大功率行波管测试设备高压电源的研究

摘要：介绍了一种适用于大功率行波管测试设备的高压电源系统设计方案。采用模块化的设计方法，阴极电源模块和各收集极电源模块功能独立，便于功率扩展。单电源模块可实现输出电压-1～25 kV，输出电流0～500mA，输出功率5 kW。详细阐述了零电压多谐振软开关条件下，4种工作模式的谐振过程和能量传递。提出了闭环稳压的间歇控制策略，减小了电源在轻载或空载条件下的开关损耗。最后给出不同工况下电源的主要工作波形，证明该设计方案的正确性和有效性。
关键词：高压电源；大功率行波管；间歇控制

1 引言
行波管是一种昂贵的电真空器件，要求测试设备工作可靠、保护灵敏、便于调试且兼顾功率扩展功能。这里设计一种适用于行波管测试设备的宽电压调节范围，良好负载特性的模块化高压电源系统。该模块具有独立的主电路、控制电路和保护电路，能够独立控制，便于功率扩展。采用零电压多谐振软开关技术，降低开关损耗，提高开关频率，减小电源体积。

2 高压电源系统构成和工作原理
图1为高压电源的系统框图。三相电压经继电器延时防冲后送往各电源模块，包括阴极电源模块和各收集极电源模块。收集极电源模块的个数可根据行波管的需要设定，各电源模块的高压输出端经限流电阻和高压硅堆进行共阴极连接。阴极电源模块输出直流负高压-1～-25 kV可调，收集极电源模块输出直流负高压-1～-20 kV可调，两者电流0～500 mA可调，最大功率5kW。

这种模块化的高压电源系统，既保证了行波管高压电源的总输出功率，又降低了单个电源模块的输出功率，减小了器件应力，提高了系统可靠性。同时模块化的设计能够实现阴极电压和各收集极电压的独立调节，满足不同行波管的电压和功率要求。

3 电源模块的工作原理
图2为电源模块的原理框图。三相电压整流滤波后产生500 V直流电，经零电压多谐振软开关逆变全桥变换成60 kHz的高频交流电。高压变压器进行隔离升压，适当的变比和次级分槽绕制的制作工艺可有效减小各种寄生参数对电路的影响。全波倍压整流和电容储能滤波后产生低纹波的直流负高压，为行波管提供功率源。直流高压采样经稳压控制电路和隔离驱动电路产生PWM驱动信号，控制逆变全桥的开关器件，形成闭环稳压控制系统，实现直流高压的稳定输出。控保电路完成高压电源的开关机控制、电压基准设定以及电压和电流等状态量的检测和保护功能，同时负责与上位机的实时通讯。