[發明專利]一種小型高效的大功率固態調制器

在審

• 申請號: 201310303456.0
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN103391078A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 楊景紅;戴廣明;何秀華;湯長嶺
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十四研究所
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567;H03K7/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及一種固態調制器，尤其涉及一種大功率固態調制器，屬于脈沖功率的技術領域。

背景技術

調制器是高功率發射機的關鍵設備，調制器的輸出脈沖波形直接影響雷達射頻信號的質量。高功率MW級發射機使用的單注速調管工作電壓一般為幾十千伏，工作電流一般為幾十安培，效率30%左右。雷達要求工作波形從小于1微秒到數十微秒，重復頻率最高達上千赫茲。為此，大功率調制器的輸出峰值功率要超過3MW，輸出脈沖幅度達到70kV到80kV，脈沖電流達到40A到50A，脈沖寬度能夠從1微秒到數十微秒可調，重復頻率超過上千赫茲。同時，為滿足不同平臺需求，要求調制器體積小，質量輕。而且，為了降低對高壓電源以及冷卻的要求，要求調制器的效率高，損耗小。

以往由于受器件的限制，如此大功率的調制器，傳統技術是使用電子管作為開關。這樣的調制器電路較為復雜，調制管需要燈絲、偏壓、簾柵、預調器、撬棒等輔助電源和電路，體積龐大。調制管的燈絲功率和板極損耗都較大，整個調制器的效率較低，必須采用水冷，另外調制管還存在打火和壽命較短等問題。

若采用以SCR為開關的軟管固態調制器，一般都是以人工線為儲能器件，當有多種脈沖寬度要求時，需要多種人工線封裝在一起，導致此類調制器體積大、重量重。而且當需要切換寬度時，需要先關掉高壓，然后才能切換脈沖寬度，由此導致調制器輸出脈沖寬度不能實時切換。

而采用常規拓撲結構的固態鋼管調制器，則需要大量的器件進行串、并組合應用才能達到使用目的。這就要求，所有的觸發電路以及電源和控制電路進行絕緣設計，實現難度較大。需要對串聯開關均壓，要求各個串聯開關器件的通斷一致。因此驅動、動態靜態均壓、均流、保護相對比較復雜。并且，大量的固態開關串、并組合應用，在重復頻率較高時，損耗較大，導致調制器效率較低。

文獻《基于多路初級繞組脈沖變壓器的固態調制器設計》，作者為朱永亮，王瑋，其中，提出采用多路勵磁單元驅動帶多路初級繞組的升壓脈沖變壓器，實現多只固態開關之間的均流，避免固態開關直接串并聯應用帶來的均流均壓問題。但從論文可知，方案中采用了多路勵磁回路（即初級組件），電路拓撲稍顯復雜，設備量較多，體積較大；同時，為保證多路勵磁回路的均流，方案要求每組勵磁回路的器件和布局盡量一致，并且對觸發電路的同步和時延要求較高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種電路拓撲結構簡單、體積小、效率高，適合于多種平臺使用，并且具有工作方式實時調整、對外接口簡單、易于實現模塊化、工程難度小以及性能可靠等優勢的大功率調制器。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種小型高效的大功率固態調制器，包括固態調制器組件和脈沖變壓器，其中固態調制器組件包括直流電源、儲能電容、固態開關，其中所述直流電源用于給儲能電容進行充電；當觸發電路為固態開關的驅動電路提供觸發脈沖時，通過所述儲能電容、固態開關以及脈沖變壓器形成放電回路后，經脈沖變壓器得到調制器的輸出脈沖。

作為本發明的一種優選技術方案：所述固態調制器組件和脈沖變壓器的連接為：所述直流電源的正端分別與儲能電容的一端、脈沖變壓器的高電位端連接；所述脈沖變壓器的低電位端與固態開關的一端連接；所述固態開關的另一端分別與儲能電容的另一端、直流電源的負端連接。

作為本發明的一種優選技術方案：所述固態調制器組件和脈沖變壓器的連接為：所述直流電源的正端分別與儲能電容、固態開關的一端連接；所述固態開關的另一端與脈沖變壓器的高電位端連接；所述脈沖變壓器的低電位端分別與儲能電容的另一端、直流電源的負端連接。

作為本發明的一種優選技術方案：所述固態調制器組件還包括充電電感，其中直流電源的正端與充電電感的一端連接；所述充電電感的另一端分別與固態開關、儲能電容的一端連接；所述儲能電容的另一端與脈沖變壓器的高電位端連接；所述直流電源的負端分別與固態開關的另一端、脈沖變壓器的低電位端連接。

作為本發明的一種優選技術方案：所述固態調制器組件還包括用于保護固態開關的電容，所述電容連接在與固態開關的兩端。

作為本發明的一種優選技術方案：所述固態調制器組件還包括二極管、電阻，所述二極管、電阻的一端分別與固態開關的一端連接，二極管、電阻的另一端分別和電容的一端連接；通過所述二極管、電阻和電容形成緩沖電路，用于吸收脈沖變壓器漏感和放電回路分布電感引起的尖峰電壓。