一种高稳定性速调管脉冲电源及其速调管系统的制作方法

1.本发明涉及速调管领域，特别涉及一种速调管用脉冲调源及其速调管系统。


背景技术：

2.速调管是利用周期性调制电子注速度来实现振荡或放大的一种微波电子管。它首先在输入腔中对电子注进行速度调制，经漂移后转变为密度调制，然后群聚的电子块与输出腔缝隙的微波场交换能量，电子将动能交给微波场，完成振荡或放大。
3.鉴于速调管设备的工作原理，其对电源的稳定性和可靠性要求极高，体积小、稳定性好、波动小等是速调管电源的要求，现有技术中通常采用晶闸管作为脉冲开关元件，这是由于晶闸管对电流和电压的耐压较高，比较是与高频高压的电源系统，虽然其具有较好的效果，但是其在体积和重量上较大，现有技术中也有采用半导体元件作为开关元件，但是半导体元件在耐压和耐电流方便弱于晶闸管，其在工作时通常出现稳定性问题，例如出现部分元件的击穿或者异常导通，导致速调管长时间处于电源连接状态，出现器件的损伤或者损坏。
4.为此，有必要提供一种体积小、功率大以及稳定性高的速调管电源及其系统。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种速调管专用脉冲电源以及一种速调管系统，其能够同时结合现有技术中的上述技术问题，同时实现体积小、高功率、稳定和安全的技术效果。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种速调管，包括：依次相连的三相整流单元、升压电路、放电单元、开关单元以及变压器组，还包括控制控制单元，控制单元的输出端分别与升压电路、放电单元以及开关单元连接；
7.所述三相整流单元用于接收接收三相交流电输入，将输入的交流信号转换为直流信号；
8.所述升压电路对三相整流单元输出的直流信号进行升压；
9.所述放电单元接收升压电路的电压进行充电和放电；
10.所述变压器组用于对放电单元的放电信号转换为供速调管工作的工作电压；
11.所述变压器组t包括连接电源vin侧的原边绕组t1-t3以及副边绕组t4，所述开关单元包括多个开关部件tr1-tr3，开关部件可以为三极管，所述控制单元输出端经由放大器与开关部件的栅极连接，控制单元输出的开关信号经由放大器放大后驱动开关部件进行开关动作；所述放电单元包括分别与所述tr1-tr3连接的多个电容c1-c3，其中c1的一端连接三极管tr1的集电极，另一端连接变压器组的原边绕组t1的一端，c2的一端连接三极管tr2的集电极，另一端连接变压器组的原边绕组t2的一端，c3的一端连接三极管tr3的集电极，另一端连接变压器组的原边绕组t3的一端；原边绕组t1的另一端接地且与三极管tr1的发射极连接，原边绕组t2的另一端接地且与三极管tr2的发射极连接，原边绕组t3的另一端接地且与三极管tr3的发射极连接；还包括位于原边绕组的一端与三极管发射极之间的电流
传感器a1-a3，最大值选择单元max和最小值选择单元min的输入端分别与所述电流传感器a1-a3的输出连接，对上述输出信号进行取最大值和最小值的操作，最大值选择单元max和最小值选择单元min的输出端与缓冲缩小电路连接，所述缓冲缩小电流与比较器的一个输入端连接，所述比较器的另一个输入端连接控制单元输出的开关信号或关闭信号，比较器的输出端与晶闸管th的控制端连接，所述晶闸管的输入端与输入电源vin连接，晶闸管的输出端经由电阻r1接地。
12.优选地，在电容c1-c3上分别并联c11-c13，所述电容c1与电容c11的电容值相等，所述电容c2与电容c12的电容值相等，所述电容c3与电容c13的电容值相等。
13.优选地，所述电容c11-c13的一端连接电源vin，另一端连接双向开关sw1-sw3的一端，双向开关sw1-sw3的另一端可控制地连接在电容c1-c3的一端与地端，至少其中之一的放大器的输出端还通过计数器和开关部件tr4连接至电源vin与电容c11-c13的输入端；所述计数器对放大器的输出信号进行计数，并基于计数次数确定电容c1-c3的充电区间和放电区间，并在所述充电器件开启所述开关部件tr4，在放电期间断开所述开关部件tr4。
14.优选地，位于所述双向开关sw1-sw3与地端之间的连接线上还连接有电阻r2。
15.优选地，所述最大值选择单元max电路将电流传感器a1-a3中的电流信号中的最大值进行选择后进行缓冲缩放，将该信号缩放为与关闭信号能够进行比较的信号，比较器对上述缩放后的信号进行比较，当存在关闭信号和缩小信号同时存在超过预设值时间时，比较器输出同相信号使得所述晶闸管th导通，电源vin通过晶闸管后通过电阻r进行放电。
16.优选地，所述最小值选择单元min将所述电流传感器a1-a3中的最小电流电压输出至缓冲缩小电路，缓冲缩小电路对电流电压与开关信号进行比较，当开关信号与上述信号同相时输出信号使得所述晶闸管th导通，电源vin通过晶闸管后通过电阻r进行放电。
17.本发明还提供了一种速调管，其包括上述的速调管脉冲电源，所述速调管根据所述脉冲电源输出微波信号。
18.有益效果:
19.通过多级充电方式，使得升压电路对放电电路进行充放电，能够满足大功率的速调管电源应用，配合半导体开关元件降低了体积；更为重要的，配合特定结构能够实现对半导体开关元件的异常(短路或断路)进行检测，在出现异常情况时，能够及时断开速调管，有效保护速调管的安全和可靠；进一步地，配合本发明的充放电系统，能够实现升压电路的不间断充电，配合主电容和辅助电容的电容比值，能够实现不同占空比下电源的持续放电，防止冲击提高安全性。
附图说明
20.图1为本发明一实施例提供的速调管脉冲电源结构示意图；
21.图2为本发明一实施例提供的速调管脉冲电源电路图；
22.图3为本发明另一实施例提供的速调管脉冲电源电路图；
23.图4为本发明另一实施例提供的速调管脉冲电源电路图。
具体实施方式
24.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的速调管电源及其系统作进一步详
细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。
25.如图1所示，本发明一实施例提供了一种速调管用高压脉冲电源，包括：依次连接的三相整流单元、升压电路、放电单元、开关单元和变压器组，以及分别与升压电路、放电单元以及开关单元连接的控制单元。三相整流单元接收三相交流电输入，通过三相镇流单元将输入的交流信号转换为直流信号，而速调管使用时的电压相对较高，且后期处理过程通常通过高压设置，需要对直流信号进行交流转换，在上述直流转交流过程中信号实现放大，接着再次对交流信号进行整流为直流信号，即在升压电路中包括直流-交流-直流的转换过程，上述过程中时间对电信号的方法，使得放大后的信号能够满足后续对放电单元的快速充放电；放电单元的输入端与升压电路的输出端连接，接收升压后的电源信号vin对放电单元进行充电，充电单元充满电后受控于控制单元的开关信号，在接收到开关信号后，放点单元放电；变压器组为升压型脉冲变压器，其输入端与开关单元的输出端连接，变压器组接收放电单元的放电信号，并将电源信号转换为速调管工作时的脉冲信号，为速调管提供电源。
26.如图2所示，控制单元可以为单片机等控制模块，开关单元包括多个开关部件tr1-tr3(不限于三个，可以为大于三个)，开关部件可以为三极管，所述控制单元输出端经由放大器与开关部件的栅极连接，控制单元输出的开关信号经由放大器放大后，可以驱动开关部件进行开关动作；所述放电单元包括分别与所述tr1-tr3连接的多个电容c1-c3，其中c1的一端连接三极管tr1的集电极，另一端连接变压器组的t1绕组的一端，c2的一端连接三极管tr2的集电极，另一端连接变压器组的t2绕组的一端，c3的一端连接三极管tr3的集电极，另一端连接变压器组的t3绕组的一端；所述变压器组包括连接电源vin侧的t1-t3原边绕组以及副边绕组t4，原边绕组t1的另一端接地且与三极管tr1的发射极连接，原边绕组t2的另一端接地且与三极管tr2的发射极连接，原边绕组t3的另一端接地且与三极管tr3的发射极连接；还包括位于原边绕组的一端与三极管发射极之间的电流传感器a1-a3，最大值选择单元max和最小值选择单元min的输入端分别与所述电流传感器a1-a3的输出连接，对上述输出信号进行取最大值的操作，max和min的输出端与缓冲缩小电路连接，所述缓冲缩小电流与比较器的一个输入端连接，所述比较器的另一个输入端连接控制单元输出的开关信号，比较器的输出端与晶闸管th的控制端连接，所述晶闸管的输入端与输入电源vin连接，晶闸管的输出端经由电阻r接地。
27.在具体工作时，首先控制单元和放大器率先上电，而在上电过程时开关信号不发出开关信号，保持开关部件tr1-3为关闭状态，三相整流单元接收三相交流电进行整流，升压电流对整流后的直流电压进行交流放大，并对放大后的交流信号进行再次整流为直流信号，放电单元接收放大后的直流信号进行充电，经由脉冲变压器的转换后形成为速调管的脉冲电源信号；在控制电源不再发出开关信号后，所述开关部件tr1-3关闭，如果开关部件正常，则整个电路实现关闭；不再发出信号时即发出关闭信号，该关闭信号延迟预定时间，该预定时间使得能够进行后期的比较操作；上述过程中，min将a1-a3中的最小电流电压输出至缓冲缩小电路，缓冲缩小电路对电流电压与开关信号进行比较，当开关信号与上述信号同相时输出信号使得所述晶闸管th导通，此时说明开关部件中至少一个存在异常例如断开，电源vin通过晶闸管后通过电阻r进行放电，放电过度放电导致速调管异常；开关关闭
后，所述电流传感器对各自回路中的电流继续进行实时检测，max电路将电流信号中的最大值进行选择后进行缓冲缩放，将该信号缩放为与关闭信号能够进行比较的信号，比较器对上述信号进行比较，当存在关闭信号和缩小信号同时存在超过预设值时，可以确定开关部件中至少一个开关部件异常例如常开，此时比较器输出同相信号使得所述晶闸管th导通，电源vin通过晶闸管后通过电阻r进行放电，放电过度放电导致速调管异常。
28.进一步地，在实际应用时，由于速调管工作电压通常为kv级别，其对于电容的放电能力要求较高，而且在高精度速调管应用时，通常需要电源输入保持高级别的稳定，而电容式的快速放电能够满足脉冲高压的要求，但是在一些情况下，对于脉冲张占空比较长的速调管需求下，电容在放电后导致电压降低，虽然通过加大电容的容量，使得在电压的降低不明显，但是这一方面大为提高了成本，本发明如图3所示，在电容c1-c3上分别并联c11-c13，能够通过并联的方式进一步缩小电容压降的降低，提高精度；
29.进一步地，上述并联电容后，为了同时对两个电源进行充电，增加了输入电源的功率，而在本领域中，增加电源的功率相对于而言技术更加成熟、可靠，能够降低成本，但是也带来了一些其他问题，由于电源的功率增加，其对于开关的开关频率需要可能会在合适范围内，如果在更加高的功率以及较高的频率下，容易导致电源的冲击，导致一些稳定性问题，而且为电源的可靠性和寿命受到严重影响。本发明如图4所示，将电容的另一端连接双向开关sw1-3，sw1-3与电容c1-c3的一端或者与地端连接，至少其中之一的放大器的输出端还通过计数器和开关部件tr4连接至电源vin与电容c11-c13的输入端。通过上述设置，通过合适设置充电周期，电容c1-c3进行放电使得速调管工作，通过放大器的输出信号进行技术，可以判断是否处于放电过程，例如正常放电信号可以为几个周期或者时间t，此时可以确定处于放电期间，此时通过计数器的配合，可以在放电期间使得所述tr4断开，而在充电器件tr4导通，可以使得在充电过程时对电容c11-c13进行充电时，使得开关sw1-3连接地端，从而不妨碍电容c1-c3对变压器组进行放电使得速调管正常工作，而c1-c3充电前，配合计数器使得开关部件tr4导通，开始对电容c1-c3以c11-c13进行充电，而通过设置电容c1-c3以及c11-c13的电容的不同值，可以匹配不同的速调管的占空比，从而实现电源输入vin的不间断输入，优选地，即使在占空比存在稍许差别，也可以通过电阻r2进行放电，需要说明的是，没有电阻r2也是可以实现的，但需要对占空比和电容进行精确的设置。
30.本实施例还提供了一种速调管系统，包括上述速调管用脉冲电源和速调管。
31.综上所述，通过多级充电方式，使得升压电路对放电电路进行充放电，能够满足大功率的速调管电源应用，配合半导体开关元件降低了体积；更为重要的，配合特定结构能够实现对半导体开关元件的异常(短路或断路)进行检测，在出现异常情况时，能够及时断开速调管，有效保护速调管的安全和可靠；进一步地，配合本发明的充放电系统，能够实现升压电路的不间断充电，配合主电容和辅助电容的电容比值，能够实现不同占空比下电源的持续放电，防止冲击提高安全性
32.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种速调管脉冲电源，其特征在于，包括：依次相连的三相整流单元、升压电路、放电单元、开关单元以及变压器组，还包括控制控制单元，控制单元的输出端分别与升压电路、放电单元以及开关单元连接；所述三相整流单元用于接收接收三相交流电输入，将输入的交流信号转换为直流信号；所述升压电路对三相整流单元输出的直流信号进行升压；所述放电单元接收升压电路的电压进行充电和放电；所述变压器组用于对放电单元的放电信号转换为供速调管工作的工作电压；所述变压器组t包括连接电源vin侧的原边绕组t1-t3以及副边绕组t4，所述开关单元包括多个开关部件tr1-tr3，开关部件可以为三极管，所述控制单元输出端经由放大器与开关部件的栅极连接，控制单元输出的开关信号经由放大器放大后驱动开关部件进行开关动作；所述放电单元包括分别与所述tr1-tr3连接的多个电容c1-c3，其中c1的一端连接三极管tr1的集电极，另一端连接变压器组的原边绕组t1的一端，c2的一端连接三极管tr2的集电极，另一端连接变压器组的原边绕组t2的一端，c3的一端连接三极管tr3的集电极，另一端连接变压器组的原边绕组t3的一端；原边绕组t1的另一端接地且与三极管tr1的发射极连接，原边绕组t2的另一端接地且与三极管tr2的发射极连接，原边绕组t3的另一端接地且与三极管tr3的发射极连接；还包括位于原边绕组的一端与三极管发射极之间的电流传感器a1-a3，最大值选择单元max和最小值选择单元min的输入端分别与所述电流传感器a1-a3的输出连接，对上述输出信号进行取最大值和最小值的操作，最大值选择单元max和最小值选择单元min的输出端与缓冲缩小电路连接，所述缓冲缩小电流与比较器的一个输入端连接，所述比较器的另一个输入端连接控制单元输出的开关信号或关闭信号，比较器的输出端与晶闸管th的控制端连接，所述晶闸管的输入端与输入电源vin连接，晶闸管的输出端经由电阻r1接地。2.如权利要求1所述的速调管脉冲电源，其特征在于：在电容c1-c3上分别并联c11-c13，所述电容c1与电容c11的电容值相等，所述电容c2与电容c12的电容值相等，所述电容c3与电容c13的电容值相等。3.如权利要求2所述的速调管脉冲电源，其特征在于：所述电容c1与电容c11的电容值的比值、所述电容c2与电容c12的电容值的比值、以及所述电容c3与电容c13的电容值的比值相等。4.如权利要求1所述的速调管脉冲电源，其特征在于：所述电容c11-c13的一端连接电源vin，另一端连接双向开关sw1-sw3的一端，双向开关sw1-sw3的另一端可控制地连接在电容c1-c3的一端与地端，至少其中之一的放大器的输出端还通过计数器和开关部件tr4连接至电源vin与电容c11-c13的输入端；所述计数器对放大器的输出信号进行计数，并基于计数次数确定电容c1-c3的充电区间和放电区间，并在所述充电器件开启所述开关部件tr4，在放电期间断开所述开关部件tr4。5.如权利要求4所述的速调管脉冲电源，其特征在于：位于所述双向开关sw1-sw3与地端之间的连接线上还连接有电阻r2。6.如权利要求5所述的速调管脉冲电源，其特征在于：所述最大值选择单元max电路将电流传感器a1-a3中的电流信号中的最大值进行选择后进行缓冲缩放，将该信号缩放为与
关闭信号能够进行比较的信号，比较器对上述缩放后的信号进行比较，当存在关闭信号和缩小信号同时存在超过预设值时间时，比较器输出同相信号使得所述晶闸管th导通，电源vin通过晶闸管后通过电阻r进行放电。7.如权利要求6所述的速调管脉冲电源，其特征在于：所述最小值选择单元min将所述电流传感器a1-a3中的最小电流电压输出至缓冲缩小电路，缓冲缩小电路对电流电压与开关信号进行比较，当开关信号与上述信号同相时输出信号使得所述晶闸管th导通，电源vin通过晶闸管后通过电阻r进行放电。8.一种速调管系统，其包括如权利要求1-7中任一项所述的速调管脉冲电源和调速管，所述速调管根据所述脉冲电源输出微波信号。

技术总结
本发明提供了一种速调管专用脉冲电源以及速调管系统，通过多级充电方式，使得升压电路对放电电路进行充放电，能够满足大功率的速调管电源应用，配合半导体开关元件降低了体积；至为关键的，配合特定结构能够实现对半导体开关元件的异常(短路或断路)进行检测，在出现异常情况时，能够及时断开速调管，有效保护速调管的安全和可靠；进一步地，配合本发明的充放电系统，能够实现升压电路的不间断充电，配合主电容和辅助电容的电容比值，能够实现不同占空比下电源的持续放电，防止冲击提高安全性。性。性。


技术研发人员：胡明强 李伟霞 韩海峰 梁青 张占奎 汪枫洁 王俊鹏 范永奎 常双锋
受保护的技术使用者：许昌豫盛昌电气股份有限公司
技术研发日：2023.07.08
技术公布日：2023/10/6