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微波功率模块中行波管灯丝电路和控制保护电路的研制

作　者: 李文
导　师: 雷虹；冯进军
学　校: 山东大学
专　业: 无线电物理
关键词: 微波功率模块开关电源反激变换器小型高效率仿真
分类号: TN124
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

微波功率模块由小型化行波管(Mini-TWT)、电子功率调节器(EPC)和固态放大器(SSA)三大部件组成，是一个高密度集成的微波放大器。具有体积小、重量轻、效率高、信噪比高等优点。电子功率调节器是一结构比较复杂的集成电源，对它的要求主要是小型化、高效率。本论文根据课题要求，重点对小功率低压模块部分和控制保护部分进行了研究和设计。论文简要介绍了微波功率模块(MPM)的发展、应用情况、国外高密度集成电源EPC的发展现状、国内开关电源的发展及技术动态：论述了设计小功率低压模块电源所需的相关理论及选择主要元器件的方法；分析了反激式变换器的工作特点，设计了电流断续工作模式下的行波管灯丝供电电路。该电路采用电流型脉宽集成控制芯片UC3842，结构简洁，并充分利用平面变压器体积小、漏感低、电磁干扰辐射低、电流密度高等特点，满足了小型化的要求。针对灯丝电路中开关管开关损耗较大的问题，在Pspice仿真的基础上，重点研究了适合小功率变换器的零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)技术，对谐振元件的参数选择、主开关管与辅开关管驱动信号的占空比的选择及两信号延迟时间的选择进行了分析探讨。在仿真的基础上设计、分别制作了零电流和零电压开关的开关电源，使开关管的工作环境明显改善。满载时模拟效率90％，对ZCS和ZVS进行比较，采用ZVS的满载效率达到85％。文中还对平面变压器的参数计算及使用磁性元件设计软件MagneticsDesigner对变压器参数进行优化的方法进行了详细论述，并用实验验证了其正确性。另外，根据课题要求，设计了几种不同的控制保护电路，在全面比较的基础上最终确定了电路形式，用于为行波管供电中，实验证明符合工作要求，性能良好。本论文的工作对进一步提高微波功率模块的效率和使其体积小型化具有重要意义。论文所研制的小功率开关电源和控制保护电路还可以广泛应用于其它领域，尤其是反激变换器的零电压软开关技术及两开关管的驱动电路，有借鉴价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章绪论  7-15
  §1.1 微波功率模块(MPM)的发展及性能优势  7-9
  §1.2 高密度集成电源(EPC)的发展现状  9-11
  §1.3 开关电源的发展及现状  11-14
  §1.4 本课题的意义及所做工作：  14
  §1.5 本章小结  14-15
第二章行波管灯丝电路的理论分析  15-30
  §2.1 电源总体设计思路及设计要求  15-16
  §2.2 反激变换器的工作模式分析  16-22
    §2.2.1 电流断续模式  17-19
    §2.2.2 电流连续模式  19
    §2.2.3 电流临界连续模式  19-20
    §2.2.4 不同工作模式比较  20-22
  §2.3 反激变换器中的变压器的设计原理  22-26
    §2.3.1 变压器储能阶段  23-24
    §2.3.2 变压器放能阶段  24-25
    §2.3.3 原边匝数N_p的计算  25-26
  §2.4 开关管的选择  26-27
  §2.5 钳位电路的选择  27-29
  §2.6 整流二极管的选择  29
  §2.7 本章小结  29-30
第三章灯丝电路的设计及实验研究  30-41
  §3.1 利用MAGNETICS DESIGNER软件建立变压器模型的方法  30-33
    §3.1.1 Magnetics Designer软件简介  30
    §3.1.2 变压器建模方法  30-32
    §3.1.3 仿真及试验结果  32-33
  §3.2 控制电路的设计  33-35
  §3.3 总电路设计  35-38
    §3.3.1 启动电路(R1,DW,Q3,C3)的设计  36
    §3.3.2 频率(R3,C5)的设置  36
    §3.3.3 电流检测电阻(R7)和滤波网络(R6,C6)的选取  36-37
    §3.3.4 驱动电路(R4,R5)  37
    §3.3.5 电压控制回路(OP,R9,R,R12,R10,R13,C12,LM431)  37
    §3.3.6 其它元件的选取  37
    §3.3.7 实验结果及分析  37-38
  §3.4 恒压限流电路  38-39
  §3.5 采用常规变压器的灯丝电路简介  39-40
  §3.6 本章小结  40-41
第四章灯丝电路中零开关PWM变换器的研究与仿真  41-59
  §4.1 软开关技术简介  41-42
  §4.2 反激变换器ZCS PWM变换器的仿真与分析  42-50
    §4.2.1 工作原理分析  44
    §4.2.2 参数设计  44-50
  §4.3 零电压(ZVS)反激变换器的仿真及实验  50-53
  §4.4 实验结果及分析  53-54
  §4.5 软开关电路中开关管驱动电路的设计  54-58
  §4.6 本章小结  58-59
第五章控制保护电路的设计  59-64
  §5.1 控制保护功能描述  59
  §5.2 总电流过流保护电路  59-60
  §5.3 螺旋线电流保护电路  60-61
  §5.4 行波管灯丝预热延迟电路  61-63
  §5.5 本章小结  63-64
第六章结束语  64-65
参考文献：  65-67
致谢  67-68
攻读学位期间发表的学术论文目录  68-69
附录一 JANTAX6782,IRLR120,IRLR3710的模型子程序清单：  69-72
附录二采用数字元件的控制保护电路及功能分析表  72-74
附录三采用可编程逻辑器件的控制保护电路图  74-75
学位论文评阅及答辩情况表  75

微波功率模块中行波管灯丝电路和控制保护电路的研制

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