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“国内外技术现状

2018-09-08

      磁控管开关电源是驱动磁控管作为微波源的微波功率设备的核心部件,它的工作效率和稳定性直接影响着微波设备的整体性能。伴随着电力电子技术的飞速发展,工业微波技术逐渐应用于各个领域,微波开关电源技术也在不断的研究和改进,开关频率逐渐增高,电源功率也越来越大,开关电源将逐渐成为微波电源的主流技术。
      20世纪七十年代,开关频率为20kHz的脉宽调制型DC/DC变换器问世,开关电源的性能得到显著提高,效率大幅提高,体积大大减少。同时,美国、日本等国家开始讲高频开关电源技术用在大功率磁控管电源驱动的军事设备上。20 世纪 80 年代,GTR、GTO 等自关断全控型第二代电力电子器件的研制成功,标志着磁控管电源进入高频开关电源时代。进入 90 年代,以绝缘栅双极晶体管(IGBT)、功率 MOSFET 为代表的第三代电力电子器件,推动了磁控管电源向高频率、低损耗、高可靠性方向发展。与此同时,在 TDK 和飞利浦等公司的推动下,高频开关电源进入成熟化发展阶段。进入 21 世纪后,微波电源继续朝着高功率、高重复频率、高精度、长寿命及高稳定性的方向发展,且其应用范围越来越广泛。
      目前,在美国、日本高压开关磁控管高压电源已经商品化,如美国的 SPELLMAN高压电源公司始建于 1947 年,专业设计和制造包括磁控管电源在内的高频开关高压电源,功率范围从 120mW 到 150kW,电压最高可达 150kV。中国科学院电子学研究所致力于开展空间磁控管相关领域技术创新和应用基础研究,也包括对磁控管电源的研究,此外还进行了多路输出方面的相关研究。
      本公司设计的微波磁控管电源采用串联谐振拓扑结构来设计主电路,这样的结构易于实现软开关,还研究了一种 ZVS(Zero Voltage Switch)软开关微波电源。软开关技术是一种新的开关电源技术,现在已经广泛应用于开关电源中。本公司用准谐振的拓扑结构来设计微波电源。准谐振技术可以提高电源效率和减小输出电压噪声,但其更适合于小功率场合的应用。本公司设计了一种基于串并联谐振拓扑结构的高压电源,谐振技术应用在微波电源中有极大优势,可以利用其电路寄生参数参与谐振,实现软开关,提高开关频率,减少电路损耗,提高电源效率
      变压器的体积大小对微波电源的体积大小起着决定因素。为满足电源输出高压的同时尽量减小其体积的台区域,本公司自行设计研发了一款小体积变压器,同时在整流输出环节采用倍压整流技术,大程度上减小了变压器升压倍数和体积,同时减小电源模块的重量和体积。
      传统的磁控管驱动电源采用工频变压器、二极管、电容组成的倍压电路产生阳极高压,输出的阳极电压是周期为 20ms,占空比近似 50%的类方波信号。该结构体积大、笨重、损耗大,对电网谐波污染严重,功率因数低。而目前国内市场上的微波电源输出功率不足,用800W微波电源冒充1000W微波电源进行销售,并未让磁控管达到最佳工作状态,造成资源浪费和使用效率下降等问题。