阴调脉冲发射机中高压电源的抗干扰设计

张 言，徐 伟

(中国船舶重工集团公司第七二四研究所， 南京 211153)

阴调脉冲发射机中高压电源的抗干扰设计

张 言，徐 伟

(中国船舶重工集团公司第七二四研究所， 南京 211153)

阴极调制方式发射机直接控制发射管的阴极，是一种特大功率的调制方式，在调制器开通关断瞬间可释放大量电磁辐射，将干扰其他分机的正常工作。而作为发射机工作的能量源，高压电源与调制器、发射管处于同一个高压回路中，因此受到的电磁干扰也最为严重。本文以某型雷达为例，着重讨论在阴极调制方式发射机中高压电源的抗干扰设计。

高压电源；抗干扰；电磁兼容

0 引 言

现代电子技术和信息技术的集成度越来越高、密度越来越大，电路模块之间、设备之间的干扰问题日益突出，已经到了严重影响设备功能的程度。另一方面，电子设备的迅速增加，也导致了电磁环境的进一步恶化。电磁干扰已成为电气、电子设备及其构成的系统正常工作的突出障碍，因而开展电磁兼容研究日显重要。

发射机工作电压高，输入输出功率大，在雷达系统中电磁辐射最为严重。阴极调制方式发射机直接控制发射管的阴极，是一种特大功率的调制方式，在调制器开通关断瞬间将释放大量电磁辐射，将干扰其他分机的正常工作。而作为发射机工作的能量源，高压电源与调制器、发射管处于同一个高压回路中(如图1所示)，因此受到的电磁干扰也较为严重。本文以某型雷达为例，着重讨论在阴极调制方式发射机中高压电源的抗干扰设计。

图1 高压回路

1 发射机中的高压电源干扰分析

发射机工作时，受定时信号的控制，脉冲调制器为发射管提供性能合乎要求的视频调制脉冲，将直流高压电源的能量转换为脉冲能量[1]。这种工作状态相当于一个电控电容放电式脉冲源，如图2所示。

图2 电容放电式脉冲源电原理图

回路的等效电路如图3所示，当开S在t=0时刻接通时，根据KCL及KVL原理，电路的方程为

经过整理得

(1)

其中，L是回路电感，C2是寄存电容，C1为储能电容，C1的值远大于C2。因此，公式(1)可以等效为

图3 电容放电式脉冲源等效电路

由式可知，寄存电容的电压与回路电感L、电容C2、负载电阻R有关，L与C2的存在使发射机在导通瞬间产生放电过程。由于发射机工作在周期脉冲状态，脉冲电压高、电流大，在调制开关及发射管导通与关断的瞬间会产生电磁脉冲，通过各种耦合途径进入高压电源的电磁脉冲能量，在元器件上或组件输入端建立的电流、电压一旦超过某一阀值，轻则使电路受到干扰，重则造成元器件或组件的损伤。

2 高压电源的抗干扰设计

高压电源是雷达发射机的主要功率源。为了获得发射管工作时所需的高压电源，必须将输入的交流电源整流为直流电源，后变换成交流电源，再通过高压变压器升压实现高压输出。在某型雷达发射中使用的高压电源电压调节范围从0～27 kV ，最大输出功率为10 kW。主回路交流输入为三相380 V/50 Hz， DC/AC逆变器为半桥串联谐振电路, 功率开关管用200 A/1200 V的IGBT，主回路原理图如图4所示。

图4 主回路

控制电路包括PID调节器电路，压控振荡器，固定脉宽驱动形成电路，驱动隔离电路及辅助电源电路。PID调节器由基准电压与采样电压决定输出；压控振荡器VCO输出频率根据PID调节器的输出电压进行调节；固定脉宽驱动形成电路是由定时器、二分频器及与门电路组成，前级VCO送来的频率可变，占空比为50%的方波信号经定宽驱动形成电路后，形成两路频率可变、脉冲宽度固定的交替脉宽信号送到后级驱动隔离电路。驱动隔离电路将上述脉冲放大隔离后形成二路驱动脉冲驱动桥臂开关管，实现功率逆变。如图5所示。

2.1 逆变回路抗干扰设计

(1) 高压电源采用半桥串联谐振电路，相对于全桥电路，半桥电路电路简单，控制方便，可靠性高。而通过串联谐振实现高压逆变的零电流开通关断，从而减轻开关电源的对外电磁辐射，同时也提高了高压电源的抗干扰能力。

(2) 发射机的高压电源采用三相电源供电，电源滤波器采用如图6所示的滤波电路。根据高压开关电源的工作频率从低频谐波和高频谐波两方面同时考虑，通过电磁兼容试验选用合适的电源滤波器。选择了合适的电源滤波器后，选择正确的电源滤波器安装方法，才能使滤波器起到滤波效果。电源滤波器的安装位置应选在设备的入口处，输入线要短，以减少辐射干扰；电源滤波器的输入输出线在安装时必须拉开一定的距离，切忌并行，以免滤波性能降低；把电源滤波器的接地端子和金属外壳与机箱一起良好接地，这样共模干扰信号才能被旁路掉，用一根长导线将滤波器外壳连接到设备机壳上，这时该接地线基本形同虚设，因为在高频段长导线的阻抗很大，起不到对干扰有效旁路的作用。

图5 控制电路

图6 双环三相三线制滤波电路

(3) 设备内模拟地、数字地和机壳地三地分开接地，并采用并联式单点接地。并联式单点接地可以有效地避免各单元之间的地阻抗干扰，减少耦合噪声同时使接地引线最短，使接地线的串联电阻和驻波效应减到最小。

(4) 在高压电源开关管两端并联RCD缓冲电路。由于高压电源采用零电流技术，在正常工作时RCD缓冲电路是不起作用的，但当高压电源受到干扰、驱动波形不正常且开关管工作不正常时，RCD缓冲电路能有效地保护开关管，避免干扰直接损坏开关管。

(5) 整流二极管应采用恢复电荷小且反向恢复时间短的。另外，在整流二极管两端套磁珠和并联RC吸收网络均可减少干扰，电阻、电容的取值可为几欧姆和数千皮法，电容引线应尽可能短，以减少引线电感。负载电流越大，续流结束时流经整流二极管的电流也越大，二极管反向恢复的时间也越长，则尖峰电流的影响也越大。采用多个整流二极管并联来分担负载电流，可以降低短路尖峰电流的影响。

(6) 将高频脉冲变压器、高频输出整流滤波等元件放在油箱中，既可减小耐压空间又可以将磁力线限制在磁阻小的屏蔽体内。

2.2 控制电路抗干扰设计

实际使用中高压电源控制电路是最易被干扰的电路。以定时器受干扰为例， 当在定时器输入信号中有一个干扰信号而干扰信号的幅度超过某一门阀时，定时器将受到干扰，进行误动作，从而产生错误的高压电源驱动信号。定时器输出信号已经受到干扰而产生错误的驱动信号，驱动信号的时序已经不受控制了，该干扰信号也将跟随驱动信号一起控制包括主回路在内的后续电路。

受干扰时高压电源谐振波形如图7所示。

图7 受干扰的高压电源谐振波形

如图7可见，由于干扰产生的驱动信号使高压电源半桥零电流谐振不能完成，谐振电流之间无死区，不能实现无损关断。硬关断将大大缩减元器件的使用寿命，同时形成新的干扰源。干扰严重时，甚至会导致上下桥臂直通，直接对主回路造成损坏。

具体抗干扰措施：

(1) 切断干扰源的传输通道是行之有效的抗干扰手段。设备内的交流供电线、主回路线、小信号线和驱动信号线分别走线。电源输入电缆采用屏蔽线，信号线采用双绞线。

(2) 为了避免空间传播的干扰，将控制电路模块用屏蔽盒屏蔽起来。

(3) 为了提高控制电路的抗干扰能力，可以在输入输出端加入滤波电路。对于驱动信号而言，主要是通过低通滤波器滤除高频干扰成分。常用的滤波电路有R型、L型、C型、RC型、LC型、T型滤波器和π型滤波器[2]，如图8所示。

图8 各种滤波器

以定时器干扰为例，在定时器输入端加入RC型滤波器。R型滤波器是产生一个高阻抗以发射干扰，C型滤波器是产生一个低阻抗来发射干扰，具有较大R值的RC型滤波器抗干扰能力比较理想，因为不会产生明显的谐振。但是，当干扰比较强烈，需要用较大R值与C值时，滤波器会对驱动信号产出影响，取值不当时将无法形成驱动信号。因此，可以在RC型滤波器的基础上对电源再上拉一个电阻，提高驱动信号的驱动能力，如图9所示。

图9 RRC型滤波器

通过R1、R2和C的取值，可以实现在不影响驱动信号的同时得到较好的滤波效果。

3 结束语

提高高压电源的抗干扰能力是阴调脉冲发射机研制过程中的一个重要课题。只有高压电源能平稳运行才能保证发射机的正常工作。因此，有必要从设计阶段开始就充分考虑到系统中存在的各种干扰隐患。本文从高压电源的主回路和控制电路两方面提出了多种抗干扰方法，并在实际工程运用中证实了这些方法的可行性。

[1] 廖复疆，孙振鹏，闫铁昌.真空电子技术[M].北京：国防工业出版社，2008.6.

[2] 周志敏，纪爱华.电子兼容技术[M].北京：电子工业出版社，2007.9.

Design of ECCM of high-voltage power supply in cathode-modulated pulse transmitters

ZHANG Yan, XU Wei

(No. 724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The cathode modulation mode in which the transmitter directly controls the cathodes of the transmitting tubes is a super high-power modulation mode. A large amount of electromagnetic radiation is released when the modulators are on and off, which affects other units' normal operation. The high-voltage power supply as the energy sources of the transmitter is in the same high-voltage loop with the modulators and the transmitting tubes. Therefore, it suffers the most serious electromagnetic jamming. The ECCM of the high-voltage power supply in the cathode-modulated transmitter of certain radar is designed and discussed.

high-voltage power supply; anti-jamming; electromagnetic compatibility

2013-12-10；

2014-02-02

张言(1983-)，男，工程师，硕士，研究方向：特种电源及雷达发射机技术；徐伟(1980-)，男，高级工程师，硕士，研究 方向：特种电源及雷达发射机技术。

TN832

A

1009-0401(2014)01-0033-04