抗高壓脈沖高穩(wěn)定度燈絲電源(2)

　　由于低壓開關(guān)電源的輸出工作電流達(dá)到了1.6 A，因此要求扼流圈自身的直流阻抗很小，使其自身的直流壓降很小;同時(shí)為了增加脈沖高壓在它上面的壓降，又要求它的交流阻抗要很大。為了得到較高的交流阻抗，在選擇扼流圈磁芯時(shí)，要優(yōu)選導(dǎo)磁率高的磁芯。

　　工作頻率遠(yuǎn)高于截止頻率時(shí)，電阻增量遠(yuǎn)大于電抗增量，阻抗增量接近電阻增量，此時(shí)扼流圈接近于一個(gè)電阻器，它不僅能抑制而且能吸收反饋脈沖的能量。

　　按圖5所示電路連接，L為用2 m長的φ1 mm的高強(qiáng)度漆包線，分別在μ0=2 kH/m和μ0=7 kH/m的磁芯(φ50 mm×30 mm×20 mm)上繞制的扼流圈(自制)。當(dāng)輸入電壓為5 V的正弦波信號(hào)時(shí)，通過測量輸出的電壓值，就可以得到L上交流阻抗的壓降大小。因?yàn)橹髅}沖的脈寬為10μs，頻率應(yīng)選用100 kHz，但僅有的SG503信號(hào)源沒有100 kHz檔，所以只能利用信號(hào)源現(xiàn)有的50 kHz和220 kHz檔來做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

　　若交流阻抗高，L上的壓降就大，輸出的電壓值Vo就低。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較可以看出，在試驗(yàn)的頻段內(nèi)μ0=7 kH/m的磁芯的交流阻抗，優(yōu)于μ0=2 kH/m的磁芯的交流阻抗。

　　1.4 抗干擾技術(shù)

　　(1)低壓開關(guān)電路的輸出直流電流達(dá)1.6 A，因此要求高壓脈沖扼流圈的直流電阻要很小，以使其直流壓降很小;為了增加反饋高壓脈沖在它上面的壓降，又要求它的交流阻抗很大。為了得到較高的交流阻抗，在扼流圈磁芯的選材上，要選磁導(dǎo)率高的磁芯。

　　(2)在低壓開關(guān)電路與氫閘管燈絲之間串入電感量為10 mH的并行雙扼流圈，使100 kHz的頻率信號(hào)能形成約6.3 kΩ的阻抗。因而高壓觸發(fā)反饋脈沖就有約3/4的峰值壓降在了高壓脈沖扼流圈上。

　　(3)在低壓開關(guān)電路的輸入/輸出線間，以及輸入/輸出與地之間，大量使用了高壓旁路電容，組成了抗高壓組件，遏制和泄放高壓反饋脈沖的沖擊，以防止在低壓開關(guān)電路上形成過高的峰值電壓，損壞低壓開關(guān)電源的器件。同時(shí)接地也采用“浮地”的方法來抑制環(huán)境的干擾。

　　(4)高壓隔離變壓器在繞制時(shí)將初級(jí)和次級(jí)分開繞制，并加屏蔽來減少其分布電容，以提高抗干擾能力。在220 V交流電源通過隔離變壓器后又加裝了濾波電路。這種濾波器對(duì)濾掉干擾頻率有一定效果。因?yàn)長對(duì)較高頻率有一定的阻抗，從電容C來說，對(duì)高頻阻抗小，因此可以為干擾頻率提供回路，這對(duì)濾除干擾有效。

　　大電流開關(guān)在動(dòng)作時(shí)，高壓隔離變壓器等效為大電容C;由于高壓電容的旁路作用，此時(shí)的低壓開關(guān)電源模塊交流阻抗趨于零;高壓脈沖扼流圈等效為電感L?？傊?，要使整個(gè)回路的交流阻抗盡可能大，使流入的高壓峰值電流趨于零。整個(gè)回路可以等效為Γ型濾波電路，見圖6。

　　2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　采用本文的抗干擾技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果：

　　(1)并行雙扼流圈：測量得到扼流圈兩端的高壓分別是16 kV和6 kV，因而高壓觸發(fā)反饋脈沖就有約10 kV的峰值電壓降在了高壓脈沖扼流圈上。

　　(2)旁路電路：測量得到低壓電源上的高壓已經(jīng)泄放到幾百伏，通過對(duì)低壓電源器件耐壓參數(shù)的冗余設(shè)計(jì)，保證了燈絲電壓在高壓強(qiáng)流特殊的應(yīng)用環(huán)境下正常工作，滿足了可靠性設(shè)計(jì)和使用要求。

　　為了提高電源的可靠性，還采取了關(guān)鍵器件篩選老化、防高壓打火、電磁屏蔽、高頻高壓隔離和系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)等技術(shù)，以保證該電源的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)在整機(jī)設(shè)計(jì)上，采用合理的電路及工藝，特別是接地、電磁屏蔽等，以隔離后級(jí)產(chǎn)生的高壓脈沖對(duì)前級(jí)儀器的干擾影響。

　　3 結(jié)語

　　由于使用環(huán)境的特殊性，因此要求燈絲電源裝置，不光要提供4路獨(dú)立可調(diào)、高穩(wěn)定度的直流輸出;還要讓其本身能抗住和隔離30 kV峰值電壓的沖擊。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明，在高壓強(qiáng)流特殊的應(yīng)用環(huán)境下，燈絲電源具有穩(wěn)定性好，抗高壓反饋干擾，強(qiáng)電流沖擊能力強(qiáng)等特性，為處在高壓強(qiáng)流環(huán)境(尤其是單次高壓強(qiáng)流環(huán)境)中的儀器設(shè)備提供了一種可靠的抗高壓強(qiáng)流沖擊直流電源。