抗高壓脈沖高穩(wěn)定度燈絲電源

　　著重討論如何解決當桌大功率裝置的大電流開關動作時，燈絲電源裝置抗30 kV的高壓反饋脈沖的沖擊問題，通過抗高壓和強電流沖擊的設計，以低壓電源為大電流開關的燈絲提供高穩(wěn)定度的電源輸出;以高壓隔離變壓器來隔離高壓觸發(fā)反饋脈沖通過電源對周圍儀器的影響;用扼流圈來阻遏反饋高壓峰電流的流入，有效地減少了大功率裝置放電后的瞬時強電流對燈絲加熱電源的損害;在高壓強流環(huán)境中，為大電流開關燈絲的加熱提供了可靠的抗高壓強流的直流加熱電源。

　　為了確保燈絲加熱電源能夠正常的工作，燈絲加熱電源本身必須具有抗高壓、強電流沖擊等功能。這就要求燈絲加熱電源，不僅要為大功率裝置大電流開關的燈絲加熱提供4路高穩(wěn)定度的電源輸出，還必須具有抗大電流開關的反饋脈沖高壓及強電流的沖擊，并隔離與市電(220 V)的相互干擾等特性。

　　1 燈絲電源裝置的設計思想

　　抗高壓高精度燈絲電源應具有以下特點：

　　(1)因為燈絲電壓的高低直接影響到大電流開關的觸發(fā)質量，如：燈絲電壓太低，陰極發(fā)射能力不足，增益會降低;燈絲電壓太高，陰極活性物過分蒸發(fā)，會導致大電流開關壽命縮短。因此要求燈絲電源必須提供高穩(wěn)定度的電壓輸出。

　　(2)大電流開關的燈絲具有冷態(tài)電阻小，熱態(tài)電阻大的特點，燈絲電源在開機的瞬間易受浪涌電流(十幾安培)的沖擊，會影響其壽命。因此燈絲電源要具有抗大電流沖擊的能力。

　　(3)大電流開關觸發(fā)后，會反饋回一個幅度近30 kV脈沖電壓和100 kA脈沖電流的高壓脈沖，會直接損壞電源本身及影響周圍其他儀器。因此燈絲電源還要具有抗高壓反饋脈沖沖擊的能力。

　　為滿足以上要求，抗高壓高精度燈絲電源采用圖1的方法加以研究。

　　1.1 隔離高壓觸發(fā)反饋脈沖干擾技術

　　高壓隔離變壓器的設計是利用高壓隔離變壓器初次極間的電容所形成的交流阻抗并且斷開地環(huán)路來隔離高壓脈沖的沖擊。同時在高壓隔離變壓器的輸入端也接入高壓旁路電容，這樣就可以隔離高壓觸發(fā)反饋脈沖通過電源對后面測試儀器的影響。

　　將電源和儀器之間加入高壓隔離變壓器，可以起到阻斷耦合路徑的作用。接入高壓隔離變壓器后可以斷開地環(huán)路，如圖2所示。而且這種連接對正常傳輸電流的阻抗是很低的，但對縱向的噪聲電流來說，它卻有著很高的阻抗，即50 Hz的基波成分幾乎可以暢通無阻地通過，而高頻成分卻被削弱，所以在燈絲電源裝置中，高壓隔離變壓器是必不可少的。

　　接入高壓隔離變壓器把設備電源與進線電源隔離開來，把噪聲于擾的路徑切斷，從而達到抑制噪聲干擾的效果?？梢杂行У匾种聘Z入交流電源中的噪聲干擾。隔離變壓器屬于感性負載，能抑制電流的突變，能有效地減少浪涌電流，減小電壓高低的突變性及電源波動等，抑制從電源線引入的高壓脈沖對電源產生干擾;能從根本上防止由于地電位擾動所引起的電源工作失常。

　　1.2 抗大電流沖擊、高穩(wěn)定度電源的技術

　　大電流開關的燈絲具有冷態(tài)電阻小，熱態(tài)電阻通電后逐漸增大的特點，因此在開機時直流電源易受浪涌電流(十幾安培)的沖擊，會影響到燈絲加熱電源的壽命和可靠性。同時為保證大電流開關的可靠性，穩(wěn)定觸發(fā)及其壽命，要求燈絲加熱電源提供高穩(wěn)定度的電壓輸出。

　　為此，低壓電源部分采用緩起動和集成穩(wěn)壓技術來實現。以集成穩(wěn)壓技術實現為大電流開關的燈絲提供高穩(wěn)定度的電源輸出;以緩啟動技術實現阻遏開機瞬間浪涌電流(大于10A)對低壓電源的沖擊。

　　為了減小浪涌電流的沖擊，避免低壓開關電源提前損壞，在低壓開關電源電路的設計上采取措施，即將低壓開關電源電路與緩起動電路設計相接合。使燈絲電壓緩慢增加至額定值，使電流亦緩慢增加，從而避免了浪涌電流的沖擊。緩起動電路采取從零開始平滑提升的辦法，利用其輸出電壓相應改變的原理，達到了輸出電壓從零平滑升高的目的(見圖3)。

　　它的基本電路結構框圖如圖4所示。緩起動電路的作用是對VAdj進行控制，使輸出電壓逐步形成一個上升的曲線，上升時間的長短可以借助R3C3參數的調整，在較大的范圍內改變，剛開機時PNP晶體管導通，Adj的電位被Vces箝位得很低，使輸出電壓不能瞬間建立，隨著電容C3的充電，PNP晶體管最終達到截止，這時輸出電壓Vo=VAdj+Vces。達到了緩起動的目的，起到了對燈絲電源的穩(wěn)流控制。