一种占空比可调的微波电源的制作方法

1.本发明属于电源设计技术领域，特别涉及一种占空比可调的微波电源。


背景技术：

2.国内外微波电源基本由交流灯丝电源、阳极高压直流电源及控制系统组成。传统控制方式为通过调节阳极高压直流电源的输出功率，来控制磁控管供电功率，改变磁控管微波功率输出大小。磁控管是自振荡管，前级微波电源的稳定性决定微波输出功率的稳定性。
3.目前国内外微波电源内阳极高压直流电源分机的输出调节方式为传统的模拟量调节，调节范围可控性差。且由于基准为模拟量信号，容易受到外部信号的干扰，轻微的波动即导致输出功率的波动，电源稳定性差，易导致磁控管负载工作异常。若出现基准模拟量输出异常变大现象，则会直接导致磁控管负载故障。
4.因此，亟需一种稳定性高、可控性好的微波电源。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供一种占空比可调的微波电源，包括高压直流电源和调制开关，
6.所述调制开关与高压直流电源相连接；
7.所述调制开关用于将所述高压直流电源的直流高压调制为脉冲高压后输出至磁控管；
8.所述调制开关通过所述高压脉冲的占空比，以调整微波电源的功率。
9.进一步地，占空比可调的微波电源包括：灯丝与调制分机和阳极电源分机，
10.阳极电源分机包括所述高压直流电源；
11.灯丝与调制分机包括所述调制开关和灯丝电源；
12.阳极电源分机产生直流高压，输出到所述调制开关；
13.所述调制开关将直流高压变换为脉冲高压输出至磁控管和灯丝电源；
14.灯丝电源用于给磁控管灯丝供电。
15.进一步地，
16.所述调制开关的第一端与高压直流电源的输出端相连接；
17.所述调制开关的第二端作为脉冲高压的输出端；
18.调制开关的第三端接地。
19.进一步地，
20.阳极电源分机设置第一通信接口，用于向阳极电源分机输入的第一开关信号与阳极电源输出功率，并读取阳极电源实时输出参数。
21.进一步地，
22.在灯丝与调制分机中，设置第二通信接口，用于向灯丝电源输入第二开关信号与
灯丝电源输出功率，并读取灯丝电源实时输出参数。
23.进一步地，
24.所述调制开关根据外部的第三开关信号和触发信号来控制调制开关的占空比，实现对高压直流电源给定功率的调节后输出至磁控管。
25.进一步地，
26.所述调制开关包括驱动电路和开关电路；
27.驱动电路驱动开关电路动作，实现脉冲高压可控输出。
28.进一步地，
29.开关电路包含多个串联的开关器件。
30.进一步地，
31.驱动电路的接地端接地；
32.所述驱动电路通过ttl接口或cmos接口接收触发信号；
33.对触发信号进行处理后通过脉冲变压器方式发送驱动信号到开关电路的开关器件，驱动开关器件导通与截止；
34.所述驱动电路用于隔离了高压直流电源的高压。
35.进一步地，
36.开关电路的第一端作为高压输入端，与高压直流电源的输出端相连接；
37.开关电路的第二端作为脉冲高压的输出端，与磁控管阳极高压端相连接；
38.开关电路的第三端为驱动信号接收端，与所述驱动电路连接，用于接收驱动电路的驱动信号；
39.开关电路的第四端为公共端，与高压直流电源的接地端连接；
40.开关电路在驱动信号的作用下导通或截止，将第一端输入的直流高压信号转换为指定占空比的脉冲高压信号，输出到磁控管。
41.本发明的占空比可调的微波电源通过在电源中设置调制开关，将阳极高压调制为占空比连续可调的高压脉冲，使磁控管工作在脉冲状态，从而能够精细调节输出平均功率，并能够避免信号异常时出现控管负载异常或故障的情况。
42.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1示出了根据本发明实施例的一种占空比可调的微波电源的结构示意图；
45.图2示出了根据本发明实施例的占空比可调的微波电源的调制开关的结构示意图。
具体实施方式
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.本发明实施例提供一种占空比可调的微波电源，通过在微波电源内部高压直流电源后级增加调制开关，调制开关与高压直流电源相连接，将高压直流电源的直流高压调制为脉冲高压(或称高压脉冲)后输出至磁控管，实现微波功率的脉冲输出，以调整输出微波的平均功率。高压脉冲的占空比，可从0～100％连续调节，实现微波平均功率的0～100％连续调节，调节范围大，输出功率精确可控。占空比为高压脉冲的高电平(开关器件开通)与低电平(开关器件关断)的比例。若外部送至调制开关控制的调制信号(调制信号为ttl(transistor transistorlogic,晶体管
‑
晶体管逻辑电平)信号，即高低电平)出现异常，如调制信号为无电平或变为直流电平，均无法触发调制器(即调制开关)，调制开关不工作，不会导致磁控管负载异常或故障。
48.下面结合附图对本发明实施例的占空比可调的微波电源(以下简称微波电源)进行详细说明。
49.如图1所述，微波电源包括灯丝与调制分机和阳极电源分机。分机即设备部件。本发明实施例中，灯丝与调制分机可以为一个整体独立的设备部件，也可以是两个设备部件，分别包含灯丝电源与调制分机。本发明对于高压直流电源、调制开关、灯丝电源的封装整合关系不做限制，只要满足本发明实施例所描述的电路连接关系和功能即可。优选地，调制开关与灯丝电源集成在一个设备部件，即一个分机中。阳极电源分机包括高压直流电源，即阳极电源。灯丝与调制分机包括高压脉冲调制开关(简称调制开关)和灯丝电源。阳极电源分机产生直流高压，输出到灯丝与调制分机的调制开关，通过灯丝与调制分机中的调制开关，调制开关将直流高压变换为脉冲高压输出至磁控管和灯丝电源。灯丝电源悬浮于阳极之上，采用高频直流电源实现。微波电源为磁控管供电，其中，高压直流电源及调试开关给磁控管阳极供电。调制开关为高压部分，灯丝电源浮动于高压部分之上给磁控管灯丝供电，提供磁控管灯丝部分电指标参数。也就是调制开关开启时，灯丝电源为高压电位，调制开关关断时，灯丝电源变为低压电位的状态。
50.具体地，灯丝电源与调制开关连接，灯丝电源浮动于调制开关和高压直流电源之上，即灯丝电源的高压随着高压直流电源的开断而变化。浮动是指：在磁控管正常工作时，需要先加灯丝，再加高压。当没有加高压之前，灯丝电源处于低端，加阳极高压之后，灯丝电源变成高压。示例性地，灯丝电源为dc+5v，阳极高压为dc
‑
2000v，只开通灯丝电源时，灯丝电源电位为+5v，开通阳极高压后(即阳极高压电源导通)，灯丝电源的电位变成
‑
1995v，也就是(+5v)+(
‑
2000v)＝
‑
1995v，由低压变成了高压。
51.磁控管同时接收灯丝电源的灯丝输出与调制开关的脉冲高压输出。高压脉冲输出为阳极的高压直流电源经调试开关调制而产生的脉冲高压。
52.具体地，调制开关的第一端(输入端)与高压直流电源的输出端(hv)相连接，调制开关的第二端(脉冲输出端)作为脉冲高压的输出端，调制开关的第三端接地(gnd)，高压直流电源也同样设置接地端(gnd)。
53.在阳极电源分机中，设置高压直流电源与外部系统连接的第一通信接口。第一通信接口为rs485接口。通过第一通信接口用于向阳极电源分机输入第一开关信号与阳极电源输出功率，并读取阳极电源实时输出参数。在灯丝与调制分机中，设置灯丝电源与外部系统连接的第二通信接口。外部系统如计算机设备、嵌入式控制设备等。通过第二通信接口输出用于向灯丝电源输入第二开关信号与灯丝电源输出功率，并读取灯丝电源实时输出参数。灯丝电源主要为磁控管灯丝供电，产生电子。另外，调制开关接收外部控制信号，包括第三开关信号与触发信号，来控制调制开关的开关参数。示例性地，第三开关信号与触发信号可以通过外部控制信号线传输，调制开关通过外部控制信号线与调制开关的控制部分连接。
54.阳极电源分机根据第一开关信号与阳极电源输出功率控制高压直流电源通断和输出功率。调制开关根据外部的第三开关信号与触发信号，控制调制开关的开关参数。具体地，第一开关信号为开通时，高压直流电源输出指定功率。当第三开关信号为开通时，调制开关根据外部的触发信号来控制调制开关的占空比，实现对高压直流电源给定功率的调节，并输出至磁控管。
55.示例性地，针对20kw的微波电源，调制开关的设计指标为：输入电压：0～12kvdc，输出脉冲高压：0～12kv，输出脉冲电流：2a，重复频率：1～1000hz连续可调，脉冲宽度：1～1000μs连续可调，调制开关的结构如图2所示。
56.如图2所示，调制开关包括驱动电路和开关电路。驱动电路驱动开关电路动作，实现高压脉冲可控输出。示例性地，开关电路包含多个开关器件，示例性地，开关器件采用全固态晶体管开关(开关管)。具体地，采用多只igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)通过串联，并通过紧凑，合理的布局组成。考虑整个调制开关的耐压、散热、分布参数的基础上，对整个排布上进行布局。通过多个开关管串联来提高整个调制开关的耐压值。
57.驱动电路为一个小体积的组件，用于实现对开关器件的开关控制。示例性地，驱动电路采用+15v电源供电(+15v,0v)，即通过输入端(+15v,0v)接收第三开关信号，驱动电路接地端接地(gnd)。驱动电路通过ttl或cmos(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)接口接收触发信号，对触发信号进行处理后通过脉冲变压器方式发送驱动信号到开关器件，驱动开关器件导通与截止，并隔离了阳极电源的高压，以便对调制开关进行控制，防止操作人员发生高压触电。由于控制信号为低端电位，开关器件为高端电位(处于阳极高压，对阳极高压输入进行开启和关断)，因此，通过在调制开关内部设置脉冲变压器，来隔离阳极高压与控制端的低压，并驱动开关器件。
58.当ttl/cmos信号为0v时，开关电路停止工作；当信号为+5v或+15v时，开关电路连续工作，即能够连续输出高电平。以ttl接口为例，ttl信号为高低电平的触发信号，当调制开关的控制部分(控制部分用于接收反应外部用户调节动作的信号，转化为ttl信号，图中未示出)接收到外部ttl信号时，高电平工作，低电平不工作，通过工作与不工作的占空比，实现对高压直流电源的输出调节，从而实现磁控管阳极端供电功率的脉冲调节。其中，ttl芯片的工作电压为5v，cmos芯片的工作电压为5
‑
15v。本发明实施例的驱动电路可以选择ttl芯片或者cmos芯片。
59.开关电路的第一端作为高压输入端，即为调制开关的输入端，与阳极电源的输出
端(hv)相连接；开关电路的第二端作为脉冲高压的输出端，即为调制开关的脉冲输出端，与磁控管阳极高压端相连接；开关电路的第三端为驱动信号接收端，与驱动电路连接，用于接收驱动电路的驱动信号；开关电路的第四端为公共端(com)，与阳极电源的接地端(gnd)连接，用于接地。开关电路在驱动信号的作用下导通或截止，将第一端输入的直流高压信号转换为指定占空比的脉冲高压信号，输出到磁控管。
60.本发明实施例的微波电源结合连续波磁控管(磁控管分为脉冲磁控管与连续波磁控管，本发明实施例的微波电源应用于连续波磁控管)的工作特点，提出占空比可调的20kw电源的实现方法：通过优化设计，选用通过控制阳极电压的占空比调节输出微波的功率，保障微波电源的稳定性。电源包含阳极电源分机、灯丝与调制分机两部分。高压脉冲调制开关将高压直流电源调制为占空比连续可调的高压脉冲，使磁控管工作在脉冲状态，达到调节输出平均功率的目的。
61.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。