空投型雷达发射机阴极高压电源设计

摘要 阴极高压电源纹波是影响发射机频谱的关键因素，针对空投型雷达强冲击、低气压、安装空间受限的应用环境，提出了一种空投型雷达发射机阴极高压电源设计方法。采用软开关谐振技术减少功率开关管损耗，以串级式倍压电路输出高压，采取有效措施减小输出高压纹波，提高了系统可靠性，并对强冲击和低气压环境有较好的适应性。该阴极高压电源小型化效果好、功率密度大、对发射机模压电感工作比适应性宽，有利于提高发射机系统的功率容量、效率和频谱质量，为发射机高压电源的研制提供了新的思路，具有较好的应用前景。
关键词 阴极高压电源；发射机；空投型雷达

现代战争对陆军全地域和高机动性的作战能力提出了较高的要求，在精确空投技术和大负荷空投技术迅速发展的基础上，为实现陆军装备快速部署，急需研制空投型炮位侦校雷达。在空投环境中载荷体积重量有限，而且还带来强冲击和低气压环境等不利因素，对于某空投型雷达的关键部件发射机而言，在其小型化和可靠性方面提出了严格的考验。为提高空投雷达发射机的工作效率，选用了进口多降压收集极栅控行波管作为射频放大机，其工作电源有灯丝电源、正偏压电源、负偏压电源、阴极高压电源以及两个收集极高压电源等。研制的多降压收集极栅控行波管发射机框图，如图1所示。

虽然增多收集极数目可以提高行波管的工作效率，但这对高压电源的控制却带来一定困难。其中，阴极高压电源的电压高，其稳定度和纹波直接影响发射机射频输出的频谱纯一体电感度，在发射机电源中对发射频谱影响最大；收集极高压电源功率较大，其精度和稳定度指标要求相对宽松，而且为了精确调整多降压收集极行波管发射机的工作点，还需要单独调试收集极电压。因此，抛开以前单降压收集极行波管所常用的单个高压电源输出阴极和收集极多路高压的形式，发射机高压电源采用了新的设计方案，分别研制独立的阴极高压电源，以及独立的收集极高压电源，并且阴极高压电源采用了新的串级式倍压方式输出高压。实践证明，这种方法行之有效，使行波管工作点的调试更加精确和便捷，同时提高了发射机的整机效率和可靠性。

1 整体方案
1．1 性能指标
输出电压15kV，输出电流>10mA，工作效率>90％，满足低气压环境下高压绝缘要求，海拔4000m下大气压为61．5kPa，容差±1kPa。此外，要求耐冲击指标为X、Y、Z 3个方向、峰值加速度30g、持续时间25ms；阴极高压电源重量要求<10kg，一体电感且具有较高的抗振和散热性能。
1．2 系统方案
阴极高压电源采用高频开关电源形式，以驱动能力较强、效率较高的全桥谐振逆变器作为主电路形式。阴极高压电源原理如图2所示，它采用二次升压技术，即通过高频隔离变压器的一次升压和串级倍压电路的二次升压得到阴极高压输出。这样，一方面可以降低对高频隔离变压器和高压电路元件的耐压要求，减少高频隔离变压器的次级匝数，降低变压器的设计难度；另一方面高压电路元件可以直接选用成熟的货架产品，不必专门定制，提高系统可靠性并缩短研制周期。

1．2．1 全桥控制保护电路
使用SG1525加驱动脉冲变压器作为全桥PWM控制电路，对阴极高压输出采用高压电阻分压器取样，对高频隔离变压器的初级电流取样，并把取样信号送往SG1525进行反馈闭环控制。同时，还设置了有效的阴极电流检测和过流故障保护电路，确保行波管安全工作。在所有开关电源逆变拓扑中，全桥逆变电路功率输出大，且逆变电压高，可减少高频变压器的初级匝数。
1．2．2 减小阴极高压电源高频纹波
雷达发射机频谱的寄生调制边带，会造成检测电路中出现虚假目标，降低雷达系统在杂波背景下的可见度。行波管各极电源相位调制灵敏度中，阴极电源的相位调制灵敏度最大。也就是说，阴极电源纹波对行波管放大器频谱纯度的影响最大。因此，滤除阴极高压电源的高频纹波是关键。这可以通过两个有效方法实现：一是增大储能滤波电容；二是提什么叫电感器高逆变频率。为消除纹波，经常使用大容量的电容器进行滤波，但必须权衡电容器的容量上限，以确保放电能量低于行波管的最大承受能量值。

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