CN117895420A - 一种用于回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路，属于大功率毫米波技术领域。该保护电路包括信号转换电路、放大电路、比较电路、脉内屏蔽电路、脉宽故障检测电路。本发明通过将同步信号与高压电源输出的电流波形进行对比，判断在调制器关闭时间段内，回旋行波管高压回路中是否存在电流从而准确识别出调制器是否已经击穿失去控制；一旦检测到脉宽故障，则发出保护信号关闭高压电源逆变输出。本发明的脉宽检测保护电路能够在3us以内准确识别调制器的工作状态，缩短检测时间，提高保护准确性，从而准确迅速的保护高压电源逆变电路不会过功率损坏，提高了功率模块的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于大功率毫米波技术领域，具体涉及一种用于回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路。
背景技术
回旋行波管作为一种工作在毫米波频段的大功率真空电子器件，它通常具有功率大、频带宽、增益高等一系列特点。在雷达、毫米波通信、电子对抗等领域都得到了广泛的应用。
功率模块作为回旋行波管的核心器件之一，包括高压电源、调制器、调制器时钟模块；工作时，调制器时钟模块产生同步信号，调制器在同步信号的控制下将高压电源产生的直流高压转换为脉冲高压，提供给回旋行波管作为工作电压。由于回旋行波管属于电真空器件，工作可能出现放电打火的现象；当检测到回旋行波管的脉冲电流超过阈值时，调制器会立即关闭，以此来保护回旋行波管及调制器。调制器的核心器件是IGBT，当调制器内部IGBT积累损伤到一定程度时，调制器将损坏击穿，失去开关控制能力；在这种情况下，若高压电源在很高的电压下突然输出直流，输出的功率过大，如果不及时关闭高压电源，将会造成高压电源逆变电路、变压器组件等元器件长时间过大功率发热而烧毁。
现有技术中，通常是采用逆变过功率保护电路来检测调制器是否损坏，当检测到高压电源平均电流信号超过阈值时，则发出保护信号关闭高压电源；但是逆变过功率保护电路从识别故障到响应的时间需要上百微秒，存在响应输出时间较长的缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路，其特征在于，包括信号转换电路、放大电路、比较电路、脉内屏蔽电路、脉宽故障检测电路；
所述信号转换电路，用于检测回旋行波管高压回路中的电流信号，并将该电流信号转换为电压信号发送至所述放大电路；
所述放大电路，用于放大电压信号并发送至所述比较电路；
所述比较电路，用于比较放大后的电压信号的电压值是否大于基准电压值；若是，则输出高电平作为所述脉宽故障检测电路的控制信号；
所述脉内屏蔽电路，用于接收调制器时钟模块产生的同步信号，并将所述同步信号转化为脉内屏蔽信号；所述脉内屏蔽信号外嵌套脉冲电流并发送至所述脉宽故障检测电路；
所述脉宽故障检测电路，用于将接收到的控制信号与所述脉内屏蔽信号相与，输出的高电平作为关闭高压电源的保护信号。若控制信号在脉内屏蔽信号的屏蔽时间以外仍然存在，则说明在调制器关闭时间段内，回旋行波管高压回路中仍存在电流，即脉宽故障、调制器已损坏。
进一步地，所述脉内屏蔽电路，包括单稳态触发器U4、或非门U5；所述单稳态触发器U4识别同步信号的下降沿产生后沿延时脉冲；所述后沿延时脉冲与同步信号作或非后得到脉内屏蔽信号。
进一步地，所述脉宽故障检测电路，包括与门U6、第一RC滤波电路、第二RC滤波电路；所述脉内屏蔽信号经过第一RC滤波电路滤波后发送至与门U6的第一输入端，所述控制信号经过第二RC滤波电路滤波后发送至与门U6的第二输入端。
进一步地，所述信号转换电路，采用由运算放大器组成的电压跟随电路。
本发明工作原理及优点：
与传统方法是相比较，本发明的脉宽检测保护电路不需要长时间的滤波来抗干扰，通过对同步信号与高压电源输出的电流波形（即控制信号）进行对比，判断在调制器关闭时间段内，回旋行波管高压回路中是否存在电流即可以准确识别出调制器是否已经击穿失去控制，一旦检测到脉宽故障，则发出保护信号关闭高压电源逆变输出。本发明的脉宽检测保护电路能够在3us以内准确识别调制器的工作状态，缩短检测时间，提高保护准确性，从而准确迅速的保护高压电源逆变电路不会过功率损坏，提高了功率模块的可靠性。
附图说明
图1为实施例中回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路的示意图；
图2为正常工作环境时同步信号、控制信号、脉内屏蔽信号、保护信号的波形比较图；
图3为脉宽故障时同步信号、控制信号、脉内屏蔽信号、保护信号的波形比较图；
图4为实施例中信号转换电路的结构示意图；
图5为实施例中放大电路的结构示意图；
图6为实施例中比较电路的结构示意图；
图7为实施例中脉内屏蔽电路的结构示意图；
图8为实施例中脉宽故障检测电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合说明书附图，对本实施例中的技术方案进行详细描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例的一种用于回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路，如图1所示，包括信号转换电路、放大电路、比较电路、脉内屏蔽电路、脉宽故障检测电路。
所述信号转换电路，用于检测回旋行波管高压回路中的电流信号，并将该电流信号转换为电压信号发送至所述放大电路。如图4所示，本实施例中的信号转换电路，包括霍尔电流传感器、运算放大器U2、电阻R7；所述霍尔电流传感器用于检测回旋行波管高压回路中的电流信号，并将该电流信号作为运算放大器U2的输入；所述运算放大器U2的工作电压为12V，同向输入端连接霍尔电流传感器、并通过电阻R7接地，反向输入端连接运算放大器U2的输出端，运算放大器U2的输出端连接所述放大电路。
所述放大电路，用于放大电压信号并发送至所述比较电路。如图5所示，本实施例中的放大电路，包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R4、电阻R5、电容C3；所述运算放大器U1的工作电压为12V，同向输入端通过由电阻R5和电容C3组成的RC滤波电路连接所述信号转换电路，反向输入端通过电阻R4接地、并通过电阻R1连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的输出端连接所述比较电路。
所述比较电路，用于比较放大后的电压信号的电压值是否大于基准电压值；若是，则输出高电平作为所述脉宽故障检测电路的控制信号。如图6所示，本实施例中的比较电路，包括比较器U3、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电容C1、电容C2；所述比较器U3的工作电压为12V，同向输入端通过由电阻R6和电容C2组成的RC滤波电路连接所述放大电路，反向输入端通过由电阻R3和电容C1组成的RC滤波电路连接5V电源，电阻R3和电容C1之间还并联设置有电阻R2用于分压，比较器U3的输出端连接所述脉宽故障检测电路。
所述脉内屏蔽电路，用于接收调制器时钟模块产生的同步信号，并将所述同步信号转化为脉内屏蔽信号；所述脉内屏蔽信号外嵌套脉冲电流并发送至所述脉宽故障检测电路。如图7所示，本实施例中的脉内屏蔽电路，包括单稳态触发器U4、或非门U5、电容C4、电容C5、电容C7、电容C9、电容C10、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R13；所述单稳态触发器U4识别同步信号的下降沿产生后沿延时脉冲；所述后沿延时脉冲与同步信号作或非后得到脉内屏蔽信号。
具体地，所述单稳态触发器U4的型号为SN74LV221APWR；所述单稳态触发器U4各引脚连接方式为：第九端通过由电阻R9和电容C9组成的RC滤波电路接收同步信号；第五端输出的后沿延时脉冲通过由电阻R13和电容C10组成的RC滤波电路输入所述或非门U5的第二输入端；第六端、第八端接地，同时第六端还通过电容C5连接第七端；第七端还通过电阻R11连接5V电源；第十端和第十一、第十六端连接5V电源，同时第十六端还通过电容C4接地。
所述同步信号还通过由电阻R10和电容C7组成的RC滤波电路输入所述或非门U5的第一输入端；所述或非门U5的工作电压为5V；所述或非门U5将两个输入信号作或非后得到脉内屏蔽信号。
所述脉宽故障检测电路，如图8所示，包括与门U6、电容C6、电容C8、电阻R8、电阻R12、电阻R14；所述与门U6的工作电压为5V；所述脉内屏蔽信号经过由电阻R8和电容C6组成的第一RC滤波电路后输入与门U6的第一输入端；所述控制信号经过由电阻R12和电容C8组成的第二RC滤波电路后输入与门U6的第二输入端，且电阻R12和电容C8之间还并联设置有电阻R14用于分压；所述与门U6将所述控制信号与所述脉内屏蔽信号相与后输出的高电平作为关闭高压电源的保护信号。
图2为正常工作环境时同步信号、控制信号、脉内屏蔽信号、保护信号的波形比较图，图3为脉宽故障时同步信号、控制信号、脉内屏蔽信号、保护信号的波形比较图；如图所示，当同步信号由高电平转为低电平，脉内屏蔽信号根据同步信号产生延时低电平；若在脉内屏蔽信号转换为高电平的时刻之后，控制信号为低电平，则说明调制器关闭时间段内高压回路中不存在电流，即调制器处于正常工作状态；若在脉内屏蔽信号转换为高电平的时刻之后，控制信号仍为高电平，则说明调制器关闭时间段内高压回路中还存在电流，即调制器处于异常状态，因此，输出高电平作为关闭高压电源的保护信号。
本发明通过将同步信号与高压电源输出的电流波形（即控制信号）进行对比，判断在调制器关闭时间段内，回旋行波管高压回路中是否存在电流即可以准确识别出调制器是否已经击穿失去控制，从而缩短检测保护的时间，提高保护的准确性，从而准确迅速的保护高压电源逆变电路不会过功率损坏，提高了功率模块的可靠性和安全性。
Claims (4)
1.一种用于回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路，其特征在于，包括信号转换电路、放大电路、比较电路、脉内屏蔽电路、脉宽故障检测电路；
所述信号转换电路，用于检测回旋行波管高压回路中的电流信号，并将该电流信号转换为电压信号发送至所述放大电路；
所述放大电路，用于放大电压信号并发送至所述比较电路；
所述比较电路，用于比较放大后的电压信号的电压值是否大于基准电压值；若是，则输出高电平作为所述脉宽故障检测电路的控制信号；
所述脉内屏蔽电路，用于接收调制器时钟模块产生的同步信号，并将所述同步信号转化为脉内屏蔽信号；所述脉内屏蔽信号外嵌套脉冲电流并发送至所述脉宽故障检测电路；
所述脉宽故障检测电路，用于将接收到的控制信号与所述脉内屏蔽信号相与，输出的高电平作为关闭高压电源的保护信号。
2.如权利要求1所述的一种用于回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路，其特征在于，所述脉内屏蔽电路，包括单稳态触发器U4、或非门U5；所述单稳态触发器U4识别同步信号的下降沿产生后沿延时脉冲；所述后沿延时脉冲与同步信号作或非后得到脉内屏蔽信号。
3.如权利要求1或2所述的一种用于回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路，其特征在于，所述脉宽故障检测电路，包括与门U6、第一RC滤波电路、第二RC滤波电路；所述脉内屏蔽信号经过第一RC滤波电路滤波后发送至与门U6的第一输入端，所述控制信号经过第二RC滤波电路滤波后发送至与门U6的第二输入端。
4.如权利要求3所述的一种用于回旋行波管功率模块的脉宽检测保护电路，其特征在于，所述信号转换电路，采用由运算放大器组成的电压跟随电路。
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