CN108347187B - 一种便携式行波管测试电源 - Google Patents

一种便携式行波管测试电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种便携式行波管测试电源。显示控制及电源状态采集部分通过本控人机交互界面或遥控接收上位机信号完成外部指令和调制信号的参数设定，对设定参数进行解调和控制判断后送出；输入整流滤波及辅助电源部分对电网输入供电电压进行整流滤波变成直流电并变换为辅助电源；高压开关电源部分通过高频开关电源将输入整流滤波及辅助电源部分提供的所述直流电变换成两路共参考点的高压电，作为行波管的螺线电源和收集极电源；灯丝调制器部分接收指令和调制信号，将所述直流电隔离变换为悬浮在行波管螺线电压上的的调制电源和灯丝电源。本发明具有小型化特点，内部集成调制信号源，可遥控本控切换操作、完成自动化测试。

Description

一种便携式行波管测试电源
技术领域
本发明属于电源技术领域，特别是一种便携式行波管测试电源。
背景技术
行波管是利用电子注与高频行波场相互作用时进行能量的交换，完成射频信号放大的一种电真空器件，是目前在军事装备上应用最广泛的电真空放大器件，由于其无可替代的宽频带特点，也成为现代电子战中最重要的一种电真空放大器件。但由于行波管器件自身特性，其内部必须建立高压电场对电子束进行聚束、加速、回收等，因此对行波管的测试维护必须使用专用的高压测试电源。
目前，国内所使用的行波管测试电源依用途分有两种：一种是体积大且笨重的台式行波管测试电源，可以对行波管提供各级电源，保证行波管测试维护等工作；一种是体积较小重量较轻的行波管维护设备，仅能对行波管提供灯丝老练或钛泵老练，不能够完全提供行波管工作的各级电源，即不能完成加高压或加发射的测试维护。
传统的行波管测试电源需要配合外部的调制信号源对行波管的占空比进行调节，进行相关测试时除了笨重的行波管测试电源外还有调制信号源，不便于携带，仅能完成实验室的测试维护工作；传统的行波管测试电源无遥控功能，在特定测试环境中，操作现场会对人员产生微波辐射或其他危险的情况，需要对行波管测试电源遥控；此外，传统的行波管测试电源对行波管的测试维护需要人员手动记录参数并人工判断行波管性能，不便于批量的自动化测试。
总之，现有的行波管测试电源存在有体积大且笨重不方便携带，功能单一，需要外部调制信号源，无遥控或自动测试能力差等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式行波管测试电源，小型化、内部集成调制信号源、可遥控本控切换操作、自动化测试。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种便携式行波管测试电源，包括：
显示控制及电源状态采集部分：通过本控人机交互界面或遥控接收上位机信号完成外部指令和调制信号的参数设定，对设定参数进行解调和控制判断后送出，接收其他部分的反馈信号完成电源状态采集；
输入整流滤波及辅助电源部分：对电网220VAC输入供电进行整流滤波变成300V直流，并进行电压将其变换为辅助电源；
高压开关电源部分：通过高频开关电源将输入整流滤波及辅助电源部分提供的300V直流变换成两路共参考点的高压输出，作为行波管的螺线电源和收集极电源；
灯丝调制器部分：接收显示控制及电源状态采集部分的指令和调制信号，将300V直流隔离变换为悬浮在行波管螺线电压上的的调制电源和灯丝电源；
所述显示控制及电源状态采集部分通过本控人机交互界面或遥控接收上位机信号完成外部指令和调制信号的参数设定，对设定参数进行解调和控制判断后将其分送给高压开关电源部分和灯丝调制器部分，输入整流滤波及辅助电源部分对电网220VAC输入供电进行整流滤波变成300V直流后送给高压开关电源部分和灯丝调制器部分，高压开关电源部分和灯丝调制器部分对300V直流进行变换，其电源输出作为总电源输出送给行波管供电，显示控制及电源状态采集部分通过高压开关电源部分和灯丝调制器部分所反馈的信号完成电源状态采集。
外部输入的电网220VAC经过整流滤波及辅助电源部分整流为300V直流，经高压开关电源部分和灯丝调制器部分变换后产生行波管所需的螺线电源、收集极电源以及悬浮在螺线电源上的调制电源，作为便携式行波管测试电源的输出给行波管供电；显示控制及电源状态采集部分通过本控人机交互界面或遥控接收上位机信号完成外部指令和调制信号的参数设定，对设定参数进行解调和控制判断后将调制信号和指令送给灯丝调制器部分，让其产生所设定参数调制电源并按上电时序启动灯丝电源及调制电源，将指令送给高压开关电源部分，使其按照上电时序启动高压开关电源，输出螺线电源和收集极电源，高压开关电源部分和灯丝调制器部分将其内部的电源状态参数送给显示控制及电源状态采集部分进行电源状态判断以确定指令是否完成。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于，
1、小型化：高压开关电源为四只高频高压碳化硅晶体管组成的全桥开关和高频谐振电感电容串联的移相谐振变换器，减小了功率器件和滤波电路的尺寸，提高了功率密度，在一路高压开关电源同时输出螺线电源和收集极电源减小了设计尺寸，为便携提供了基础。
2、内部集成调制信号源：行波管调制信号为显示控制及电源状态采集部分内部控制电路的数字信号处理器所产生，进行行波管测试维护时无需使用外部调制信号源。
3、可遥本控切换操作、自动化测试：在断电状态下通过多路扭子开关切换串口通讯路径，完成遥本控模式切换，在遥控模式下，上位机完成遥控自动测试行波管并记录测试参数、判断行波管性能。
附图说明
图1是本发明的便携式行波管测试电源原理框图。
图2是本发明的显示控制及电源状态采集部分原理框图。
图3是本发明的输入整流滤波及辅助电源部分原理框图。
图4是本发明的高压开关电源部分原理框图。
图5是本发明的灯丝调制器部分部分原理框图。
具体实施方式
容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明便携式行波管测试电源的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
如图1所示，本发明便携式行波管测试电源，包括：
显示控制及电源状态采集部分1，其工作为：通过本控人机交互界面或遥控接收上位机信号完成行波管上电指令(如预热、高压、发射等)和调制信号的参数设定(如行波管电子注工作比工作重复频率等)；对设定的调制信号参数进行解调变换为模拟电压的调制信号送给灯丝调制器部分4；对下发的外部指令进行控制判断变换为开关状态电压信号的行波管上电指令送给高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4；接收高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4的反馈信号完成电源状态采集；
输入整流滤波及辅助电源部分2，其工作为：对电网220VAC输入供电进行整流滤波变成300V直流电压送给高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4，并对300V直流电压进行电压变换将其变换为辅助电源送给显示控制及电源状态采集部分1、高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4；
高压开关电源部分3，其工作为：通过由四只高频高压碳化硅晶体管的全桥开关和高频谐振电感电容串联移相谐振变换器组成的高频开关电源将输入整流滤波及辅助电源部分2提供的300V直流变换成两路共参考点的高压输出，作为行波管的螺线电源和收集极电源；
灯丝调制器部分4：从控制信号流向来看，该部分接收显示控制及电源状态采集部分1的行波管上电指令和调制信号，根据接收的行波管上电指令启动或者关断灯丝调制器部分的灯丝电源和调制器电源，根据接收的调制信号设定该部分控制行波管电子注工作开关的调制器电源的调制占空比和调制重复频率；从功率信号流向来看，该部分接收300V直流进行隔离稳压变换，产生悬浮在行波管螺线电压上的的调制电源和灯丝电源；
从本发明的控制信号流向来看，所述显示控制及电源状态采集部分1通过本控人机交互界面或遥控接收上位机信号完成行波管上电指令如预热、高压、发射等和调制信号的参数如行波管电子注工作比工作重复频率等设定，对设定的调制信号参数进行解调变换为模拟电压的调制信号送给灯丝调制器部分4、对下发的外部指令进行控制判断变换为开关状态电压信号的行波管上电指令送给高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4，高压开关电源部分3根据接收的行波管上电指令启动或者关断高压开关电源部分3的螺线电源和收集极电源，螺线电源和收集极电源为同一个变换器，同时开通或者同时关断，灯丝调制器部分4根据接收的行波管上电指令启动或者关断灯丝调制器部分的灯丝电源和调制器电源，根据接收的调制信号设定该控制行波管电子注工作开关的调制器电源的调制占空比和调制重复频率，高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4的将行波管测试电源工作的状态参数如螺线电压、收集极电压、螺线电流、灯丝电流等参数送给显示控制及电源状态采集部分1完成电源状态采集。
从本发明的功率信号流向来看，所述输入整流滤波及辅助电源部分2对电网220VAC输入供电进行整流滤波变成300V直流后送给高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4，高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4对300V直流进行变换产生行波管工作所需的螺线电源、收集极电源、灯丝电源和调制器电源，作为总电源输出送给行波管供电。
如图2所示，显示控制及电源状态采集部分1包括射随保护缓冲滤波11、AD采样12、DSP13、驱动器14、隔离光耦15、基准电路16、通讯隔离驱动电路17、隔离光耦18和隔离驱动器19。
所述高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4产生行波管测试电源工作的状态参数如螺线电压、收集极电压、螺线电流、灯丝电流等参数的模拟电压信号经过射随保护缓冲滤波11后经AD采样12送给DPS13的ADC，将采集到的模拟电压信号与基准电路16的对比取样后将模拟电压信号数字化，数字化的测试电源工作状态参数经过DSP13的串口通讯变换为传输测试电源工作状态参数的通讯信号送出给遥控的上位机或者人机交互本控界面进行显示，由高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4产生的电源故障状态量信号如打火故障、螺线过流故障、调制器欠压故障等通过隔离光耦18送给DSP13的GPIO口，由DSP13对故障状态进行记录和处理，完成对于电源故障状态采集；人机交互本控信号和上位机遥控信号通过通讯隔离驱动电路17送给DSP13完成串口通讯，所设置的操作指令通过DSP13的GPIO再经驱动器14与隔离光耦15送给高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4，完成对电源的指令下发，根据本控人机交互界面或遥控接收上位机信号设定的调制信号参数，由DSP13产生调制脉宽电压信号由PWM输出口经隔离驱动器19送给灯丝调制器部分4完成调制信号的产生，在进行行波管测试时无需外部视频信号源提供调制信号，减少了测试所需的仪表，提高了测试设备的便携性；在断电状态下通过多路扭子开关切换该部分电路的串口通讯路径，可以完成遥本控模式切换，在遥控模式下，上位机完成遥控自动测试行波管并记录测试参数、判断行波管性能。
如图3所示，输入整流滤波及辅助电源部分2包括整流桥21、缓启动电路22、滤波电容23和DC/DC模块24。
所述电网220VAC输入经整流桥21、缓启动电路22后在滤波电容23处形成300V直流电送给高压开关电源部分3、灯丝调制器部分4和DC/DC模块24；DC/DC模块24产生的辅助电源送给显示控制及电源状态采集部分1、高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4用于该部分控制电路的辅助供电。
如图4所示，高压开关电源部分3包括控制保护电路31、定频移相控制电路32、全桥变换电路33、高压变压器34、压整流滤波及稳压取样电路35和LC串联谐振槽路36。
所述高压整流滤波及稳压取样电路35将该部分电源工作状态参数如螺线电压、螺线电流等电压电流取样信号送给控制保护电路31，经控制保护电路31完成电源工作状态参数的模拟电压信号取样，根据该部分电源工作状态参数进行电源故障判断，将电源工作状态参数和电源故障状态输出送给显示控制及电源状态采集部分1；输入整流滤波及辅助电源部分2产生的辅助电源送给控制保护电路31和定频移相控制电路32完成辅助供电；控制保护电路31将显示控制及电源状态采集部分1送过来的指令信号送给定频移相控制电路32控制高压开关电源部分3的启动或者关断；接收到高压开通指令后定频移相控制电路32产生四路具有相应相位关系的PWM波送给级联的由全桥碳化硅mos管组成的开关变换电路33和LC串联谐振槽路36，将输入整流滤波及辅助电源部分2送过来的300V直流斩波变换为高频谐振脉冲，经高压变压器34升压变换后送给高压整流滤波及稳压取样电路35，产生行波管螺线电源、收集极电源；高压整流滤波及稳压取样电路35的闭环电压负反馈信号送给脉宽控制电路32完成高压开关电源部分3的稳压闭环；该部分电路的全桥变换电路由4只碳化硅mos管组成，由于碳化硅mos管栅源寄生电容小，更容易实现碳化硅mos管的高频驱动，使用LC串联谐振的移相变换器实现了mos管的零电流开通和零电压关断，降低了全桥mos管的开关损耗，提高了电源转换效率和开关频率，减小了功率器件和滤波电路的尺寸，提高了功率密度，在一路高压开关电源同时输出螺线电源和收集极电源减小了设计尺寸，为便携提供了基础。
如图5所示，灯丝调制器部分4包括灯丝控保电路41、灯丝低压变换电路42、信号隔离变压器43、灯丝调制器高压电路44、灯丝调制器变压器45和灯丝隔离取样变压器46。
所述灯丝调制器高压电路44将灯丝电流取样信号送给灯丝控保电路41，经灯丝控保电路41完成对灯丝电流取样信号的分压取样产生灯丝电流模拟电压信号，将灯丝调制部分工作状态参数即灯丝电流模拟电压信号输出送给显示控制及电源状态采集部分1；输入整流滤波及辅助电源部分2产生的辅助电源送给灯丝控保电路41和灯丝低压变换电路42完成辅助供电；灯丝控保电路41将显示控制及电源状态采集部分1送过来的指令信号送给灯丝低压变换电路42完成对灯丝调制器部分4的使能控制；接收到灯丝预热指令后灯丝低压变换电路42将输入整流滤波及辅助电源部分2送过来的300V直流斩波变换为高频开关脉冲，灯丝调制器变压器45隔离变换后送给灯丝调制器高压电路44，产生悬浮在行波管螺线高压上的调制电源和灯丝电源；灯丝调制器高压电路44的闭环灯丝电压负反馈信号通过灯丝隔离取样变压器46送给灯丝低压变换电路42完成灯丝调制器部分4的稳压闭环；由显示控制及电源状态采集部分1产生的调制信号经灯丝低压变换电路42变换为调制载波信号经信号隔离变压器43送给灯丝调制器高压电路44控制行波管调制器电压进行切换，完成对行波管的脉冲调制。
所述显示控制及电源状态采集部分1根据高压开关电源部分3和灯丝调制器部分4的反馈的电源状态参数记录行波管的测试数据，并在遥控状态时上传给上位机记录，上位机完成遥控自动测试行波管并记录测试参数、判断行波管性能。所述行波管测试电源的行波管调制信号为显示控制及电源状态采集部分根据设定参数使用内部控制电路的数字信号处理器所产生。
所述高压开关电源部分3的开关变换部分为四只高频高压碳化硅晶体管组成的全桥开关和高频谐振电感电容串联的移相谐振变换器。
所述显示控制及电源状态采集部分1的遥本控在断电状态下通过多路扭子开关切换串口通讯路径、通讯部分供电完成切换。
本发明提出的便携式行波管测试电源通过内部控制电路的数字信号处理器产生行波管测试所需的调制信号，减少了测试所需的仪表，通过高频高压碳化硅晶体管开关电源减小了高压电源的体积，通过串口通讯完成了在遥控模式下的行波管自动测试和性能判断。本发明的行波管测试电源，具有小型化、内部集成调制信号源、可遥本控切换操作、自动化测试等特点。

Claims (6)

1.一种便携式行波管测试电源，其特征在于，包括：
显示控制及电源状态采集部分：通过本控人机交互界面或遥控接收上位机信号完成外部指令和调制信号的参数设定，对设定参数进行解调和控制判断后送出，接收其他部分的反馈信号完成电源状态采集；
输入整流滤波及辅助电源部分：对电网输入供电电压进行整流滤波变成直流电，并进行电压变换将其所述直流电变换为辅助电源；
高压开关电源部分：通过高频开关电源将输入整流滤波及辅助电源部分提供的所述直流电变换成两路共参考点的高压电，作为行波管的螺线电源和收集极电源；
灯丝调制器部分：接收显示控制及电源状态采集部分的指令和调制信号，将所述直流电隔离变换为悬浮在行波管螺线电压上的的调制电源和灯丝电源；
显示控制及电源状态采集部分通过本控人机交互界面或遥控接收上位机信号完成外部指令和调制信号的参数设定，对设定参数进行解调和控制判断后将调制信号和指令送给灯丝调制器部分，让其产生所设定参数调制电源并按上电时序启动灯丝电源及调制电源，将指令送给高压开关电源部分，使其按照上电时序启动高压开关电源部分，输出螺线电源和收集极电源，高压开关电源部分和灯丝调制器部分将其内部的电源状态参数送给显示控制及电源状态采集部分进行电源状态判断以确定指令是否完成。
2.根据权利要求1所述的便携式行波管测试电源，其特征在于，所述显示控制及电源状态采集部分包括射随保护缓冲滤波电路、AD采样电路、DSP、驱动器、隔离光耦合器一、基准电路、通讯隔离驱动电路一、隔离光耦合器二和隔离驱动器二；
所述高压开关电源部分和灯丝调制器部分产生的行波管测试电源工作的状态参数的模拟电压信号经过射随保护缓冲滤波电路后经AD采样电路采样送给DPS中的ADC转换器，将采集的模拟电压信号与基准电路对比取样后将模拟电压信号数字化，数字化的测试电源工作状态参数经过DSP的串口通讯变换为传输测试电源工作状态参数的通讯信号送出给遥控的上位机或者人机交互本控界面进行显示；由高压开关电源部分和灯丝调制器部分产生的电源故障状态量信号通过隔离光耦合器二送给DSP中的GPIO口，由DSP对故障状态进行记录和处理，完成对于电源故障状态采集；人机交互本控信号和上位机遥控信号通过通讯隔离驱动电路一送给DSP完成串口通讯，所设置的操作指令通过DSP的GPIO再经驱动器与隔离光耦合器一送给高压开关电源部分和灯丝调制器部分，完成对电源的指令下发；根据本控人机交互界面或遥控接收上位机信号设定的调制信号参数，由DSP产生调制脉宽电压信号并由PWM输出口输出，然后经隔离驱动器二送给灯丝调制器部分，完成调制信号的产生。
3.根据权利要求1所述的便携式行波管测试电源，其特征在于，高压开关电源部分包括控制保护电路、定频移相控制电路、全桥变换电路、高压变压器、高压整流滤波及稳压取样电路和LC串联谐振槽路；
所述高压整流滤波及稳压取样电路将该高压开关电源部分工作状态参数的电压电流取样信号送给控制保护电路，经控制保护电路完成电源工作状态参数的模拟电压信号取样，根据该部分电源工作状态参数进行电源故障判断，将电源工作状态参数和电源故障状态输出送给显示控制及电源状态采集部分；输入整流滤波及辅助电源部分产生的辅助电源送给控制保护电路和定频移相控制电路完成辅助供电；控制保护电路将显示控制及电源状态采集部分送来的指令送给定频移相控制电路控制高压开关电源部分的启动或者关断；接收到高压开通指令后定频移相控制电路产生四路具有相应相位关系的PWM波送给级联的全桥变换电路和移相变换器，将输入整流滤波及辅助电源部分送来的所述直流电斩波变换为高频谐振脉冲，经高压变压器升压变换后送给高压整流滤波及稳压取样电路，产生行波管螺线电源、收集极电源；高压整流滤波及稳压取样电路的闭环电压负反馈信号送给定频移相控制电路完成高压开关电源部分的稳压闭环。
4.根据权利要求3所述的便携式行波管测试电源，其特征在于，所述全桥变换电路由4只碳化硅mos管组成，所述移相变换器为LC串联谐振槽路。
5.根据权利要求1所述的便携式行波管测试电源，其特征在于，所述灯丝调制器部分包括灯丝控保电路、灯丝低压变换电路、信号隔离变压器、灯丝调制器高压电路、灯丝调制器变压器和灯丝隔离取样变压器；
所述灯丝调制器高压电路将灯丝电流取样信号送给灯丝控保电路，经灯丝控保电路完成对灯丝电流取样信号的分压取样产生灯丝电流信号，将灯丝调制部分工作状态参数即灯丝电流信号输出送给显示控制及电源状态采集部分；输入整流滤波及辅助电源部分产生的辅助电源送给灯丝控保电路和灯丝低压变换电路完成辅助供电；灯丝控保电路将显示控制及电源状态采集部分送过来的指令信号送给灯丝低压变换电路完成对灯丝调制器部分的使能控制；接收到指令信号后灯丝低压变换电路将输入整流滤波及辅助电源部分送过来的所述直流电斩波变换为高频开关脉冲，灯丝调制器变压器隔离变换后送给灯丝调制器高压电路，产生悬浮在行波管螺线高压上的调制电源和灯丝电源；灯丝调制器高压电路的闭环灯丝电压负反馈信号通过灯丝隔离取样变压器送给灯丝低压变换电路完成灯丝调制器部分的稳压闭环；由显示控制及电源状态采集部分产生的调制信号经灯丝低压变换电路变换为调制载波信号经信号隔离变压器送给灯丝调制器高压电路控制行波管调制器电压进行切换，完成对行波管的脉冲调制。
6.根据权利要求1所述的便携式行波管测试电源，其特征在于，所述显示控制及电源状态采集部分使用双触摸屏操作显示，双屏内部控制显示系统同时与控制电路的DSP进行通讯，根据地址编码选择相应的通讯数据完成不同的指令、参数设定和显示。
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