短波发射机高末灯丝电压控制方式

陈泽番

（国家广播电视总局731台，福建龙岩，364000）

0 引言

现代大功率短波发射机电子管是发射机高周系统的核心部件，与普通电子管相比成本较为昂贵，且长期工作在高电压、强电流、满功率输出的状态中，使电子管成为发射机维护中较为常见的故障点。灯丝为发射机电子管的最主要器件，保护灯丝（阴级），维持其电子发射能力是短波维护工作的重中之重。电子管在工作启动的瞬间，冷态的灯丝上会产生一个比正常工作大很多的冲击电流，这个冲击会对灯丝造成极大的伤害；因此如何有效控制电子管电压的升降方式尤为重要。

图1 灯丝供电原理图

1 灯丝调压方式

由于发射机机型、电子管工艺不同等，灯丝控制方式也会有差异。早期电子管灯丝电压多采用机械式自动或手摇380V交流电压；我机房原发射机为航天部23所SW100B型短波发射机，它采用机械式调压器的控制方式。机械调压器控制方式是通过电机驱动灯丝调压器，通过改变变压器二级线圈匝数来改变输出电压。其优点为输出波形较为稳定，不受干扰；但体积庞大，反应速度较慢，长时间使用存在机械磨损等问题。

当前发射机为北广科技有限公司生产的DF100A型发射机，灯丝电源分为灯丝一段、灯丝二段。电源由母线排3相230V通过断路器1CB10为PA电子管提供，供电采用直流供电，这样能有效提高发射机信噪比指标。灯丝供电原理图：

图2 灯丝开机允许空开逻辑

2 灯丝电源控制方式

上位机点击全灯丝后，系统会对开机允许逻辑进行检测，分别为1CB3主 泵、1CB4备 泵、1CB5主 风 机、1CB6调制器风机及外围冷水机组配电空开，当所有条件均满足时，则系统上位机输出24V电压通过1A2开关量输入板的2A送至2B。此时FPGA送出合风水的控制信号，则1K3主泵继电器或1K3备泵继电器、1K5主风机继电器、1K6调制器风机继电器及外围冷水机组配电继电器吸合。冷水机组水泵开始工作，风机水泵运转正常（水流量、水压检测正常），系统自动发出合灯丝的控制指令至1A3开关量输出板，继电器K1吸合1、2触点导通，使灯丝一档1K10A的交流接触器合上，在灯丝一段正常后通过设置灯丝1-2段预热延时（延时范围是0-12.583秒），系统检测到一段电压正常，合上灯丝二档1K10B。如果新换电子管，可以通过更改控制软件FPGA内部设置，适当延长灯丝二段闭合时间。在监测到二段灯丝电压正常后，进入灯丝延时预热阶段，延时时间设置范围为0—105分，最后再加上高压试机。

图3 灯丝允许条件继电器图

发射机具有快速恢复灯丝电压的功能，根据失电时间（0—26秒时长可自行设置），自动发出升灯丝指令，按快启程序完成灯丝控制，取得灯丝预热延时。

电子管因其冷态灯丝电阻远低于热态灯丝电阻，如若瞬间加上正常工作电压，有可能对灯丝造成损害。电子管FD003Z采用直流加热，当发射机高压一段合上时，由于限流电阻(1R7、1R8、1R9)分压，交流电源输出130V进入灯丝变压器，使变压器输出约4.63V三项交流电压至整流器，提供约4.41V直流灯丝电压；当高压二段合上时，限流电阻被短路，直接输出230V交流电压至变压器，使其输出8.53V交流电压至整流器，为灯丝提供约9.68V的直流灯丝电压。灯丝电压分两段升起，可防止电子管阴极应瞬间增大受力损坏灯丝，保护灯丝寿命。

图4 开关量输出板灯丝控制原理图

3 开关量输入、输出板原理

发射机控制系统通过开关量的输入接口，完成发射机与控制系统开关量输入的转接，由9针DB头连接至下位机。当发射机满足开机允许逻辑时，系统送出24V电源，送至开关量接口板上，通过100Ω电阻分配到输入量的A点，通过外围各个继电器节点将24V送回至B点。

发射机满足开机条件后，上位机点击全灯丝，FPGA输出低电平开通光电耦合器，光电耦合器输出+5V信号到ULN2803A,控制三极管2N5915导通，系统控制板输出24V电源，使发光二极管点亮，促使继电器K1吸合，发射机开始预热工作。

4 灯丝电流取样监测电路

图5 开关量输入接口板原理图

图6 开关量输出电路原理图

当前控制系统的模拟量输入，支持20Hz-1000Hz交流信号，可对灯丝电流进行监测。灯丝取样电流通过JB1输入到运算放大器TL074，通过TL074跟随后进行放大处理，放大后送到AD536A进行交直流转换，转换完成后再进行10Hz低通滤波，然后信号一分为二分别送到AD7328进行AD转换，一路送至FPGA进行数据处理，最后通过计算得出当前电流的零位AD值和修正系数AD值，保存设置后，即可实时显示发射机灯丝电流值；另一路通过JB1端子输出，为接下去技术改造输出模拟表头显示预留线路。

图7 开关量输出接口板电路图

图8

5 当前工作方式的不足及改进建议

电子管正式使用前一般要进行老练测试，这有有效消除真空器件内毛刺、吸收残余气体、增强极间耐压、改善管内真空度等，为接下去电子管在发射机上正常工作做好准备。当前灯丝电源控制方式虽然采用了灯丝两段方式，灯丝电流由0A至一段的185.3A，再至二段的295.1A，其电流跃变还是很大，无法使灯丝电流缓慢增加，且无法长时间保持吸合在灯丝一段状态，若强制使灯丝一段长时间吸合，限流电阻（1R7、1R8、1R9）会过热引起电阻烧坏。

由于没有黑灯丝功能，当发射机长时间处于非播音时间，只能将发射机状态至于全灯丝状态，不但对电力资源是较大浪费，也会缩短灯丝寿命。

为解决当前发射机存在的不足，可结合通用控制系统在灯丝电源处增加可控硅调压器。可控硅调压器在零位灯丝时，处于关断状态，不输出电压；当电压从零位升至黑灯丝时，开始逐步导通输出电压；在黑灯丝位置进行预热延迟，并可通过系统设置时间长短；黑灯丝结束后再缓慢升至全灯丝状态。当关闭发射机时，电子调压器也可缓慢降低灯丝电源，避免因电流突然关断引起对灯丝造成伤害。

图10

图11

当前控制系统具有对电子管灯丝电子调压器控制功能，只需将电子调压器安装调试即可。FPGA按照I²C原理控制AD5628输出0-2.5V电压，经过运算放大器进行4倍放大，输出0-10V电压。为防止工作期间收到高电压影响，DA采用隔离输出，经过2000V隔离耦合放大器IS0124U隔离后送到LF355进行放大，最后输出至JB1-16C控制电子管灯丝电子调压器。

6 结束语

我机房发射机由原航天部SW100B发射机换成北广科技DF100A发射机，各部件及控制系统都有了较大的改进，但在部分地方却不及原发射机，如在灯丝控制方面虽然集成度更高，却缺乏较为合理的灯丝电源控制方式，这对日后的维护和技术改造工作提出了更高的要求。