CN216120197U - 一种冷态高压老练设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种冷态高压老练设备，其特征在于，包括：冷态高压老练模块(100)，包括高压电源(110)、限流电阻(120)、调制开关(130)、脉冲变压器(140)以及速调管(160)；反馈模块(200)，包括控制电路(210)、触发电路(220)及保护电路(230)，所述控制电路(210)、所述触发电路(220)及所述保护电路(230)依次连接，所述控制电路(210)用于发送脉冲信号，使所述触发电路(220)控制所述调制开关(130)的闭合或断开，所述保护电路(230)用于当所述速调管(160)的状态超过阈值时，发送第一切断信号，使所述触发电路(220)控制所述调制开关(130)断开。

Description

一种冷态高压老练设备

技术领域

本实用新型涉及速调管领域，尤其涉及速调管的一种冷态高压老练设备。

背景技术

速调管是一种大功率微波器件，是雷达、广播发射机以及电子对撞机等电子设备和大科学装置的核心元件，对于我国国防事业和前沿科学研究具有重要意义。在速调管烘烤排气的过程中，由于阴极的激活过程中钡的蒸散和有机溶剂分解产生的碳，污染了高压金属电极和绝缘陶瓷表面，导致电子枪高压绝缘瓷、收集极绝缘瓷和钛泵绝缘瓷的阻值下降，并降低了高压电极间的击穿场强。此外，由于加工、工艺等原因，在高压电极表面也会出现毛刺或突起，从而降低电极间的击穿强度。因此，需要对速调管进行老练。现有的速调管老练技术包括热态高压老练和冷态高压老练。

在热态高压老练过程中，因为高压电极表面会出现毛刺或突起造成电子枪绝缘陶瓷产生频繁打火，使得热态老练的电压只能保持在较低的水平，无法很好地、快速地对速调管进行老练。甚至由于电子枪阴极长期多次的打火会损坏速调管，故常选择对速调管进行冷态高压老练。

而传统冷态高压老练的设备中，包括：控制电路、调压器、变压器、静电电压表和保护电路。其中，控制电路由按钮、开关、继电器组成，不能准确控制加电压时间，变压器的功率损耗大，且易受高压干扰，静电电压表不能精确测量输出电压，保护电路过流保护时间过长，等等原因，都影响着速调管冷态高压老练的结果。故现需要一个解决上述问题的新型冷态高压老练设备。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种冷态高压老练设备，其特征在于，包括：冷态高压老练模块100，包括高压电源110、限流电阻120、调制开关130、脉冲变压器140以及速调管160，其中，所述高压电源110、所述限流电阻120、所述调制开关130与所述脉冲变压器140的低压端串联，所述脉冲变压器140的高压端与所述速调管160串联，所述高压电源110接地，所述速调管160的阴极接地；反馈模块200，包括控制电路210、触发电路220及保护电路230，所述控制电路210、所述触发电路220及所述保护电路230依次连接，所述控制电路210用于发送脉冲信号，使所述触发电路220控制所述调制开关130的闭合或断开，所述保护电路230用于当所述速调管160的状态超过阈值时，发送第一切断信号，使所述触发电路220控制所述调制开关130断开。

可选地，触发电路220还包括：选择电路235，用于基于信号优先级选择所述脉冲信号和所述第一切断信号，发送给所述调制开关130，其中，所述第一切断信号的优先级高于所述脉冲信号。

可选地，冷态高压老练模块100还包括：高压测量器150，与所述速调管160并联，用于测量所述速调管160阴极和阳极之间的脉冲电压。

可选地，冷态高压老练模块100还包括：钛泵电源170，与所述速调管160的钛泵相连接，用于为所述速调管160的钛泵提供稳定的直流电压。

可选地，保护电路230与所述高压测量器150相连接，用于当所述脉冲电压的电压值过压时，发送所述第一切断信号给所述触发电路220，以断开所述调制开关130。

可选地，保护电路230与所述速调管160连接，用于当所述速调管160的钛泵电流、阴极电流、管体电流和收集极电流过流时，发送所述第一切断信号给所述触发电路220，以断开所述调制开关130。

可选地，保护电路230与所述钛泵电源170相连接，用于当检测钛泵电源170的电压超过阈值时，发送所述第二切断信号给所述钛泵电源170，以断开所述钛泵电源170。

可选地，限流电阻120，所述限流电阻120为多个高压电阻串和/或并联的形成，并放置于绝缘油箱内。

可选地，控制电路210与所述高压电源110连接，用于控制所述高压电源110的开关机，及控制所述高压电源110的输出电压的大小。

可选地，控制电路210还包括：定时器215，用于控制发送所述脉冲信号的频率。

附图说明

图1示意性示出了根据本实用新型实施例的一种传统冷态高压老练设备的示例性系统架构；

图2示意性示出了根据本实用新型实施例的一种新型冷态高压老练设备的示例性系统架构；

图3示意性示出了根据本实用新型实施例的一种高压电源的示例性系统架构；

图4A示意性示出了根据本实用新型实施例的一种高压电源的等效图；

图4B示意性示出了根据本实用新型实施例的一种高压电源的高压输出特性；

图5示意性示出了根据本实用新型实施例的一种调制开关的原理框图；

图6示意性示出了根据本实用新型实施例的一种钛泵电源的示例性系统架构。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本实用新型的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本实用新型实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本实用新型。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语包括技术和科学术语具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

图1示意性示出了根据传统冷态高压老练设备的示例性系统架构。如图1所示，根据该传统冷态高压老练设备包括控制电路1、调压器2、变压器3、限流电阻4、静电电压表5和保护电路6，速调管7。

传统冷态高压试验设备电路是工频交流电路，虽然工作原理简单，但集成化程度低，体积较大。

传统冷态高压试验设备的控制电路1由按钮、开关、继电器组成。控制电路1并不能准确控制加电压时间，容易造成速调管7阴极、阳极间因试验电压过高和时间过长，而导致绝缘劣化。

传统冷态高压试验设备的调压器2的输出电压和变压器3的输入电压参数不匹配，使得变压器3的功率损耗过大。

传统冷态高压试验设备的限流电阻4是由空心绝缘管灌满自来水制成。空心绝缘管是由绝缘材料制成，具有一定长度和直径，空心管两端用铜接头密封，与高压电路连接。此种限流电阻的阻值不能保证一致性，且当系统漏电电流大时，电阻本身会发热，发热后绝缘管壁容易穿孔造成带高压的水喷出，不仅影响设备本身的使用，而且会造成人身安全事故。

传统冷态高压试验设备的静电电压表5由两个高压静电球组成。高压球与低压球间通过静电片感应成光路，形成一个高压指示光标，光标照在电压指示刻度盘上读出高压值。其中，光标的指示灯容易过热常有损坏，而且光标容易受仪器水平位置的变动影响，使得电压指示的不准确，不能精确测量输出的高压电压。

传统冷态高压试验设备保护电路6过流保护时间为毫秒级时间，时间过长，且保护电路6易受高压的干扰而导致损坏。

综合上述传统冷态高压试验设备中具有的传统问题，本实用新型的实施例提供了一种冷态高压老练设备，包括：冷态高压老练模块100，包括高压电源110、限流电阻120、调制开关130、脉冲变压器140以及速调管160，其中，高压电源110、限流电阻120、调制开关130与脉冲变压器140的低压端串联，脉冲变压器140的高压端与速调管160串联，高压电源110接地，速调管160的阴极接地；反馈模块200，包括控制电路210、触发电路220及保护电路230，控制电路210、触发电路220及保护电路230依次连接，控制电路210用于发送脉冲信号，使触发电路220控制调制开关130的闭合，保护电路230用于当速调管160的状态超过阈值时，发送第一切断信号，使触发电路220控制调制开关130断开。

图2～图4示意性示出了本实用新型实施例的一种冷态高压老练设备的示意图。

如图2～图4所示一种冷态高压老练设备，包括冷态高压老练模块100和反馈模块200。

冷态高压反馈模块100主要包括高压电源100、限流电阻120、调制开关130、脉冲变压器140、高压测量器150、速调管160以及钛泵电源170。反馈模块包括控制电路210、触发电路220以及保护电路230。其中，高压电源110、限流电阻120、调制开关130与脉冲变压器140的低压端串联，脉冲变压器140的高压端与速调管160串联，高压电源110接地，速调管160的阴极接地。

反馈模块200包括控制电路210、触发电路220及保护电路230，控制电路210、触发电路220及保护电路230依次连接。控制电路210还与高压电源110连接。触发电路220与调控开关130连接。保护电路230分别与高压测量器150、速调管160、钛泵电源170连接。

根据本实用新型实施例，高压电源110采用高频串联谐振零电流开关充电电路。全桥逆变开关是在回路零电流时进行开通和关断，大大减小了电源的损耗，提高了可靠性。高压电源110由开关电源分机和高压油箱组成，高压油箱内装有高频变压器和整流器，经变压器升压和整流后输出直流电压。高压电源110主要包括整流滤波电路、全桥LC谐振电路、升压变压器、高压整流电路及储能电容，采用固定脉冲宽度、固定开关频率、通过控制充电时间的长短来调节输出电压的大小模式。主拓扑结构采用全桥逆变方式，这种拓扑结构由于变换桥的主回路中串入了一个谐振频率为f0的高频电感和电容，回路本身具有一定的选频功能和内阻，当电路的开关频率f小于谐振频率f0一半时，电源具有一定的恒流输出特性，随着电源电压的上升，输出电流Is恒定不变。输出电压Vt在负载上是线性变化，同时具备了抵抗负载短路的能力。

图4A为高压电源110的等效图。如图4A所示，高压电源110是个恒流源，具有恒流特性。图4A中，Is为高压电源等效成的电流源输出电流，Vc为充电电容C产生的电压，电容C充满电荷后放电给负载。高压电源110具有如图4B所示的高压电源输出特性，说明当电源输出Is为恒定值时，负载上得到的是具有一定斜率的线性电压。

根据本实用新型实施例，限流电阻120为多个高压电阻串和/或并联的形成，并放置在绝缘油箱内。绝缘油箱是由耐高压的有机玻璃制成，以保证限流电阻120高压绝缘，并可以清晰可见限流电阻120的工作状态。与传统冷态高压试验设备相比，限流电阻120避免了水注的限流电阻4在使用过程的不安全性，而且电阻阻值稳定。

根据本实用新型实施例，图5示意性示出了调制开关130的原理框图。如图5所示，调制开关130由n组开关管组成，每组开关管有n个开关管。开关管可选用IGBT器件。调制开关130选用的开关管的组数和数量为了满足电路所需要的电压和电流值，都具有较大的冗余量。驱动调制开关130的信号为触发电路220发送的触发信号。IGBT开关管串联需采取均压措施，均压网络由动态均压和静态均压两部分电路组成。IGBT开关管的均压保护主要有静态均压、动态均压及钳位电路组成，静态均压电路用于保证脉冲间歇期间每组IGBT开关管承受电压的一致性，动态均压电路用于保证IGBT开关管导通前沿和关断后沿电压变化时的管压降的一致性。为防止负载打火损坏IGBT开关管，调制开关能快速保护，调制开关130还设置有快速保护电路。快速保护电路由电流互感器和比较器等组成，当负载打火时，可在3μS内切断定时信号。为提高可靠性和安全性，调制开关130装在高压油箱内。

根据本实用新型实施例，脉冲变压器140为高压脉冲调制器。脉冲变压器140传输的波形不失真，输出的脉冲电压为具有重复周期，有一定间隔的电压。脉冲变压器是一种工作在暂态中的变压器，脉冲过程在短暂的时间内发生。

根据本实用新型实施例，高压测量器150与速调管160并联，用于测量速调管160阴极和阳极之间的脉冲电压。高压测量器150是由精度高且自身重量轻的阻容链式分压器、精密电阻和高精度的电容器组成。其中，精密电阻安装在油箱内，油密封好。高压测量器150高压电压测量精度1.0％，测量范围为(5-200)kV。

根据本实用新型实施例，钛泵电源170与速调管160的钛泵相连接，用于为速调管160的钛泵提供稳定的直流电压。钛泵电源170的结构如图6所示。钛泵电源170为线性直流电源，采用倍压电路输出高电压小电流。同时，钛泵电源170还具备模拟表，用于显示钛泵电流。由于冷态高压老练试验设备输出电压高电磁干扰比较大，冷态老练过程中电磁干扰会串入地回路中，钛泵电源170的供电端也会受到干扰，故还需在电源输入端加高频滤波器和电容，以过滤干扰。钛泵电源170采用倍压电路，该电路由于输出内阻大，输出具有自动降压限流的特性，电路简单，可靠性高。

钛泵电源170还可以随时监测速调管160钛泵电流的变化。因为在冷态老练的过程中，阴极绝缘瓷绝缘下降，速调管160内真空度变差，内部真空度降低，钛泵电流会增大。钛泵电源170与保护电路230相连接，当钛泵电源170检测钛泵电源170的电压超过阈值时，保护电路230发送第二切断信号给钛泵电源170，以断开钛泵电源170。

根据本实用新型实施例，控制电路210包括高压电源控制模块211和脉冲信号发送模块212。高压电源控制模块211与高压电源110连接，用于控制高压电源110的开关，以及高压电源110输出的电压。脉冲信号发送模块212与触发电路220连接，用于发送脉冲信号。脉冲信号发送模块212还包括定时器215，用于控制发送脉冲信号的时间和频率。控制电路210还包括控制台操作界面，该操作界面简单、实用，使得工作人员可以通过操作界面设置高压电源110的开启与闭合，设置高压直流电压的电压值，也可以设置脉冲信号的发送时间和频率。

根据本实用新型实施例，触发电路220与控制电路210、保护电路230、以及调制开关130相连接。触发电路220用于接收控制电路210的脉冲信号，以控制调制开关130的闭合，触发电路220还用于接收保护电路230的第一切断信号，当保护电路230监测到速调管160的状态超过阈值的时候，发送第一切断信号给触发电路220，以切断调制开关130，以达到切断电源，保护设备的目的。触发电路220内还包括选择电路235，用于基于信号优先级选择脉冲信号和第一切断信号，发送给调制开关130，其中，第一切断信号的优先级高于脉冲信号。

例如，控制电路210以一定频率发送脉冲信号给触发电路220，触发电路220每次收到脉冲信号后，都控制调制开关130闭合，若触发电路220没有收到脉冲信号，则控制调制开关130断开。当保护电路230检测到速调管160状态异常，则会发送第一切断信号给触发电路220，触发电路220接收到第一切断信号后，控制调制开关130断开。因控制电路210一直以一定频率发送脉冲信号，故触发电路220也一直接收脉冲信号，但是因第一切断信号的优先级高于脉冲信号的优先级，故触发电路220基于第一切断信号控制调控开关130切断。直到保护电路230检测到速调管的状态恢复到阈值以内，保护电路230停止发送第一切断信号，则触发电路220只接收到保护电路230的脉冲信号，此时触发电路220则控制调制开关130继续以一定频率闭合或断开。

根据本实用新型实施例，保护电路230与触发电路220、速调管160以及钛泵电源170连接。保护电路230与速调管160连接时，用于当速调管160的钛泵电流、阴极电流、管体电流和收集极电流过流时，发送第一切断信号给触发电路220，以断开调制开关130。保护电路230还包括钛泵电源170的保护电路，保护电路230与钛泵电源170相连接，用于当检测钛泵电源170的电压超过阈值时，发送第二切断信号给钛泵电源170，以断开钛泵电源170。

保护电路230采用快速电流检测技术和快速驱动脉冲封锁技术。当冷态高压老练过程中，速调管160发生故障时，发出第一切断信号给触发电路，使得调制开关130切断，从而切断高压电源110，使从负载打火到电源关断的时间最小，有效地限制了电流上升率和灌入负载的能量，可靠地保护了本试验设备中高压电源110、调制开关130和速调管160的高压安全。

本领域技术人员可以理解，本实用新型的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本实用新型中。特别地，在不脱离本实用新型精神和教导的情况下，本实用新型的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本实用新型的范围。

以上对本实用新型的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本实用新型的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本实用新型的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本实用新型的范围之内。

Claims (10)

1.一种冷态高压老练设备，其特征在于，包括：

冷态高压老练模块(100)，包括高压电源(110)、限流电阻(120)、调制开关(130)、脉冲变压器(140)以及速调管(160)，其中，所述高压电源(110)、所述限流电阻(120)、所述调制开关(130)与所述脉冲变压器(140)的低压端串联，所述脉冲变压器(140)的高压端与所述速调管(160)串联，所述高压电源(110)接地，所述速调管(160)的阴极接地；

反馈模块(200)，包括控制电路(210)、触发电路(220)及保护电路(230)，所述控制电路(210)、所述触发电路(220)及所述保护电路(230)依次连接，所述控制电路(210)用于发送脉冲信号，使所述触发电路(220)控制所述调制开关(130)的闭合或断开，所述保护电路(230)用于当所述速调管(160)的状态超过阈值时，发送第一切断信号，使所述触发电路(220)控制所述调制开关(130)断开。

2.根据权利要求1所述的冷态高压老练设备，其特征在于，所述触发电路(220)还包括：

选择电路(235)，用于基于信号优先级选择所述脉冲信号和所述第一切断信号，发送给所述调制开关(130)，其中，所述第一切断信号的优先级高于所述脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的冷态高压老练设备，其特征在于，所述冷态高压老练模块(100)还包括：

高压测量器(150)，与所述速调管(160)并联，用于测量所述速调管(160)阴极和阳极之间的脉冲电压。

4.根据权利要求1所述的冷态高压老练设备，其特征在于，所述冷态高压老练模块(100)还包括：

钛泵电源(170)，与所述速调管(160)的钛泵相连接，用于为所述速调管(160)的钛泵提供稳定的直流电压。

5.根据权利要求3所述的冷态高压老练设备，其特征在于，所述保护电路(230)与所述高压测量器(150)相连接，用于当所述脉冲电压的电压值过压时，发送所述第一切断信号给所述触发电路(220)，以断开所述调制开关(130)。

6.根据权利要求1所述的冷态高压老练设备，其特征在于，所述保护电路(230)与所述速调管(160)连接，用于当所述速调管(160)的钛泵电流、阴极电流、管体电流和收集极电流过流时，发送所述第一切断信号给所述触发电路(220)，以断开所述调制开关(130)。

7.根据权利要求4所述的冷态高压老练设备，其特征在于，所述保护电路(230)与所述钛泵电源(170)相连接，用于当检测钛泵电源(170)的电压超过阈值时，发送第二切断信号给所述钛泵电源(170)，以断开所述钛泵电源(170)。

8.根据权利要求1所述的冷态高压老练设备，其特征在于，所述限流电阻(120)，所述限流电阻(120)为多个高压电阻串和/或并联的形成，并放置于绝缘油箱内。

9.根据权利要求1所述的冷态高压老练设备，其特征在于，所述控制电路(210)与所述高压电源(110)连接，用于控制所述高压电源(110)的开关机，及控制所述高压电源(110)的输出电压的大小。

10.根据权利要求1所述的冷态高压老练设备，其特征在于，所述控制电路(210)还包括：

定时器(215)，用于控制发送所述脉冲信号的频率。

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