[发明专利]一种小型高效的大功率固态调制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态调制器，尤其涉及一种大功率固态调制器，属于脉冲功率的技术领域。

背景技术

调制器是高功率发射机的关键设备，调制器的输出脉冲波形直接影响雷达射频信号的质量。高功率MW级发射机使用的单注速调管工作电压一般为几十千伏，工作电流一般为几十安培，效率30%左右。雷达要求工作波形从小于1微秒到数十微秒，重复频率最高达上千赫兹。为此，大功率调制器的输出峰值功率要超过3MW，输出脉冲幅度达到70kV到80kV，脉冲电流达到40A到50A，脉冲宽度能够从1微秒到数十微秒可调，重复频率超过上千赫兹。同时，为满足不同平台需求，要求调制器体积小，质量轻。而且，为了降低对高压电源以及冷却的要求，要求调制器的效率高，损耗小。

以往由于受器件的限制，如此大功率的调制器，传统技术是使用电子管作为开关。这样的调制器电路较为复杂，调制管需要灯丝、偏压、帘栅、预调器、撬棒等辅助电源和电路，体积庞大。调制管的灯丝功率和板极损耗都较大，整个调制器的效率较低，必须采用水冷，另外调制管还存在打火和寿命较短等问题。

若采用以SCR为开关的软管固态调制器，一般都是以人工线为储能器件，当有多种脉冲宽度要求时，需要多种人工线封装在一起，导致此类调制器体积大、重量重。而且当需要切换宽度时，需要先关掉高压，然后才能切换脉冲宽度，由此导致调制器输出脉冲宽度不能实时切换。

而采用常规拓扑结构的固态钢管调制器，则需要大量的器件进行串、并组合应用才能达到使用目的。这就要求，所有的触发电路以及电源和控制电路进行绝缘设计，实现难度较大。需要对串联开关均压，要求各个串联开关器件的通断一致。因此驱动、动态静态均压、均流、保护相对比较复杂。并且，大量的固态开关串、并组合应用，在重复频率较高时，损耗较大，导致调制器效率较低。

文献《基于多路初级绕组脉冲变压器的固态调制器设计》，作者为朱永亮，王玮，其中，提出采用多路励磁单元驱动带多路初级绕组的升压脉冲变压器，实现多只固态开关之间的均流，避免固态开关直接串并联应用带来的均流均压问题。但从论文可知，方案中采用了多路励磁回路（即初级组件），电路拓扑稍显复杂，设备量较多，体积较大；同时，为保证多路励磁回路的均流，方案要求每组励磁回路的器件和布局尽量一致，并且对触发电路的同步和时延要求较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种电路拓扑结构简单、体积小、效率高，适合于多种平台使用，并且具有工作方式实时调整、对外接口简单、易于实现模块化、工程难度小以及性能可靠等优势的大功率调制器。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种小型高效的大功率固态调制器，包括固态调制器组件和脉冲变压器，其中固态调制器组件包括直流电源、储能电容、固态开关，其中所述直流电源用于给储能电容进行充电；当触发电路为固态开关的驱动电路提供触发脉冲时，通过所述储能电容、固态开关以及脉冲变压器形成放电回路后，经脉冲变压器得到调制器的输出脉冲。

作为本发明的一种优选技术方案：所述固态调制器组件和脉冲变压器的连接为：所述直流电源的正端分别与储能电容的一端、脉冲变压器的高电位端连接；所述脉冲变压器的低电位端与固态开关的一端连接；所述固态开关的另一端分别与储能电容的另一端、直流电源的负端连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述固态调制器组件和脉冲变压器的连接为：所述直流电源的正端分别与储能电容、固态开关的一端连接；所述固态开关的另一端与脉冲变压器的高电位端连接；所述脉冲变压器的低电位端分别与储能电容的另一端、直流电源的负端连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述固态调制器组件还包括充电电感，其中直流电源的正端与充电电感的一端连接；所述充电电感的另一端分别与固态开关、储能电容的一端连接；所述储能电容的另一端与脉冲变压器的高电位端连接；所述直流电源的负端分别与固态开关的另一端、脉冲变压器的低电位端连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述固态调制器组件还包括用于保护固态开关的电容，所述电容连接在与固态开关的两端。

作为本发明的一种优选技术方案：所述固态调制器组件还包括二极管、电阻，所述二极管、电阻的一端分别与固态开关的一端连接，二极管、电阻的另一端分别和电容的一端连接；通过所述二极管、电阻和电容形成缓冲电路，用于吸收脉冲变压器漏感和放电回路分布电感引起的尖峰电压。