大功率短波發射機通用控制系統可控硅調壓器的控制

王榮飛

摘 要 電子管燈絲的作用是加熱陰極，使陰極電子更容易逃脫陰極在柵極的控制作用下飛向陽極，然而大功率短波發射機燈絲加熱電流非常大，多在400A以上，發射機由開機到播音階段主要等待時間就是在燈絲控制上，本文講述了利用可控硅調壓器控制電子管燈絲電壓延長電子管使用壽命、降低停播率等方面的設置。

【關鍵詞】大功率電子管 燈絲 可控硅調壓器

大功率高頻電子管的成本相當高，陰極是電子管的電子源，發射機管的工作首先決定于陰極，它與其他電級相比較為脆弱，斷燈絲、陰極發射效率低是電子管的常見故障，如何提高電子管的使用壽命、減少停播率、在需要時能盡快投入播音，正常的做法是將電子管設置在全燈絲狀態，但這種狀態第一是全燈絲狀態冷卻系統和燈絲系統全開，對沒有播音任務的發射機也需要消耗大量電力，同時若長時間處于全燈絲狀態對電子管壽命也有影響，系統采用FPGA接收人機接口單元的設定值，通過DA轉換輸出0-20mA的電流控制可控硅調壓器完成燈絲電壓的調整，并設置有黑燈絲及快速恢復功能，讓發射機在沒有播音任務時處于黑燈絲狀態延長電子管的壽命，在需要播音時，能迅速將燈絲升到全燈絲投入播音。

1 大功率電子管燈絲特性

高頻大功率電子管是發射機高周系統的核心部件，其價格較昂貴，工作在高電壓、大電流、強激勵、大功率輸出的狀態下，較易引發各類故障損傷電子管，況且大功率電子管本身的壽命就是燈絲的壽命，保護高頻大功率電子管陰極，以維持和延長其陰極電子發射能力的有效時間是很多工程技術人員關心的焦點。原老的燈絲系統均是用機械調壓器，其相應速度慢，因機械部位動作平凡，維護量高，特別是在電力系統出現故障切換后，不能立即恢復播音，可控硅交流調壓器，是一種以可控硅為基礎，以智能數字控制電路為核心通過控制移相角達到改變電壓的目的電源功率控制電器，具有效率高、無機械噪聲和磨損、響應速度快等優點。

2 燈絲控制

2.1 燈絲的控制

燈絲的控制是FPGA通過系統邏輯判斷允許升燈絲后，通過FPGA按照SPI三線制串行接口控制AD5628輸出0-2.5V模擬量，利用ADA4000進行4倍放大輸出0-10V；為防止可控硅調壓器影響系統內部的工作，利用2000V隔離的ISO124U進行隔離耦合，經過LF355進行驅動后輸出。因電子管燈絲阻抗非常低，全燈絲狀態時其燈絲電流在400A以上，若控制不當將會導致沖擊電流大影響電子管燈絲壽命，為此系統在對燈絲進行升降控制時是穩步進行的。

2.2 燈絲電流、電壓檢測

燈絲電流是通過電流互感器輸出4-20mA進行取樣的，燈絲電壓進行分壓進行分壓后輸出的，為防止信號因走線過長受到干擾，系統采用平衡輸入方式輸入，經過平衡運算放大器跟隨后，輸入3倍放大器進行放大，因燈絲供電有交流供電和直流供電，所以系統設置AD536A進行交流/直流轉換，輸出的直流信號經過10HZ低通濾波后送到AD7328進行AD轉換，FPGA按照SPI3線制結構按照500K的采樣速率進行采樣13BIT的數字信號，在FPGA內部作為控制燈絲的基準。

2.3 燈絲控制流程

主要是允許開機、黑燈絲、全燈絲3個流程。

2.3.1 黑燈絲

在系統加電發出黑等絲指令后，開始判斷發射機低壓供電及緊急關斷等允許開機邏輯是否成立，若成立，則合上黑燈絲泵，在系統檢測到黑等絲冷卻正常后，開始進行升燈絲控制，因冷燈絲時燈絲阻抗較低，為盡量延長電子管燈絲壽命，在由燈絲零位到黑燈絲過程時，燈絲的控制頻率相對較低，大概需要3分鐘左右才到達黑燈絲位置，在燈絲到達黑燈絲位置后，系統進行黑燈絲預熱延遲，一般在30分鐘左右，在黑燈絲預熱完成后整機進入待命狀態。

2.3.2 全燈絲

在系統發出全燈絲指令后，系統合上全燈絲冷卻系統，主要是高速水泵和燈絲冷卻風機，斷開黑燈絲冷卻系統，在全燈絲冷卻正常后，系統開始由黑燈絲到全燈絲進行升燈絲控制，因黑燈絲位置的預熱準備，燈絲溫度具備快速升到全燈絲狀態，為此系統由黑燈絲到達全燈絲位置的控制時長大概在2分鐘左右，當燈絲到達全燈絲位置后，發出燈絲完成指令，在發出高壓指令后，系統完成高周控制開始播音，也就是說在發射機處于黑燈絲狀態時，若需要可在2分鐘左右投入播音，這種結構對代波機是非常有利的，平時耗電低，整機運轉設備較少，也極大的降低了維護量。

2.3.3 關機

在發射機處于全燈絲狀態時，若發出黑燈絲指令，則系統開始將燈絲由全燈絲位置降到黑燈絲，在到達黑燈絲位置后，保留全燈絲冷卻系統，延遲12分鐘后斷開全燈絲冷卻系統，同時啟動黑燈絲冷卻系統，正常情況燈絲降到黑燈絲位置后就一直保留此狀態，若需檢修等因素需要關閉整機電源時，系統在收到關機指令后將燈絲由黑等絲位置降到零位，燈絲到達零位后，關閉黑等絲冷卻系統。

2.3.4 快速燈絲

短波發射機基本都具備2路供電，若電力系統出現故障后自動切換到另外一路繼續保持供電，此時發射機降出現短暫停電，原老系統在電力恢復后，至少需要3分鐘以上的時間才能恢復播音，但針對燈絲特性，系統設置了12秒內恢復播音的設置，因為在播音狀態，若短暫掉電，則燈絲依然是熱燈絲，在停電時，系統立即降燈絲控制設置到零位，在電力恢復后，以較高的控制頻率，在12秒內將燈絲由零位升到全燈絲狀態，并恢復播音。

2.3.5 燈絲穩壓

燈絲電壓一般不得超過額定電壓的5%，若燈絲電壓過低倘若造成燈絲發熱不足就會使燈絲中毒，若燈絲電壓過高則會極大降低燈絲的壽命。在燈絲到達全燈絲位置后，為防止電力波動導致燈絲電壓波動，系統設計了燈絲自由設置的燈絲穩壓，若燈絲電壓超穩壓范圍100毫秒后自動將燈絲電壓控制到指定位置，若燈絲控制到高限設置后仍然不能滿足需求則立即發出告警。為盡量延長電子管的使用壽命，針對新管在上機后至少在全燈絲狀態加熱30分鐘后方可進入播音；同時因為燈絲的原設計電子發射效率有一定的儲備，適當調低依然可以滿足束電流的要求，所以一開始使用時可適當調低電子管的燈絲電壓，如果電子管已使用到晚期，為了維持繼續使用亦可將燈絲電壓調高，乃至高于額定電壓。

3 結語

高頻大功率電子管價格較昂貴，本文對延長和保護電子管的壽命的基礎上，利用黑燈絲技術降低功耗、維護量以及能及時投入播音，同時如何盡量降低停播率做了全面的闡述。

作者單位

國家新聞出版廣電總局501臺 云南省安寧市市 650302