固态调制器直流电源的制作方法

本实用新型涉及脉冲功率电子技术领域中的固态调制器，具体涉及一种用于固态调制器的直流电源。

背景技术：

随着脉冲功率技术的发展，固态调制器将成为调制器未来发展的方向，也是调制器技术领域发展和市场变更的迫切要求，具有及其重要而深远的现实意义。而固态调制器的核心部件之一的直流电源，由于工作在部分放电模式下，使得在固态调制器低频工作时，直流电源因长期工作于较低频率，从而导致负载电容上的电压精度降低，进而影响固态调制器输出的稳定性，而且串联谐振充电电源在轻载情况容易失控。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是实现一种固态调制器直流电源结构，能够提高负载电容上的电压精度，并可以在较小的频率调节范围内使输出降低更多，而且可以快速降低频率，改善轻载输出下的纹波。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种固态调制器直流电源，包括初级电源、控制电路、逆变电路、高频变压器和输出整流滤波电路，所述逆变电路和高频变压器之间串联有谐振回路，谐振回路的谐振电容Cr上并联有电感LQ。

三相整流滤波后初级电源Vin+接到逆变电路逆变桥Q1、逆变桥Q4的集电极，所述逆变桥Q1的发射极接到逆变桥Q2的集电极，逆变桥Q4的发射极接到逆变桥Q3的集电极，所述逆变桥Q2的集电极接到电感LQ的一端和谐振电容Cr的一端，所述谐振电容Cr和电感LQ的另一端接到高频变压器的A端；所述三相整流滤波后初级电源Vin-接到逆变桥Q2、逆变桥Q3的发射极，逆变桥 Q3的集电极接到电感Lr的一端，所述电感Lr的另一端接到高频变压器的B端。

二极管D1的阴极接到逆变桥Q1集电极，二极管D1的阳极接到逆变器Q1 发射极，二极管D2的阴极接到逆变器Q2集电极，二极管D2的阳极接到逆变器 Q2发射极，二极管D3的阴极接到逆变器Q3集电极，二极管D3的阳极接到逆变器Q3发射极，二极管D4的阴极接到逆变器Q4集电极，二极管D4的阳极接到逆变器Q4发射极；高频变压器的次级分别接到二极管D5的阳极和二极管D8的阴极，二极管D5的阳极接到二极管D6的阴极，二极管D7的阳极接到二极管D8 的阴极；二极管D5、二极管D7的阴极接到电容Co的+端，二极管D6、二极管D8 的阳极接到电容Co的-端。

所述控制电路结构：

电压取样信号VSAMPLE接到电阻R1的1端，所述电阻R1的1端接到电容 C1的1端；所述电阻R1的2端接到电容C1的2端，所述电容C1的2端接到电源控制芯片N1的INV-脚，所述电阻R1的2端接到电阻R2的1端，所述电阻 R2的2端接到电容C2的1端，所述电容C2的2端接到电源控制芯片N1的E/V Out脚；

基准信号Vref接到电阻R3的1端，所述电阻R3的2端接到电源控制芯片 N1的NI+脚；

过流取样信号OCSAMPLE接到二极管V1的阴极，所述二极管V1的阳极接地，所述二极管V1的阴极接到电源控制芯片N1的Zero脚，所述电源控制芯片N1 的Zero脚通过电阻R10接地；

故障信号FAULT接到电源控制芯片N1的Fault脚；所述电源控制芯片N1 的Soft-Ref脚通过电容C3接地；所述电源控制芯片N1的Cvco脚通过电容C6 接地；所述电源控制芯片N1的Rmin脚最小频率设置通过电阻R11接地；所述电源控制芯片N1的Range脚最大频率设置通过电阻R12接地；所述电源控制芯片N1的SGND脚接地；所述电源控制芯片N1的R/C脚通过电容C7接地；所述电源控制芯片N1的R/C脚接到电阻R13的1端，所述电阻R13的2端接到电源控制芯片N1的5V脚，所述电源控制芯片N1的5V脚通过电容C8接地；

所述电源控制芯片N1的A Out脚接到电阻R6的1端，所述电阻R6的2端接到电阻R8的1端；所述电阻R8的1端接到MOS管V4的门极，所述MOS管V4 的源极接地，所述MOS管V4的漏极接到二极管V5的阳极，所述二极管V5的阴极接到电阻R14的1端，所述电阻R14的2端接到24V；

所述电源控制芯片N1的B Out脚接到电阻R5的1端，所述电阻R5的2端接到电阻R7的1端；所述电阻R7的1端接到MOS管V2的门极，所述MOS管V2 的源极接地，所述MOS管V2的漏极接到二极管V3的阳极，所述二极管V3的阴极接到电阻R9的1端，所述电阻R9的2端接到24V；所述电阻R7的2端接到电阻R8的2端，电阻R8的2端接地，所述电阻R8的2端通过电容C5接到24V；

电源控制芯片N1的PGND脚接地；电源控制芯片N1的Vcc脚接到电阻R4 的1端，所述电阻R4的2端接24V；所述电源控制芯片N1的Vcc脚通过电容 C4接地；所述二极管V3的阳极接到驱动隔离变压器1，所述二极管V5的阳极接到驱动隔离变压器2，来控制逆变桥的开通与关断。

所述初级电源、控制电路、逆变电路、高频变压器和输出整流滤波电路均固定在基板上，所述基板为金属材质并安装在金属材质的壳体内，所述基板上设有至少两个贯通的插槽，每个所述插槽内设有一个金属材质的散热片，所述散热片的一端固定在壳体的上表面，所述散热片另一端穿过基板的插槽固定在壳体的下表面上。

所述散热片位于插槽位置设有侧向延伸的接触片，所述接触片固接在基板上，所述壳体上表面为可开启的翻盖结构，所述壳体的上表面和下表面均设有与散热片数量相同的槽结构，所述散热片的两端穿过壳体上表面和下表面的槽结构通过螺钉固定在壳体上。

所述壳体两侧的侧板上设有通风孔，且在壳体内其中一侧固定有向另一侧鼓风的风扇。

固定在壳体内的所述散热片与风扇鼓风风向呈40-50度夹角。

所述基板下表面的四角设有橡胶材质的支撑杆，所述基板通过支撑杆固定在壳体的底面，所述壳体底面的下表面设有用于支持壳体的底脚。

所述基板上固定有温度传感器，所述温度传感器输出感应信号至风扇的控制单元，所述风扇输出驱动信号至风扇。

本实用新型通过研究，找出引起电源电压精度降低的原因，主要是因为电路的不合理，以及电源工作时间长后温度变化影响元器件工作稳定性，结合上述两点原因，本实用新型同时对电源的电路结构进行改进，使得电源的负载电容充电电压精度高、纹波小、可靠性高，在针对冷却系统进行改进，极大的提高了电源元器件的工况环境，从而解决了直流电源因长期工作于较低频率，从而导致负载电容上的电压精度降低，进而影响固态调制器输出的稳定性，而且串联谐振充电电源在轻载情况容易失控的问题。

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为固态调制器直流电源拓扑原理图；

图2为固态调制器直流电源控制电路原理图；

图3为固态调制器直流电源正常工作谐振电流波形及并联电感波形；

图4为固态调制器直流电源冷却结构示意图；

图5为图4中散热片结构示意图；

上述图中的标记均为：1、壳体；2、底脚；3、支撑杆；4、风扇；5、散热片； 6、接触片；7、基板。

具体实施方式

固态调制器直流电源包括初级电源、控制电路、逆变电路、高频变压器和输出整流滤波电路组成，初级电源由三相整流滤波得到，整流后采用LC滤波电路，得到稳定的直流，供给逆变电源模块。控制电路由电源控制器N1及其辅助电路组成，实现直流电源的频率调节及其控制功能。逆变电路为初级电源经过全桥逆变器及其LC串联谐振后连接到变压器的初级。高压变压器为升压变压器，将变压器初级电压按照一定的变比升压，满足固态调制器需求。输出整流滤波电路为高压变压器次级高频交流信号通过高频整流滤波，得到直流输出电压给负载电容充电。为了保证电源的负载电容充电电压精度高、纹波小、可靠性高，在原串联谐振回路的谐振电容上并联一个参数适中的电感，能够极大的提高直流电源的可靠性。

如图1所示，固态调制器直流电源中三相整流滤波后的直流电源Vin+接到(逆变电路)逆变桥Q1、Q4的集电极，Q1的发射极接到Q2的集电极，Q4的发射极接到Q3的集电极，Q2的集电极接到LQ的1端，LQ的1端接到Cr的1端，LQ的2 端接到Cr的2端后再接到变压器T的A端；三相整流滤波后的直流电源Vin-接到逆变桥Q2、Q3的发射极，Q3的集电极接到Lr的1端，Lr的2端接到变压器T 的B端，D1的阴极接到Q1集电极，D1的阳极接到Q1发射极，D2的阴极接到Q2集电极，D2的阳极接到Q2发射极，D3的阴极接到Q3集电极，D3的阳极接到Q3发射极，D4的阴极接到Q4集电极，D4的阳极接到Q4发射极；变压器的次级分别接到D5的阳极和D8的阴极，D5的阳极接到D6的阴极，D7的阳极接到D8的阴极；D5、D7的阴极接到Co的+端，D6、D8的阳极接到Co的-端。

如图2所示，一种固态调制器直流电源控制电路中电压取样信号VSAMPLE接到电阻R1的1端，电阻R1的1端接到电容C1的1端；电阻R1的2端接到电容C1的2端，电容C1的2端接到电源控制芯片N1的3脚，电阻R1的2端接到电阻R2的1端，电阻R2的2端接到电容C2的1端，电容C2的2端接到电源控制芯片N1的4脚；基准信号Vref接到电阻R3的1端，电阻R3的2端接到电源控制芯片N1的2脚；过流取样信号OCSAMPLE接到二极管V1的阴极，二极管V1的阳极接地，二极管V1的阴极接到电源控制芯片N1的10脚，电源控制芯片N1的10脚通过电阻R10接地；故障信号FAULT接到电源控制芯片N1的 15脚；电源控制芯片N1的16脚通过电容C3接地；电源控制芯片N1的8脚通过电容C6接地；电源控制芯片N1的7脚最小频率设置通过电阻R11接地；电源控制芯片N1的6脚最大频率设置通过电阻R12接地；电源控制芯片N1的5 脚接地；电源控制芯片N1的9脚通过电容C7接地；电源控制芯片N1的9脚接到电阻R13的1端，电阻R13的2端接到电源控制芯片N1的1脚，电源控制芯片N1的1脚通过电容C8接地；电源控制芯片N1的11脚接到电阻R6的1端，电阻R6的2端接到电阻R8的1端；电阻R8的1端接到MOS管V4的门极，MOS 管V4的源极接地，MOS管V4的漏极接到二极管V5的阳极，二极管V5的阴极接到电阻R14的1端，电阻R14的2端接到24V；电源控制芯片N1的14脚接到电阻R5的1端，电阻R5的2端接到电阻R7的1端；电阻R7的1端接到MOS管V2的门极，MOS管V2的源极接地，MOS管V2的漏极接到二极管V3的阳极，二极管V3的阴极接到电阻R9的1端，电阻R9的2端接到24V；电阻R7的2端接到电阻R8的2端，电阻R8的2端接地，电阻R8的2端通过电容C5接到24V；电源控制芯片N1的12脚接地；电源控制芯片N1的13脚接到电阻R4的1端，电阻R4的2端接24V；电源控制芯片N1的13脚通过电容C4接地；二极管V3 的阳极接到驱动隔离变压器1，二极管V5的阳极接到驱动隔离变压器2，来控制逆变桥的开通与关断。

如图3所示，固态调制器直流电源正常工作谐振电流波形及并联电感波形，其中绿色为正常工作是谐振电流波形，红色为并联电感电流波形。

为了能够进一步保证直流电源工作的稳定性，保证在长时间的工作中不受温度影响，仍能够提供如图3中的稳定电源，需要再对直流电源的散热部分进行改进。

如图4所示，初级电源、控制电路、逆变电路、高频变压器和输出整流滤波电路均固定在基板7上,基板7为金属材质，优选铝板，不仅轻便，也能具有较好的热传导能力，基板7安装在金属材质的壳体1内，壳体1可以采用采用铝材，可以将基板7上的热量传导到壳体1上，壳体1面积大，并且与外界接触，更有利于散热。

基板7下表面的四角设有橡胶材质的支撑杆3，基板7通过支撑杆3固定在壳体1的底面，通过橡胶材质的支撑杆3固定基板7有两点好处，一是具有一定减震作用，可以在直流电源受到撞击时，保护基板7上的元器件之间的连接，降低发出断路或短路情况发生的概率，二是基板7上下表面可以同时的进行散热。

基板7上设有至少两个贯通的插槽，插槽需要不干涉元器件，数量越多散热效果越好，每个所述插槽内设有一个金属材质的散热片5，散热片5的一端固定在壳体1的上表面，散热片5另一端穿过基板7的插槽固定在壳体1的下表面上，散热片5为条状结构，优选铝板，可以将基板7上不同位置的热量传导到壳体1的上表面和下表面，壳体1底面的下表面设有用于支持壳体1的底脚2，壳体1的整个外表面都能够为基板7及其上面的元器件提供可靠的散热。

为了进一步提高散热效果，壳体1两侧的侧板上设有通风孔，且在壳体1 内其中一侧固定有向另一侧鼓风的风扇4，通过风扇4在内部鼓风，能更加有利于散热，同时固定在壳体1内的散热片5与风扇4鼓风风向呈40-50度夹角，能够提高散热片5与风的接触面积，提高散热板本身的散热效果。

由于散热片5连接壳体1的上表面和下表面，为了方便检修直流电源，壳体1上表面为可开启的翻盖结构，如壳体1上表面边缘与侧板铰接，另外三边仅搭在侧板的上檐，散热片5位于插槽位置设有侧向延伸的接触片6，接触片6 (接触片6也为铝材)固接在基板7上，如采用焊接将接触片6与基板7固接，接触片6可以根据需要固接在基板7的上表面或下表面，通过接触片6可以有效的提高基板7向散热片5的热传导效果，壳体1的上表面和下表面均设有与散热片5数量相同的槽结构，散热片5的两端穿过壳体1上表面和下表面的槽结构通过螺钉固定在壳体1上，通过拧开壳体1上表面连接散热片5的每个螺钉，则能够打开壳体1的上表面，进行检修。

为了自动控制风扇4工作，在基板7上固定有温度传感器，温度传感器输出感应信号至风扇4的控制单元，风扇4输出驱动信号至风扇4，当基板7温度到达开机温度时，开启风扇4，直至基板7温度下降至关机温度，则关闭风扇4，当基板7温度大于预设的报警温度，可以关闭电源并进行报警，其中报警温度大于开机温度大于关机温度。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。