一种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的方法及装置，包括：栅极控制电路根据接收到的上级控制单元发送来的控制信息产生预定占空比和重复频率的控制脉冲，并通过该控制脉冲控制电子管栅极产生预定占空比和重复频率的脉冲。本发明通过栅极调制电路产生稳定可靠、占空比连续可调的脉冲，从而实现高重复频率的栅极控制，减少了栅极产生的成本，并减低了栅极产生的复杂度。
【专利说明】一种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子管【技术领域】，尤其涉及一种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的方法及装置。
【背景技术】
[0002]近10年来，大功率激光器的实用技术突飞猛进，已经广泛应用于诸多重要的领域和行业，正形成着诸多的新兴产业、朝阳产业。大功率激光器射频功率源研制项目定位:为先进装备制造业超微精细高精数控加工成套装备配套大功率激光器射频功率源的主力机型。先进的激光制造系统的核心部件大功率激光器需要配套大功率射频功率源。掌握工业应用主流高精尖端激光器件的原创性自主知识产权，并实现产业化批量生产是发展我国激光制造业的关键所在。
[0003]射频激励扩散冷却全金属板条波导CO2激光器是目前国际上最先进的第四代气体激光器，是当今集成先进激光制造系统的首选激光器件，已逐步成为激光制造业的主力激光器。
[0004]大功率激光器射频功率源的核心技术之一就是高重复频率窄脉冲控制电子管栅极技术，目前大功率激光器射频功率源主要是采用非自激振荡式电路，通过信号源一侧产生高频率的调制脉冲，需要较为复杂的信号源和激励推动级电路，成本较高，因此，如何实现一种不需要信号源和激励推动级电路，仅仅由栅极调制脉冲控制实现的电子管自激振荡式电路就成为现在亟待需要解决的问题。
【发明内容】
[0005]鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的方法及装置，用以解决现有技术中电子管栅极不能产生自激振荡式电路的问题。
[0006]本发明主要是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的方法，该方法包括:
[0008]栅极控制电路根据接收到的上级控制单元发送来的控制信息产生预定占空比和重复频率的控制脉冲，并通过该控制脉冲控制电子管栅极产生预定占空比和重复频率的脉冲。
[0009]优选地，栅极控制电路将电子管栅极电压/电流以及脉冲信息回传给所述上级控制单元。
[0010]优选地，还包括:驱动电路；
[0011]通过所述驱动电路将所述栅极控制电路产生的控制脉冲施加到所述电子管栅极上。
[0012]优选地，还包括:接收电路；
[0013]所述接收电路将接收到的外部送来的调制脉冲加到电子管栅极上。
[0014]优选地，所述电子管的工作频率为80-90MHZ。[0015]本发明还提供了一种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的装置，该装置包括:
[0016]接收单元，用于接收上级控制单元发送来的控制信息；
[0017]栅极控制电路单元，用于根据所述接收单元接收到的所述控制信息产生预定占空比和重复频率的控制脉冲，并通过该控制脉冲控制电子管栅极产生预定占空比和重复频率的脉冲。
[0018]优选地，所述栅极控制电路单元还用于，将电子管栅极的电压/电流以及脉冲信息回传给所述上级控制单元。
[0019]优选地，还包括:驱动电路单元；
[0020]所述驱动电路单元，用于将所述栅极控制电路单元产生的控制脉冲施加到所述电子管栅极上。
[0021]优选地，还包括:接收电路单元；
[0022]所述接收电路单元，用于将接收到的外部送来的调制脉冲加到电子管栅极上。
[0023]优选地，所述电子管的工作频率为80-90MHZ。
[0024]本发明提供的一种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的方法及装置，通过栅极调制电路产生稳定可靠、占空比连续可调的脉冲，从而实现高重复频率的栅极控制，减少了栅极产生的成本，并减低了栅极产生的复杂度。
[0025]本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的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所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明实施例的产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的装置的结构框图；
[0027]图2为本发明实施例的产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的电路连接示意图；
[0028]图3为本发明实施例的产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的装置的结构示意图；
[0029]图4为本发明实施例的产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的装置的局部接口侧视图；
[0030]图5为本发明实施例的产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的装置的整体侧视图；
[0031]图6为本发明实施例的控制产生电子管栅极脉冲的驱动电路的电路示意图；
[0032]图7为本发明实施例的产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲装置的电路示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。
[0034]本发明设计了一种控制产生电子管栅极脉冲的方法。本发明所使用的电子管为自激式的电子管放大器电子管，选型为法国CTK15-2、西门子的RS3041CJ或者国产的DB958及CTK15-2。并且电子管的工作频率为80-90MHZ。是采用网状钍钨阴极、钥丝焊接鼠笼型栅极、超蒸发水冷阳极和同轴型电极结构的金属陶瓷三极管，最大输出功率45kW，最高工作频率 120MHz。
[0035]如图1和2所示，通过栅极控制电路接收上级控制单元发送来的控制信息，该控制信息中包括电子管栅极的占空比和重复频率的脉冲信息，根据该控制信息产生预定占空比和重复频率的控制脉冲，并通过该控制脉冲控制电子管栅极产生预定占空比和重复频率的脉冲，实现电子管栅极脉冲。
[0036]并且，栅极控制电路将电子管栅极电压/电流以及脉冲信息回传给所述上级控制单元，以便上级控制单元进行监控。
[0037]本发明实施例的上级控制单元实际是一个FPGA为核心的控制板，将各个组成部分挂在CAN总线上，系统通过CAN总线给栅极控制电路发送控制信息。
[0038]本发明实施例还包括驱动电路，驱动电路与栅极控制电路连接，通过所述驱动电路将所述栅极控制电路产生的控制脉冲施加到所述电子管栅极上。
[0039]本发明实施例还包括接收电路；通过所述接收电路将接收到的外部送来的调制脉冲，并通过驱动电路将该调整脉冲加到电子管栅极上。
[0040]本发明实例负偏压的产生采用工频变压器的形式。因为栅级功耗较小，变压器的尺寸也较小。该装置的驱动脉冲重复频率高大80KHz，占空比可实现5%?90%连续可调。整个装置的尺寸较小，结构外形如图3-5所示，栅极驱动2实际上就是接收控制板产生的脉冲信号，将脉冲信号放大到-200V左右，然后，将这个脉冲加到电子管的栅极上，还包括完成栅极电压、栅极电流的检测功能。栅极控制板实际上完成的是电子管栅极的驱动电路2。
[0041]装置的盒体4和盖6内设有栅极控制板I，栅极控制板I接收来自上级控制单元(系统一级的控制单元)的控制命令，产生小信号调制脉冲，同时，将来自栅极驱动电路2采集到的栅极电压、电流等信号经过AD采样，门限比较后通过CAN总线回送给上级控制单元。
[0042]该装置内还设有安装板7、电阻8、变压器9、控制插口插座10、24v插座11、AC220插座 12 和 6N110 (13)。
[0043]电源接口 6将+24V等板子上要用到的小信号电源；
[0044]控制接口 8实际上就是与上级控制单元通信的CAN通信接口 ；
[0045]220 V A C 12给变压器3提供交流220 V电压；
[0046]负载电阻8栅极调制回路的负载泄放电阻；
[0047]栅极高压接线端子5为系统的-200V脉冲调制电压通过这两个端子接到电子管的栅极上；
[0048]装置的外设有安装固定用的盒体4 ;
[0049]变压器9产生栅极调制的200V交流电压，和15V交流电压，15V交流电压通过二极管整流后给后续的栅极控制I上的小信号电路供电。
[0050]图6是本发明实施例的控制产生电子管栅极脉冲的驱动电路的电路示意图，如图4所示:[0051]X I端子接收来自变压器的输出交流电压，变压器输出两组输出电压:一组是145VAC左右，一组是14.5VAC左右；
[0052]V2, V3整流桥电路完成交流道直流的整流；
[0053]NI，N2电路完成DC/DC变换。输出+15V，+5V电压；
[0054]U2及其附属电路:完成200VDC电压的检测，表示加电正常与否的检测；
[0055]Ul及其附属电路:完成栅极调制控制脉冲的输入，起到电气隔离的作用，避免对控制电路的影响；
[0056]D1UC3707电路，实现的是功率驱动器芯片，完成小信号的脉冲到-200V的栅极驱动脉冲的变换；
[0057]X16:接6N110型功率管，实现脉冲驱动信号的放大；
[0058]X8，X9端子就去组件的栅极高压接线端子5，由栅极高压接线端子5接到电子管的栅极上；
[0059]X13:接功率电阻，用于电压电流检测以及栅极调制回路吸收。
[0060]图7产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲装置的电路示意图，由图7我们可以看到整个装置的电路原理，栅级控制板作为控制单元接收上级系统指令，产生所需的脉冲，同时将基本的栅级状态信息上传给上级系统。栅级驱动电路完成从变压器的交流电压的整流，以及栅级脉冲的放大驱动，同时实现栅级状态的检测功能。栅级驱动板驱动高速MOS管6N110，实现对电子管栅级电路的快速脉冲动作。
[0061]本发明实施例还提供了一种控制产生电子管栅极脉冲的装置，所使用的电子管为自激式的电子管放大器电子管，选型为法国CTK15-2、西门子的RS3041CJ或者国产的DB958及CTK15-2。并且电子管的工作频率为80-90MHZ。本发明实施例的装置具体如图1_4所示，该装置包括相互连接的接收单元和栅极控制电路单元，通过接收单元接收上级控制单元发送来的控制信息，并通过栅极控制电路单元根据所述接收单元接收到的所述控制信息产生预定占空比和重复频率的控制脉冲，并通过该控制脉冲控制电子管栅极产生预定占空比和重复频率的脉冲。
[0062]所述栅极控制电路单元还用于，将电子管栅极的电压/电流以及脉冲信息回传给所述上级控制单元。
[0063]本发明实施例还包括:驱动电路单元，驱动电路单元将所述栅极控制电路单元产生的控制脉冲施加到所述电子管栅极上。
[0064]本发明实施例还可以包括接收电路单元，接收电路单元将接收到的外部送来的调制脉冲加到电子管栅极上。
[0065]本发明实施例的产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的装置的技术指标参数为:
[0066](I)输出功率:> 30kW ;
[0067](2)工作模式:连续波输出和矩形脉冲调幅输出；
[0068](3)工作频率范围:80MHz?90MHz范围内某一点频工作；
[0069](4)输出接口:与激光器配接，按照实测配合尺寸和形式；
[0070](5 )工作比:5% ?85% ；
[0071](6)负载驻波比适应能力:适应激光器大动态范围阻抗变化；[0072](7)调制脉冲上升沿和下降沿:μ s量级；
[0073](8)连续波输出功率不稳定度≤ 3% ；
[0074]( 9 )连续波输出谐波分量比例:≤5% ；
[0075](10)控制界面友好，监控保护可靠；
[0076](Il)MTBF:不小于 5000h ;
[0077]激光器工作频率指定81.36MHz,为保证激光器输出功率达到2.5kff,要求功率源至少应具备30kW RF功率输出能力，由于激光器功率控制的需要，功率源还能够工作在高重复频率窄脉冲模式情况下。
[0078]综上所述，本发明提供的一种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的方法及装置，至少能够带来以下的有益效果:
[0079]本发明能够实现高重复频率的栅极控制，存在重复频率高、负载回路等效电容较大、调制电压较高的技术难点。栅极调制电路稳定可靠、占空比连续可调是激光器对射频功率源提出的特殊要求，难点在于窄脉冲情况下的驱动实现，采用高速射频MOS管驱动技术的设计实现是关键所在，大功率容量的回路泻放电阻的选取能够有效保证调制电路的高速稳定。采用FPGA可编程控制技术设计脉冲发生电路。
[0080]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的方法，其特征在于，包括: 栅极控制电路根据接收到的上级控制单元发送来的控制信息产生预定占空比和重复频率的控制脉冲，并通过该控制脉冲控制电子管栅极产生预定占空比和重复频率的脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，栅极控制电路将电子管栅极电压/电流以及脉冲信息回传给所述上级控制单元。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括:驱动电路； 通过所述驱动电路将所述栅极控制电路产生的控制脉冲施加到所述电子管栅极上。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，还包括:接收电路； 所述接收电路将接收到的外部送来的调制脉冲加到电子管栅极上。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述电子管的工作频率为80-90MHZ。
6.一种产生自激振荡式的电子管栅极调制脉冲的装置，其特征在于，包括: 接收单元，用于接收上级控制单元发送来的控制信息； 栅极控制电路单元，用于根据所述接收单元接收到的所述控制信息产生预定占空比和重复频率的控制脉冲，并通过该控制脉冲控制电子管栅极产生预定占空比和重复频率的脉冲。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于， 所述栅极控制电路单元还用于，将电子管栅极的电压/电流以及脉冲信息回传给所述上级控制单元。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括:驱动电路单元； 所述驱动电路单元，用于将所述栅极控制电路单元产生的控制脉冲施加到所述电子管栅极上。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的装置，其特征在于，还包括:接收电路单元； 所述接收电路单元，用于将接收到的外部送来的调制脉冲加到电子管栅极上。
10.根据权利要求6-8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述电子管的工作频率为80-90MHZ。
【文档编号】H03K7/06GK103746674SQ201310724121
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】王志宇, 谢勇, 蔡晓葳 申请人:北京长峰广播通讯设备有限责任公司