某雷達(dá)發(fā)射機(jī)行波管燈絲供電設(shè)計(jì)

張強(qiáng)顧光

(西安電子工程研究所 西安 710100)

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性能要求越來(lái)越高，如何縮短行軍、戰(zhàn)斗的轉(zhuǎn)換時(shí)間，是取得戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)，提高戰(zhàn)場(chǎng)生存能力的關(guān)鍵，在雷達(dá)設(shè)計(jì)中需進(jìn)行充分考慮。行波管作為雷達(dá)發(fā)射機(jī)的核心部件，由于其頻帶寬、輸出功率較大，因此被廣泛應(yīng)用。行波管體制發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)工作均是圍繞行波管展開(kāi)的，即如何為行波管設(shè)計(jì)配置最合適最可靠的各電極電源，如何有效且完善地保護(hù)行波管，以及如何設(shè)計(jì)良好的散熱環(huán)境等等，從而使行波管工作在最佳狀態(tài)，提高發(fā)射機(jī)的可靠性。

2 設(shè)計(jì)思路

眾所周知，行波管中燈絲的作用是給陰極加熱，使陰極以需要的速率發(fā)射電子。但冷燈絲具有低阻特性，隨著燈絲通電時(shí)間的增加其阻抗上升，故為了保證燈絲的熱量能達(dá)到相對(duì)恒定的值，需要使燈絲預(yù)熱一段時(shí)間。另一方面，由于燈絲電源與柵極偏壓電源采用同一個(gè)24V電源供電，在雷達(dá)發(fā)射機(jī)高壓關(guān)閉后，為確保發(fā)射機(jī)高壓電源放電時(shí)行波管可靠截止及充分冷卻，柵極負(fù)偏壓要保持一段時(shí)間，燈絲供電也要延遲一段相應(yīng)的時(shí)間才能關(guān)閉?？梢?jiàn)，若將這段時(shí)間單獨(dú)計(jì)入雷達(dá)架設(shè)、撤收時(shí)間，勢(shì)必增加雷達(dá)的行軍戰(zhàn)斗轉(zhuǎn)換時(shí)間，影響雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性能，因此需要設(shè)計(jì)一種燈絲供電電路，使雷達(dá)能在行軍中提前對(duì)燈絲進(jìn)行預(yù)熱，在雷達(dá)撤收完畢轉(zhuǎn)行軍過(guò)程中自動(dòng)計(jì)時(shí)延時(shí)關(guān)閉燈絲電源，從而大大縮短雷達(dá)架設(shè)、撤收時(shí)間。

通常情況下行波管發(fā)射機(jī)的供電順序如圖1所示。該順序中燈絲加熱是在系統(tǒng)供電后進(jìn)行的，為縮短燈絲加熱的5min時(shí)間，設(shè)計(jì)采用在行軍過(guò)程中由蓄電池提前給燈絲供電。當(dāng)雷達(dá)進(jìn)入陣地，電站、系統(tǒng)正常工作后，燈絲已預(yù)熱完畢，且燈絲供電能自動(dòng)完成切換，保證燈絲持續(xù)供電;當(dāng)雷達(dá)工作時(shí)，遙控接收開(kāi)高壓、輻射指令，保證發(fā)射機(jī)正常工作;雷達(dá)工作完畢后，電站關(guān)閉，燈絲自動(dòng)切換回蓄電池供電;而且燈絲供電開(kāi)關(guān)可在雷達(dá)進(jìn)入行軍狀態(tài)提前關(guān)閉，待發(fā)射機(jī)高壓放電充分后，自動(dòng)切斷燈絲電源。同時(shí)設(shè)計(jì)防止誤操作，保證安全可靠。

圖1 發(fā)射機(jī)供電工作順序

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 供電無(wú)縫切換

燈絲加熱由蓄電池和電站兩種方式進(jìn)行選擇供電，兩者之間能自動(dòng)切換，且不間斷。主要通過(guò)互鎖電磁繼電器實(shí)現(xiàn)，如圖2中所示，JDQ1為常開(kāi)繼電器，JDQ2為常閉繼電器。當(dāng)操控臺(tái)開(kāi)關(guān)K1閉合，繼電器JDQ1吸合，發(fā)射機(jī)燈絲由蓄電池供電，燈絲的狀態(tài)能及時(shí)反映在燈絲供電開(kāi)關(guān)指示燈上。繼電器JDQ2跨接于AC/DC電源模塊兩端，且吸合、釋放具有延遲特性，當(dāng)AC/DC電源模塊正常輸出24V，此刻相當(dāng)于有兩路“24V+”匯聚至B點(diǎn)，二極管V1、V2保證電路單向?qū)?，JDQ2通電后延遲動(dòng)作(延遲時(shí)間為毫秒級(jí))切斷蓄電池供電支路，從而保證了燈絲供電的不間斷，同時(shí)又完成了供電支路的切換。

3.2 高壓開(kāi)啟接管

發(fā)射機(jī)燈絲預(yù)熱完畢后，可進(jìn)行開(kāi)高壓操作。當(dāng)高壓開(kāi)啟后，燈絲供電由發(fā)射機(jī)內(nèi)部電路進(jìn)行接管保護(hù)，防止人員進(jìn)行誤操作關(guān)閉燈絲供電導(dǎo)致行波管損壞的危險(xiǎn);同時(shí)保證雷達(dá)在供電異常或發(fā)射機(jī)打火造成系統(tǒng)斷電時(shí)，燈絲持續(xù)供電。功能實(shí)現(xiàn):當(dāng)發(fā)射機(jī)收到操控臺(tái)發(fā)送的高壓開(kāi)啟指令，將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)由單片機(jī)DS89C450、FPGA芯片EP1C6T144I7N轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)，一方面通過(guò)光耦控制JDQ5(常開(kāi)繼電器)吸合，給發(fā)射機(jī)高壓送380V交流電;另一方面通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片54LS244控制繼電器JDQ3(常開(kāi)繼電器)閉合。從而使JDQ4(常開(kāi)繼電器)閉合后D和B點(diǎn)短接，其作用是短路掉開(kāi)關(guān)K1及繼電器JDQ1的作用，避免了誤操作的發(fā)生;當(dāng)系統(tǒng)供電異常或發(fā)射機(jī)打火造成系統(tǒng)掉電時(shí)，AC/DC電源模塊無(wú)24V輸出，繼電器JDQ2(常閉繼電器)動(dòng)作閉合，雖然閉合存在毫秒級(jí)的延遲，但由于D點(diǎn)連接在蓄電池“24V+”端，繼電器JDQ3、JDQ4始終處在閉合狀態(tài)，從而確保了燈絲的持續(xù)供電。此外，當(dāng)D和B點(diǎn)短接后，若蓄電池電壓過(guò)低時(shí)，AC/DC電源模塊可以給蓄電池進(jìn)行充電，防止其過(guò)度使用造成虧空。

3.3 延時(shí)關(guān)閉

當(dāng)雷達(dá)工作結(jié)束后，可正常依次關(guān)閉發(fā)射機(jī)輻射、高壓、燈絲。但快速撤收時(shí)，可提前關(guān)閉燈絲電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)斷開(kāi)K1，JDQ1斷開(kāi)，但為確保發(fā)射機(jī)高壓電源放電時(shí)行波管可靠截止及充分冷卻，需要延時(shí)5min，這時(shí)燈絲開(kāi)關(guān)指示燈仍亮，表示發(fā)射機(jī)燈絲仍供電，發(fā)射機(jī)內(nèi)部仍處在接管狀態(tài);當(dāng)關(guān)高壓后開(kāi)始計(jì)時(shí)，延時(shí)達(dá)到5min后，JDQ3斷開(kāi)、JDQ4斷開(kāi)，燈絲受控于B點(diǎn)供電，響應(yīng)JDQ1輸出的狀態(tài)。若操控臺(tái)開(kāi)關(guān)是關(guān)閉狀態(tài)，則燈絲關(guān)閉，按鍵指示燈滅。可見(jiàn)，燈絲冷卻時(shí)間完全可以不計(jì)入撤收時(shí)間內(nèi)。當(dāng)雷達(dá)進(jìn)入行軍前，按下燈絲關(guān)閉開(kāi)關(guān)，待燈絲冷卻完后，可自動(dòng)關(guān)閉燈絲電源。

圖2 電路原理圖

4 軟件實(shí)現(xiàn)

FPGA程序采用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)，主要實(shí)現(xiàn)在加高壓后短路燈絲供電開(kāi)關(guān)，接管燈絲控制;關(guān)閉高壓后，計(jì)時(shí)5min，再發(fā)命令斷開(kāi)與燈絲供電開(kāi)關(guān)并聯(lián)的短路開(kāi)關(guān)，釋放燈絲供電控制;如在這5min內(nèi)重新收到加高壓命令后，則重新加高壓，5min延時(shí)計(jì)數(shù)清零，為下一次延時(shí)做準(zhǔn)備。實(shí)現(xiàn)框圖見(jiàn)圖3。

圖3 軟件控制流程圖

以下為FPGA中的部分程序，完成高壓開(kāi)啟接管及釋放的控制功能。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的發(fā)射機(jī)燈絲供電電路簡(jiǎn)單合理，不但實(shí)現(xiàn)燈絲提前預(yù)熱、又可防止人為誤操作，以及系統(tǒng)供電異?；虬l(fā)射機(jī)打火時(shí)系統(tǒng)斷電對(duì)行波管造成的損害，對(duì)行波管起到很好的保護(hù)作用。經(jīng)過(guò)在某雷達(dá)上使用，效果顯著，可靠性高，大大縮短了雷達(dá)架設(shè)、撤收時(shí)間，滿足雷達(dá)高機(jī)動(dòng)性能指標(biāo)。實(shí)際使用中，在燈絲供電指示燈LED上并聯(lián)上一個(gè)計(jì)時(shí)器，還可以定量地統(tǒng)計(jì)行波管的使用時(shí)間。該電路可推廣應(yīng)用于其它行波管體制的雷達(dá)發(fā)射機(jī)燈絲供電設(shè)計(jì)中。

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