專利名稱：一種基于光耦驅(qū)動的寬脈沖柵控調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)發(fā)射機(jī)柵控調(diào)制器技術(shù)，是一種基于光耦驅(qū)動的寬脈沖柵控調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
脈沖調(diào)制器的主要作用是控制微波管電子注的通斷，控制或激勵(lì)微波管工作，從而產(chǎn)生所需要的各種脈沖微波源。脈沖調(diào)制器在雷達(dá)發(fā)射機(jī)中起著極其重要的作用，是雷達(dá)發(fā)射機(jī)的重要組成部分，其綜合指標(biāo)性能對發(fā)射機(jī)有重要的影響。柵極調(diào)制是行波管中一種常用的調(diào)制方式。其基本的工作方式是通過控制不同開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)序，使正偏電源和負(fù)偏電源輪流加在行波管的柵極上，從而控制行波管的脈沖功率輸出。當(dāng)前，人們在調(diào)制器的設(shè)計(jì)中，已經(jīng)大量應(yīng)用場控型半導(dǎo)體器件MOS管和IGBT 作為調(diào)制開關(guān)管。MOS管和IGBT均屬于壓控型開關(guān)管，采用脈沖變壓器或光耦的隔離驅(qū)動電路是MOS管和IGBT最常用的兩種驅(qū)動電路。目前柵控行波管的工作脈寬大多在幾十US量級。采用脈沖變壓器的隔離驅(qū)動方式，電路簡單，造價(jià)低，可靠性高，成為了設(shè)計(jì)人員的首選。但受到脈沖變壓器飽和因素的影響，其輸出脈沖寬度的能力是受到較大限制的，脈沖寬度約是脈沖前沿的200 300倍，約在IOOuS量級左右。為了獲得更寬的輸出脈寬，需要增加繞組的匝數(shù)，或者選用更大橫截面積的磁芯，增大了脈沖變壓器的體積。同時(shí)，驅(qū)動回路中還要提供變壓器的去磁回路，以便為下次驅(qū)動做好準(zhǔn)備。當(dāng)前，行波管不斷朝著大功率、寬脈寬、大占空比的方向發(fā)展。脈寬可以大于 150uS，占空比達(dá)到20%。采用脈沖變壓器的隔離驅(qū)動方式已無法滿足幾百微秒的寬調(diào)制脈沖的要求。而基于光耦的隔離驅(qū)動電路，其驅(qū)動脈寬只受到原邊驅(qū)動信號的控制，自身對驅(qū)動脈寬并沒有約束限制，因此，其非常適宜應(yīng)用在寬調(diào)制脈沖的行波管調(diào)制器中。本發(fā)明的思路是利用光耦隔離的驅(qū)動方式來驅(qū)動開關(guān)管，從而產(chǎn)生需要的任意寬度的柵極調(diào)制脈沖，滿足行波管寬脈寬的工作需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的內(nèi)容是采用光耦隔離的驅(qū)動方式驅(qū)動開關(guān)管，通過調(diào)節(jié)光耦原邊的控制信號的脈寬來調(diào)節(jié)光耦輸出的驅(qū)動信號的脈寬。在此驅(qū)動方式下，基本可以輸出任意寬度的驅(qū)動脈沖。通過一定的時(shí)序控制驅(qū)動導(dǎo)通一對開關(guān)管，將正偏壓和負(fù)偏壓輪流加在行波管的柵陰極之間，從而產(chǎn)生所需要的寬脈寬的柵極調(diào)制脈沖。此發(fā)明同時(shí)具有最大脈寬限制、開關(guān)管過電壓保護(hù)等功能。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)解決方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是基于光耦驅(qū)動的寬脈沖柵控調(diào)制器原理框圖。
圖2是驅(qū)動信號產(chǎn)生及驅(qū)動電路電原理圖。
具體實(shí)施例方式基于光耦驅(qū)動的寬脈沖柵控調(diào)制器原理框圖如圖1所示，該柵控調(diào)制器由驅(qū)動信號產(chǎn)生電路、光耦驅(qū)動電路、驅(qū)動電源、正負(fù)偏壓電源和開關(guān)管等部分組成。起始脈沖信號經(jīng)光耦隔離驅(qū)動電路后形成起始驅(qū)動信號，觸發(fā)開關(guān)管1導(dǎo)通，將正偏壓電源加到柵極上， 使行波管輸出射頻功率。截尾脈沖信號經(jīng)光耦隔離驅(qū)動電路后形成截尾驅(qū)動信號，觸發(fā)開關(guān)管2導(dǎo)通，將負(fù)偏壓電源加到柵極上，關(guān)斷行波管的射頻功率輸出。驅(qū)動信號產(chǎn)生及驅(qū)動電路電原理圖如圖2所示。圖中，m與N2為555定時(shí)器，N3 與N4為光耦TLP250。起始脈沖信號經(jīng)電容Cl后形成具有下降沿的窄脈沖，此下降沿觸發(fā) Ni，使其3腳輸出高電平，經(jīng)限流電阻R6后，使光耦內(nèi)發(fā)光二極管導(dǎo)通，此時(shí)，光耦內(nèi)的光敏三極管也導(dǎo)通，驅(qū)動電源驅(qū)動開關(guān)管1導(dǎo)通，使正偏壓加到行波管的柵陰極間。同理，截尾脈沖信號經(jīng)電容C2后形成具有下降沿的窄脈沖，觸發(fā)N2的3腳輸出高電平，經(jīng)電流電阻R7后，使光耦導(dǎo)通，驅(qū)動電源驅(qū)動開關(guān)管2導(dǎo)通，使負(fù)偏壓加到行波管的柵陰極間。當(dāng)N2的3腳輸出高電平時(shí)，通過電阻R8，觸發(fā)V3導(dǎo)通，將m的4腳拉到低電平，從而使m的3腳輸出變?yōu)榈碗娖?。此時(shí)，開關(guān)管1將被關(guān)斷。由此可知，正、負(fù)偏壓是輪流加在行波管的柵陰極間的，其調(diào)制脈沖的寬度是由起始脈沖信號與截尾脈沖信號之間的時(shí)間差決定的。當(dāng)此時(shí)間差足夠長時(shí)，此調(diào)制器即可以輸出滿足要求的寬脈沖調(diào)制信號。結(jié)合實(shí)際工作需要，調(diào)節(jié)圖中電阻R3、R4與電容C5的數(shù)值，能夠限制調(diào)制器輸出的最大脈沖寬度，對行波管起到保護(hù)作用。電容C7、C8是加速電容，能夠加快開關(guān)管的導(dǎo)通。瞬態(tài)抑制二極管V6、V7并聯(lián)在開關(guān)管的柵極和源極間，防止開關(guān)管柵源極間的過電壓驅(qū)動，對開關(guān)管起到保護(hù)作用。電阻R12、R13提供了開關(guān)管柵源極間電容的泄放回路，同時(shí)提高了開關(guān)管的抗干擾能力。
權(quán)利要求
1.一種基于光耦驅(qū)動的寬脈沖柵控調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于利用光耦隔離驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)對開關(guān)管的驅(qū)動控制，將正負(fù)偏壓輪流加在行波管的柵陰極間，產(chǎn)生需要的柵調(diào)脈沖。在此驅(qū)動方式下，柵調(diào)脈沖的寬度只于起始脈沖信號和截尾脈沖信號之間的時(shí)間差有關(guān)。當(dāng)此時(shí)間差足夠長時(shí)，調(diào)制器就能夠產(chǎn)生需要的寬脈寬的調(diào)制脈沖，從而滿足行波管寬脈寬的工作需要。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動信號產(chǎn)生及驅(qū)動電路設(shè)計(jì)方法，其特征在于①采用了基于高速光耦的隔離驅(qū)動電路；②起始和截尾脈沖信號通過對555定時(shí)器芯片NA555P的觸發(fā)，驅(qū)動光耦導(dǎo)通，產(chǎn)生了開關(guān)管的導(dǎo)通信號；③實(shí)際工作中，假設(shè)需要的最大調(diào)制脈寬為lOOuS。此時(shí)，我們可以通過調(diào)節(jié)電阻R3、 R4和電容C5的數(shù)值，使得555定時(shí)器3腳輸出的最大驅(qū)動脈寬為105uS。通過此方法，我們就可以設(shè)定最大的調(diào)制脈沖寬度，對行波管起到保護(hù)作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光耦驅(qū)動的寬脈沖柵控行波管調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)方法，該方法的原理框圖如附圖所示。本發(fā)明是利用高速光耦實(shí)現(xiàn)了柵控行波管調(diào)制器開關(guān)管的隔離驅(qū)動電路，滿足了柵控行波管調(diào)制器寬脈沖輸出的要求。在此發(fā)明中，柵極調(diào)制脈沖的寬度只由外接起始脈沖信號和截尾脈沖信號間的時(shí)間差決定，而與調(diào)制電路無關(guān)。調(diào)節(jié)此時(shí)間差足夠長，即可滿足柵極寬調(diào)制脈沖的要求。同時(shí)，在調(diào)制器中通過電路的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)最大調(diào)制脈沖的限制，從而實(shí)現(xiàn)對行波管的保護(hù)。
文檔編號H03K3/017GK102468825SQ20111038323
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者楊鈺輝 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所