特種電源介紹及特種電源幾種類型

　　特種電源即特殊種類的電源。所謂特殊主要是由于衡量電源的技術指標要求不同于常用的電源，其主要是輸出電壓特別高，輸出電流特別大，或者對穩(wěn)定度、動態(tài)響應及紋波要求特別高，或者要求電源輸出的電壓或電流是脈沖或其它一些要求。這就使得在設計及生產(chǎn)此類電源時有比普通電源有更特殊甚至更嚴格的要求。特種電源一般是為特殊負載或場合要求而設計的，它的應用十分廣泛。主要有：電鍍電解、陽極氧化、感應加熱、醫(yī)療設備、電力操作、電力試驗、環(huán)保除塵、空氣凈化、食品滅菌、激光紅外、光電顯示等。而在國防及軍事上，特種電源更有普通電源不可取代的用途，主要用于：雷達導航、高能物理、等離子體物理及核技術研究等。

　　特種電源的幾種類型

　　1）雷達發(fā)射機用的高壓電源

　　在現(xiàn)代雷達發(fā)射機中，用行波管（TWT）作為微波功率放大器件占有很大的比例，作為高功率部分，它的可靠性與技術指標如何，對雷達發(fā)射機乃至整個雷達有著直接的影響。而支撐著行波管的高壓電源（系統(tǒng)）更顯得至為重要。開關電源技術作為一種高頻、高效電力電子技術，隨著電子元器件、產(chǎn)品的不斷更新，大功率器件的更新?lián)Q代，大功率開關電源技術得到了發(fā)展。本文所介紹的雷達行波管用高壓開關電源，可采用全橋諧振PWM調(diào)制方式，大功率開關器件采用先進的IGBT模塊及先進可靠的驅(qū)動電路，使得電源的整體性能良好，穩(wěn)定度好，并且具有各種保護功能。

　　電源電路由以下幾部分組成：（1）電網(wǎng)濾波器，（2）整流濾波，（3）全橋變換器，（4）高壓變壓器，（5）高壓整流濾波，（6）脈寬調(diào)制與控制電路，（7）驅(qū)動電路，（8）保護電路等。

　　工作原理：將50Hz三相380V通過電網(wǎng)濾波器，經(jīng)整流及濾波得到500多伏的直流電壓，供給串聯(lián)諧振變換器。由于本電源輸出高達20kV，為了減輕變壓器的設計難度以及減小高壓整流二極管的耐壓值、提高電源的可靠性，我們采用變壓器兩個次級分別全橋整流，然后疊加輸出。全橋變換器由四個IGBT、一個高頻變壓器及整流電路組成?？刂齐娐诽峁﹥蓪Ρ舜私^緣、相位相差180°的脈沖輸入到IGBT驅(qū)動電路，控制IGBT的通斷。將直流電壓變換成為交變的20kHz脈沖電壓，經(jīng)變壓器及全橋整流和濾波電路，得到幾十kV的電壓。

　　2）電子束焊機用大功率高壓電源

　　電子束焊接因具有不用焊條、不易氧化、工藝重復性好及熱變形量小的優(yōu)點而廣泛應用于航空航天、原子能、國防及軍工、汽車和電氣電工儀表等眾多行業(yè)。電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極由于直接或間接加熱而發(fā)射電子，該電子在高壓靜電場的加速下通過電磁場的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束，用此電子束去轟擊工件，巨大的動能轉(zhuǎn)化為熱量，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實現(xiàn)對工件的焊接。

　　高壓電源是設備的關鍵技術之一，它主要為電子槍提供加速電壓，其性能好壞直接決定電子束焊接工藝和焊接質(zhì)量。電子束焊機用高壓電源與其它類型的高壓電源相比，具有不同的技術特性，技術要求主要為紋波系數(shù)和穩(wěn)定度，紋波系數(shù)要求小于1%，穩(wěn)定度為±1%，甚至紋波系數(shù)小于0.5%，穩(wěn)定度為±0.5%，同時重復性要求小于0.5%。以上要求均根據(jù)電子束斑和焊接工藝所決定。電子束焊機用高壓電源的操作是必須與有關系統(tǒng)進行連鎖保護，主要有真空連鎖、陰極連鎖、閘閥連鎖、聚焦連鎖等，以確保設備和人身安全。高壓電源必須符合EMC標準，具有軟起動功能，防止突然合閘對電源的沖擊。

　　這種電源由于功率大（達30kW），輸出電壓高（150kV），工作頻率較高（20kHz），而對穩(wěn)定精度、紋波及電壓調(diào)節(jié)率均有較高的要求。選用先進的三相全控可控整流技術、大功率高頻逆變器，用新型功率器件IGBT作為功率開關。三相全控可控整流和逆變器各自采用獨立的控制板，IGBT驅(qū)動采用進口厚膜驅(qū)動電路，加上輸入電網(wǎng)濾波器和平波電抗器及電容組成的濾波電路。使電源的功率變換部分具有較好的技術先進性和良好的功率變換性。

　　高壓部分：高壓變壓器磁芯采用最新的非晶態(tài)材料，采用獨特的高頻高壓繞制工藝，雙高壓變壓器疊加工作。先進的整流和合理的倍壓電路以及高壓均壓技術保證高壓電源的高壓部分穩(wěn)定可靠，反饋及高壓指示信號用精密的分壓器，由高壓輸出端直接采樣，保證電源有很高的穩(wěn)壓精度、電壓調(diào)整率和準確可信的高壓測量精度。采用合理的高壓濾波技術，保證電源有良好的紋波。高壓部分放在一個油箱內(nèi)。

　　3）高壓脈沖電源

　　在雷達導航設備中，其發(fā)射部分一般都需要一高電壓、窄脈沖、不同重復頻率的強功率脈沖源。這種強功率脈沖源一般通過一個高壓電源將市電升為幾千伏至幾十千伏直流高壓，然后由一個調(diào)制器將直流高壓調(diào)制為所需脈寬及頻率的脈沖源以供發(fā)射管使用。

　　脈沖源主要由高壓電源及調(diào)制器部分組成，高壓電源采用開關穩(wěn)壓電源，調(diào)制器采用半導體器件的固態(tài)調(diào)制器。

　　使用方給出的觸發(fā)脈沖是TTL電平的信號，應在輸入隔離變壓器前增加接口電路，此接口電路一是為了預放大TTL脈沖信號，二是為了與隔離變壓器匹配。為了達到隔離的目的，使用方可提供此接口電路的電源，制造方只需提出電源需求并在電路中設計相應的變換、濾波電路即可。

　　觸發(fā)脈沖經(jīng)過脈沖變壓器隔離后經(jīng)過預調(diào)器脈沖整形，功率放大后去觸發(fā)調(diào)制板和截尾板工作。由預調(diào)器產(chǎn)生的激勵脈沖經(jīng)過變壓器隔離去驅(qū)動調(diào)制板的每一只場效應管，此時調(diào)制板導通高壓電源送到微波三極管的陽極，微波三極管的陰極電子開始發(fā)射，微波三極管將送入輸入端的小功率高頻信號放大成大功率的高頻信號。當脈沖結(jié)束時，由預調(diào)器產(chǎn)生的截尾脈沖去觸發(fā)截尾板，截尾板導通后將微波三極管的分布電容釋放，所以可以得到很好的脈沖后沿。