CN109104075A - 变压器耦合型全固态刚管调制电路、调制方法以及调制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供变压器耦合型全固态刚管调制电路、调制方法以及调制器，所述调制电路包括供电的电源，还包括：调制模块、隔离变压器、真空微波管和电流互感器；本发明提供的变压器耦合型全固态刚管调制电路、调制方法以及调制器，采用多个开关管IGBT串联和并联作为调制开关，既能减小输出波形前后沿，又能减小限流电阻的压降和功率损耗。

Description

变压器耦合型全固态刚管调制电路、调制方法以及调制器

技术领域

本发明涉及调制器技术领域。更具体地，涉及变压器耦合型全固态刚管调制电路、调制方法以及调制器。

背景技术

研制全固态刚管调制器一直是调制器技术发展方向，长期以来由于受半导体功率器件水平的限制，全固态刚管调制器只能在较小的功率范围内使用。目前，经过三十年来的技术发展和进步，大功率半导体开关器件不断涌现出新的品种，产品的可靠性越来越高，特别是近年来固态开关管的迅猛发展，使得采用全固态开关管串联和并联后研制出大功率全固态刚管调制器有了可能。

传统的变压器耦合型全固态刚管调制器多采用大功率IGBT模块作为调制开关，开关速度较慢，输出波形前后沿较大。同时体积重量较大，对于整体结构设计小型化要求没有优势。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明的一个方面提供了一种变压器耦合型全固态刚管调制电路，包括供电的电源，还包括：调制模块、隔离变压器、真空微波管和电流互感器；

所述调制模块的输入端与储能电容一端连接，所述调制模块的输出端和储能电容另一端之间的导线环绕在隔离变压器的输入绕组上，所述真空微波管的两端相连接的导线环绕在隔离变压器的输出绕组上；

所述调制模块包括低压控制电路，所述电流互感器的采样输出端与所述低压控制电路连接，以使所述低压控制电路根据电流互感器输出的电流幅度切换所述调制模块的工作状态。

优选地，所述调制器进一步包括与所述调制模块并联连接的储能电容。

优选地，所述调制模块进一步包括N个调制单元，每个调制单元包括一个IGBT管、并联连接在该IGBT管两端的驱动电路和均压电路，M个调制单元串联形成一个调制单元组，M和N均为正整数，并且N/M为正整数；

所述低压控制电路与每个调制单元上的驱动电路输入端连接，控制切换每个IGBT管的通断，进而切换所述调制模块的工作状态。

优选地，所述电源为高压电源。

优选地，每个调制单元组的一端连接限流电阻。

优选地，所述低压控制电路进一步连接外部的直流电压模块。

本发明还提供一种利用如上所述的电路进行调制的方法，其特征在于，包括：

当所述电流幅度处于预设值内，所述低压控制电路根据外部调制脉冲控制切换每个IGBT的通断；

当所述电流幅度超过所述预设值时，所述低压控制电路控制每个IGBT保持关断状态。

本发明进一步提供一种变压器耦合型全固态刚管调制器，包括如上所述的调制电路。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的变压器耦合型全固态刚管调制电路、调制方法以及调制器，采用多个开关管IGBT串联和并联作为调制开关，既能减小输出波形前后沿，又能减小限流电阻的压降和功率损耗。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例中调制电路的结构示意图。

附图标记：1-均压电路，2-驱动电路，3-隔离变压器，4-低压控制电路，5-真空微波管。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种截面图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及他们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

传统的变压器耦合型全固态刚管调制器多采用大功率IGBT模块作为调制开关，开关速度较慢，输出波形前后沿较大。同时体积重量较大，对于整体结构设计小型化要求没有优势。

有鉴于此，本发明提供一种调制电路，包括：调制模块、隔离变压器、真空微波管和电流互感器；所述调制模块的输入端与储能电容一端连接，所述调制模块的输出端和储能电容另一端之间的导线环绕在隔离变压器的输入绕组上，所述真空微波管的两端相连接的导线环绕在隔离变压器的输出绕组上；所述调制模块包括低压控制电路，所述电流互感器的采样输出端与所述低压控制电路连接，以使所述低压控制电路根据电流互感器输出的电流幅度切换所述调制模块的工作状态。

本发明提供的变压器耦合型全固态刚管调制电路，采用多个开关管IGBT串联和并联作为调制开关，既能减小输出波形前后沿，又能减小限流电阻的压降和功率损耗。

请结合图1所示，该调制电路包括：电流互感器T1、隔离变压器3、真空微波管5，还包括：限流电阻R1～R36、均压电路1、驱动电路2、开关管IGBT V1～V216、低压控制电路4；其中，均压电路1、驱动电路2均为216个。

储能电容C1并联在高压电源的+-两端，储能电容C1的一端分别与开关管IGBT V1、开关管IGBT V7…开关管IGBT V211的一端连接，共36组连接。储能电容C1的另一端与隔离变压器3初级的一端连接。开关管IGBT V1～V6与限流电阻R1顺次串联，开关管IGBT V7～V12与限流电阻R2顺次串联…开关管IGBT V211～V216与限流电阻R36顺次串联，共36组顺次串联组合。限流电阻R1～R36的另一端分别与隔离变压器3初级的另一端连接。隔离变压器3次级的一端与真空微波管5的一端连接。隔离变压器3次级的另一端与真空微波管5的另一端连接，且连接线贯穿电流互感器T1的线圈。电流互感器T1的采样输出端与低压控制电路4的采样输入端连接。216个均压电路1分别并联在开关管IGBT V1～V216的两端，216个驱动电路2的输出端分别与开关管IGBT V1～V216的栅极连接。216个驱动电路2的输入端分别与低压控制电路4的脉冲输出端通过高压电缆连接。

为减小限流电阻R1～R36上的压降和功率损耗，调制器采用36路开关并联的形式，开关管IGBT V1～V6与限流电阻R1串联形成第1路开关，开关管IGBT V7～V12与限流电阻R2串联形成第2路开关…开关管IGBT V211～V216与限流电阻R36串联形成第36路开关。调制器工作时，外部的DC24V直流电送入低压控制电路4，提供电路工作所需要的电压。外部的调制脉冲经过低压控制电路4后形成高频脉冲串，通过高压电缆传输到高压端的216个驱动电路2，形成驱动脉冲，同时控制开关管IGBT V1～V216的开通关断。当外部调制脉冲为高电平时，开关管IGBT V1～V216同时导通，外部的高压电源在外部的储能电容C1上保持直流高压，通过开关管IGBT V1～V216、限流电阻R1～R36后，在隔离变压器3初级之间形成脉冲高压和脉冲电流。隔离变压器3升压后，在真空微波管5的阴极和收集极之间形成脉冲高压和脉冲电流，脉冲电压幅度为-120kV，脉冲电流幅度为5A，持续时间与外部调制脉冲的高电平持续时间一致。当外部调制脉冲为低电平时，开关管IGBT V1～V216同时关断，外部的高压电源在外部的储能电容C1上保持直流高压，不能通过开关管IGBT V1～V216、限流电阻R1～R36、隔离变压器3传输到真空微波管5的阴极上，因此在真空微波管5的阴极和收集极之间的脉冲高压和脉冲电流均为0，持续时间与外部调制脉冲的低电平持续时间一致。

均压电路1保证开关管IGBT V1～V216工作过程中的静态均压和动态均压。电流互感器T1对脉冲电流进行采样，转换为电压信号，传输到低压控制电路4上。当脉冲电流幅度正常时，低压控制电路4正常工作；当脉冲电流幅度超过设定电流时，低压控制电路4过流保护，开关管IGBT V1～V216持续保持关断状态，使外部储能电容C1上的高压不能传输到真空微波管5的阴极上。

进一步的，本发明提供一种利用上述调制电路的方法，包括：

步骤S1：当所述电流幅度处于预设值内，所述低压控制电路根据外部调制脉冲控制切换每个IGBT的通断；

步骤S2：当所述电流幅度超过所述预设值时，所述低压控制电路控制每个IGBT保持关断状态。

本发明提供的调制方法，采用多个开关管IGBT串联和并联作为调制开关，既能减小输出波形前后沿，又能减小限流电阻的压降和功率损耗。

进一步的，本发明还提供一种调制器，包括上述调制电路，并且，该调制器的限流电阻R1～R36、开关管IGBT V1～V216、均压电路、驱动电路工作在高电位，放置在油箱中，通过变压器油绝缘散热。

本发明采用多个开关管IGBT串联和并联作为调制开关，既能减小输出波形前后沿，又能减小限流电阻的压降和功率损耗；采用油箱结构，可以在保证绝缘的情况下减小体积重量。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的属于“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的气体步骤或单元。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种变压器耦合型全固态刚管调制电路，其特征在于，包括：调制模块、隔离变压器、真空微波管和电流互感器；

所述调制模块的输入端与储能电容一端连接，所述调制模块的输出端和储能电容另一端之间的导线环绕在隔离变压器的输入绕组上，所述真空微波管的两端相连接的导线环绕在隔离变压器的输出绕组上；所述调制模块包括低压控制电路，所述电流互感器的采样输出端与所述低压控制电路连接，以使所述低压控制电路根据电流互感器输出的电流幅度切换所述调制模块的工作状态。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述调制模块进一步包括N个调制单元，每个调制单元包括一个IGBT管、并联连接在该IGBT管两端的驱动电路和均压电路，M个调制单元串联形成一个调制单元组，M和N均为正整数，并且N/M为正整数；

所述低压控制电路与每个调制单元上的驱动电路输出端连接，控制切换每个IGBT管的通断，进而切换所述调制模块的工作状态。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，每个调制单元组的一端连接限流电阻。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述低压控制电路进一步连接外部的直流电压模块。

5.一种利用如权利要求1-4任一项所述的电路进行调制的方法，其特征在于，包括：

当所述电流幅度处于预设值内，所述低压控制电路根据外部调制脉冲控制切换每个IGBT的通断；

当所述电流幅度超过所述预设值时，所述低压控制电路控制每个IGBT保持关断状态。

6.一种变压器耦合型全固态刚管调制器，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的调制电路。