一種行波管發射機高壓電源測試系統

中國電科第38研究所 張 偉

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一種行波管發射機高壓電源測試系統

中國電科第38研究所 張 偉

【摘要】本文介紹了一種行波管發射機高壓電源的測試系統，針對行波管高壓電源的測試和維修需求，系統分別從硬件設計和軟件設計兩方面進行了設計，文章論證如何提高高壓電源系統的測試和維修效率，改善高壓電源系統調試環境。

【關鍵詞】行波管發射機；高壓電源系統；測試和維修效率

1　引言

行波管作為真空電子器件當中的一種常見管型，具備高功率、大增益、寬頻帶與低噪聲等各種實際特點，能夠廣泛地運用在雷達、電子對抗與通信等各個重點工程領域。

行波管發射機構造復雜，其供電的高壓電源系統輸出電壓高、危險性大，同時在調試過程中往往需要使用多種特殊的高壓設備進行檢測（如高壓探頭，高壓分壓器等），電源的測試、維修既是一個重點也是一個難點。本文針對一種行波管發射機設計了電源測試系統，最終達到了提高維修效率，改善調試環境的目的，同時通過擴展測試系統還可以完成行波管指標的測試。

2　總體設計方案

測試系統組成框圖如圖1所示，其硬件主要由發射機柜、監控分機、調壓器、電阻箱、計算機和測試設備組成。其中，測試設備可根據維修電源或者測試行波管的需要設定為示波器、功率計、矢量網絡分析儀或頻譜儀。

圖1　測試系統組成框圖

監控分機主要是完成發射機的工作過程控制、故障保護、恢復工作以及狀態調整等功能，選用了OMRON公司的CJ1M型工業控制器（以下稱PLC）作為邏輯控制器。測試系統采用了RS-232串行通訊的上位機鏈接通信方式來完成計算機與PLC的聯網，實現對系統工作過程的實時控制，使得計算機可以實時監視PLC的運行狀態及其數據區的內容，程序主要選用VC++作為開發環境，使用對話框程序實現設計，模擬整機工作環境，實現對電源測試項目的全覆蓋。

3　測試系統硬件設計

測試系統采用了原發射機柜和監控分機，根據電源的功率量級選用相應調壓器，同時針對電源的輸出電壓設計了電阻負載箱。

3.1測試系統機柜和監控分機

發射機柜分為三層，上層放置監控分機、中層放置整流電路、下層放置待測試的高壓電源系統。監控分機采用了PLC進行編程控制，PLC在控制保護電路中的采用，克服了系統對控制部分的干擾，提高了系統的可靠性，減少了控制部分硬件的設計數量，降低了控制部分硬件的設計難度。

監控分機面板上設置了本/遙、冷卻、低壓、高壓、復位等按鍵開關，方便直接對監控分機進行開關機的操作。同時提供的各類故障回饋指示和開關機狀態指示能夠直接對故障進行判定。

3.2測試系統硬件集成

行波管發射機高壓電源系統采用了諧振型高頻開關電源，變壓器末級輸出多組次級，整流后直流直接進行疊加獲得高電壓電壓在-10KV左右。為了便于輸入電壓的緩加操作，我們采用整流電源分機主電路與調壓器后級連接的方式，最終整流電源的輸出電壓為0-500V之間可調，高壓電源系統后級連結電阻負載箱。

4　測試系統軟件部分

測試系統的軟件部分包括監控分機內部的OMRON 控制軟件和模擬整機工作環境，與PLC 進行實時通信的監控軟件。

4.1PLC控制軟件

OMRON控制軟件用于保護系統穩定、可靠的工作，同時對系統開關機進行回饋。工作流程如下：按下本/遙控開關，則系統處于本控狀態，本控指示燈亮，抬起本/遙控開關則系統處于遙控狀態，遙控指示燈亮。遙控狀態指測試系統僅受監控軟件的控制，本控狀態則測試系統僅受監控分機的控制。在本控狀態下，按下冷卻開關，冷卻狀態指示燈亮，則水冷機柜接通電源，水冷工作。按下低壓開關，低壓狀態指示燈亮，則燈絲電源、正負偏電源、陽極電源開始工作，行波管開始預熱。預熱5分鐘，則準加指示燈亮，如無故障指示燈亮則可以加高壓。按下高壓開關，高壓指示燈亮，高壓電源開始工作。

為了便于維修和使用方便,我們對控制軟件上進行了優化：

a)針對電源的維修，對程序中3分鐘的預熱時間進行重新編程（進行電源維修時，不需要進行3分鐘的預熱）。

b)由于在維修高壓電源的流程中無須關注其他輔助電源故障（正負偏電源、燈絲電源、陽極電源），因此對程序中輔助電源的故障進行了重新編程。

c)為了便于加高壓操作，針對程序中管體故障和高壓故障部分進行了重新編程。

4.2監控軟件

為了模擬整機工作環境，獲得發射機的實時信息并確保控制過程的精確，方案采用RS-232串行通訊的上位機鏈接通信方式，使得PC機可以使用上位機連接命令，監視PLC 的運行狀態及其數據區的內容。

監控分機中CJ1M型CPU內RS-232C端口為編程口，在上傳控制程序后，一般處于閑置狀態，計劃利用此端口和微型計算機的RS232口連接起來。為掌握實時狀態，采用定時器以固定的周期向PLC發送讀數據命令，PLC會自動應答，將相關的數據信息通過串口傳送回PC，PC通過對數據的解析實現了對PLC實時狀態的掌握。在通訊開始時，需要向PLC進行工作方式設置，以便PLC與PC通信準確無誤。

5　測試系統測試實例

測試系統設計完成后用于高壓電源的維修和行波管的測試，實物如圖2所示。

圖2　測試臺示意圖

測試系統應用了一批先進儀表、儀器，同時自制了部分調試工裝，能為電源調試提供精準的可調電壓、全面的監測設備以及可靠的電阻負載裝置，保證高壓電源在上萬伏的量級下安全可靠的調試：

(1)PLC在測試臺控制部分的采用，克服了高壓、大電流系統對控制部分的干擾，提高了系統的可靠性，程序的優化減少了電源維修時各類故障的連鎖處理，降低了電源維修的復雜性；

(2)測試系統使用MSComm控件、對OMRON公司的CJ1M型PLC進行了實時監控。監控軟件模擬了整機工作環境，所以使得整機聯調階段才能完成的功能驗證項目在分系統測試臺上就能夠進行，行波管指標的測試達到了全覆蓋；

(3)監控程序的遠程控制和發射機柜的應用，將高壓電源暴露在空氣的高壓部份（約10KV）與調試人員進行了隔離，確保了維修、調試的安全性，改善了調試環境。

5.1電源維修

進行電源維修時，由計算機模擬整機工作環境發出指令進行通信、水冷開關、低壓開關、高壓開關的操作。隨后可以根據維修的需要調節調壓器，將輸入的電壓控制在限定范圍內（0-380V）的任意值，這樣將便于觀察、測試待維修的電源，同時由于較遠距離的開關機操作、發射機柜的隔離保護將能有效地避免維修人員近距離地接觸高壓部分，確保維修的安全性。

5.2行波管測試

進行行波管測試時，需要在發射機柜上裝入電源和前級固態激勵，行波管輸出端接耦合器和負載，提供水循環散熱。通過計算機控制，模擬整機工作環境對行波管進行加高壓操作。隨后通過控制計算機界面上的操作，完成行波管的各項技術指標的測試。

6　小結

目前，此測試系統目前已投入使用，已經過一段時期的驗證，其穩定性較高，可操作性強，對高壓電源系統的測試、維修，改善人員的工作難度都起到了很大幫助。此外，采用控件編程，模擬整機工作環境遠程監控、操作系統的方法可使用在其它測試系統上，基于原系統，拓展現有工裝完成測試項目全方面覆蓋的方式是裝備批量生產過程中縮短調試時間、提高調試效率的一個重要方式。

參考文獻

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