基于碳化硅二极管的行波管高压电源研制

• 作 者: 张媛媛
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2020年04期
• 关键词: 碳化硅二极管 行波管 高压电源

空间雷达技术的发展促使着空间行波管放大器的技术要求朝着高效率、高密度、高可靠性等方向不断靠拢。作为空间行波管放大器的核心部分——行波管高压电源,其性能的好坏直接影响着行波管的工作寿命。进一步提高行波管高压电源的工作性能,从而适应时代发展步伐的任务迫在眉睫。碳化硅器件在开关速度、耐高压、耐高温等方面表现显著,远远超越了一般的硅基器件。基于碳化硅二极管具有反向恢复电流小、临界击穿场强大、热导率高等优点,本文使用碳化硅二极管设计并制作一台行波管高压电源。首先对行波管放大器及高压电源的国内外发展情况进行了简要的介绍,对碳化硅二极管的发展概况和器件特性进行了简单的介绍。同时对开关电源技术的相关理论进行了介绍和分析,其中包括电源的基本拓扑结构和馈电方式、整流电路的工作原理等。其次对本文研制的基于碳化硅二极管的行波管高压电源的总体结构及各部分结构的设计及功能进行了详细的研究,主要分为电源低压部分电路的主要设计及拓扑结构和电源高压部分电路的设计及拓扑结构。其中,低压电路部分由输入滤波电路、升压变换器电路、全桥逆变器电路、控制电路、驱动电路、保护电路、遥控遥测电路等构成。高压电路部分主要由高压变压器、高压整流电路、螺旋极调节电路等构成。本文重点对高压电路的各部分设计展开深入的分析及计算,包括变压器磁芯材料和形状的选择、磁芯尺寸的计算、高压变压器初次级绕组导线匝数多少和线径大小的计算、磁芯窗口利用系数的计算、高压变压器损耗的计算、高压变压器结构的设计、输出整流滤波电路的设计等。接着对研制过程的其他技术难点进行简要的说明,包括搭建低压、高压模拟负载、电磁兼容性的设计、高压电路的灌封工艺等。最后,给出了工程样机的测试过程及测试结果,通过对比碳化硅高压电源和传统硅基高压电源的测试数据,分析得出碳化硅二极管在行波管高压电源上的应用结果是优于一般进口硅基二极管的结论。