專利名稱：一種基于光耦驅動的寬脈沖柵控調制器的實現方法
技術領域：
本發明屬于雷達發射機柵控調制器技術，是一種基于光耦驅動的寬脈沖柵控調制器的實現方法。
背景技術：
脈沖調制器的主要作用是控制微波管電子注的通斷，控制或激勵微波管工作，從而產生所需要的各種脈沖微波源。脈沖調制器在雷達發射機中起著極其重要的作用，是雷達發射機的重要組成部分，其綜合指標性能對發射機有重要的影響。柵極調制是行波管中一種常用的調制方式。其基本的工作方式是通過控制不同開關管的導通時序，使正偏電源和負偏電源輪流加在行波管的柵極上，從而控制行波管的脈沖功率輸出。當前，人們在調制器的設計中，已經大量應用場控型半導體器件MOS管和IGBT 作為調制開關管。MOS管和IGBT均屬于壓控型開關管，采用脈沖變壓器或光耦的隔離驅動電路是MOS管和IGBT最常用的兩種驅動電路。目前柵控行波管的工作脈寬大多在幾十US量級。采用脈沖變壓器的隔離驅動方式，電路簡單，造價低，可靠性高，成為了設計人員的首選。但受到脈沖變壓器飽和因素的影響，其輸出脈沖寬度的能力是受到較大限制的，脈沖寬度約是脈沖前沿的200 300倍，約在IOOuS量級左右。為了獲得更寬的輸出脈寬，需要增加繞組的匝數，或者選用更大橫截面積的磁芯，增大了脈沖變壓器的體積。同時，驅動回路中還要提供變壓器的去磁回路，以便為下次驅動做好準備。當前，行波管不斷朝著大功率、寬脈寬、大占空比的方向發展。脈寬可以大于 150uS，占空比達到20%。采用脈沖變壓器的隔離驅動方式已無法滿足幾百微秒的寬調制脈沖的要求。而基于光耦的隔離驅動電路，其驅動脈寬只受到原邊驅動信號的控制，自身對驅動脈寬并沒有約束限制，因此，其非常適宜應用在寬調制脈沖的行波管調制器中。本發明的思路是利用光耦隔離的驅動方式來驅動開關管，從而產生需要的任意寬度的柵極調制脈沖，滿足行波管寬脈寬的工作需求。
發明內容
本發明的內容是采用光耦隔離的驅動方式驅動開關管，通過調節光耦原邊的控制信號的脈寬來調節光耦輸出的驅動信號的脈寬。在此驅動方式下，基本可以輸出任意寬度的驅動脈沖。通過一定的時序控制驅動導通一對開關管，將正偏壓和負偏壓輪流加在行波管的柵陰極之間，從而產生所需要的寬脈寬的柵極調制脈沖。此發明同時具有最大脈寬限制、開關管過電壓保護等功能。下面結合附圖對本發明的技術解決方案作進一步詳細描述。
圖1是基于光耦驅動的寬脈沖柵控調制器原理框圖。
圖2是驅動信號產生及驅動電路電原理圖。
具體實施例方式基于光耦驅動的寬脈沖柵控調制器原理框圖如圖1所示，該柵控調制器由驅動信號產生電路、光耦驅動電路、驅動電源、正負偏壓電源和開關管等部分組成。起始脈沖信號經光耦隔離驅動電路后形成起始驅動信號，觸發開關管1導通，將正偏壓電源加到柵極上， 使行波管輸出射頻功率。截尾脈沖信號經光耦隔離驅動電路后形成截尾驅動信號，觸發開關管2導通，將負偏壓電源加到柵極上，關斷行波管的射頻功率輸出。驅動信號產生及驅動電路電原理圖如圖2所示。圖中，m與N2為555定時器，N3 與N4為光耦TLP250。起始脈沖信號經電容Cl后形成具有下降沿的窄脈沖，此下降沿觸發 Ni，使其3腳輸出高電平，經限流電阻R6后，使光耦內發光二極管導通，此時，光耦內的光敏三極管也導通，驅動電源驅動開關管1導通，使正偏壓加到行波管的柵陰極間。同理，截尾脈沖信號經電容C2后形成具有下降沿的窄脈沖，觸發N2的3腳輸出高電平，經電流電阻R7后，使光耦導通，驅動電源驅動開關管2導通，使負偏壓加到行波管的柵陰極間。當N2的3腳輸出高電平時，通過電阻R8，觸發V3導通，將m的4腳拉到低電平，從而使m的3腳輸出變為低電平。此時，開關管1將被關斷。由此可知，正、負偏壓是輪流加在行波管的柵陰極間的，其調制脈沖的寬度是由起始脈沖信號與截尾脈沖信號之間的時間差決定的。當此時間差足夠長時，此調制器即可以輸出滿足要求的寬脈沖調制信號。結合實際工作需要，調節圖中電阻R3、R4與電容C5的數值，能夠限制調制器輸出的最大脈沖寬度，對行波管起到保護作用。電容C7、C8是加速電容，能夠加快開關管的導通。瞬態抑制二極管V6、V7并聯在開關管的柵極和源極間，防止開關管柵源極間的過電壓驅動，對開關管起到保護作用。電阻R12、R13提供了開關管柵源極間電容的泄放回路，同時提高了開關管的抗干擾能力。
權利要求
1.一種基于光耦驅動的寬脈沖柵控調制器的實現方法，其特征在于利用光耦隔離驅動電路實現對開關管的驅動控制，將正負偏壓輪流加在行波管的柵陰極間，產生需要的柵調脈沖。在此驅動方式下，柵調脈沖的寬度只于起始脈沖信號和截尾脈沖信號之間的時間差有關。當此時間差足夠長時，調制器就能夠產生需要的寬脈寬的調制脈沖，從而滿足行波管寬脈寬的工作需要。
2.實現權利要求1所述的驅動信號產生及驅動電路設計方法，其特征在于①采用了基于高速光耦的隔離驅動電路；②起始和截尾脈沖信號通過對555定時器芯片NA555P的觸發，驅動光耦導通，產生了開關管的導通信號；③實際工作中，假設需要的最大調制脈寬為lOOuS。此時，我們可以通過調節電阻R3、 R4和電容C5的數值，使得555定時器3腳輸出的最大驅動脈寬為105uS。通過此方法，我們就可以設定最大的調制脈沖寬度，對行波管起到保護作用。
全文摘要
本發明涉及一種基于光耦驅動的寬脈沖柵控行波管調制器的實現方法，該方法的原理框圖如附圖所示。本發明是利用高速光耦實現了柵控行波管調制器開關管的隔離驅動電路，滿足了柵控行波管調制器寬脈沖輸出的要求。在此發明中，柵極調制脈沖的寬度只由外接起始脈沖信號和截尾脈沖信號間的時間差決定，而與調制電路無關。調節此時間差足夠長，即可滿足柵極寬調制脈沖的要求。同時，在調制器中通過電路的設計，可以實現最大調制脈沖的限制，從而實現對行波管的保護。
文檔編號H03K3/017GK102468825SQ20111038323
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月25日 優先權日2011年11月25日
發明者楊鈺輝 申請人:中國船舶重工集團公司第七二四研究所