二磁芯装置来：滤除第一预定频带内的电噪声和高于或低于所第一预定频带的第二预定频带内的电噪声，以免所述电噪声沿所述电源引线装置传输；以及，吸收否则将沿所述电源引线装置传输的预定瞬态电压。

9.如权利要求8所述的方法，包括：

a.使用所述第一磁芯装置来滤除所述第一预定频带内的电噪声；

b.使用所述第二磁芯装置来滤除所述第二预定频带内的电噪声；以及

c.使用同轴布置在所述电绝缘管装置上的第三磁性材料的第三磁芯装置来吸收否则将沿所述电源引线装置传输的所述预定瞬态电压。

10.如权利要求8或9所述的方法，进一步包括使用外径至少与所述第一磁芯装置和所述第二磁芯装置相同且同轴位于所述磁芯装置之间的所述电绝缘管装置上的绝缘盘装置来防止将导致产生流过一系列磁芯装置的表面的跟踪电流的电压击穿。

11.如权利要求10所述的方法，包括使用多组其中所要求保护的磁芯装置和绝缘盘装置。