UC3901在行波管收集極電源中的應用

2012-04-25 05:52:00楊明

艦船電子對抗 2012年3期

楊明

（船舶重工集團公司723所，揚州 225001）

0 引言

行波管是一種微波放大器件，具有寬帶大功率的特點，在電子戰設備中被廣泛使用。行波管收集極電源的主要功能是收集經過能量交換后的電子。收集極電壓太低，會有部分電子返回到行波管的螺旋線上，引起行波管螺線過流；電壓太高又會引起行波管的功耗增加，不利于行波管的散熱。在工程實踐中，一般在收集極電源中加入穩壓措施，以使行波管工作在一個最佳工作點上。

一般情況下控制電路以地為參考，而收集極電源以陰極為參考，所以要對收集極電源進行穩壓控制，就必須在取樣電路與控制電路之間進行隔離，這就涉及到隔離取樣問題。本文將介紹采用UC3901控制芯片的收集極電源穩壓方案。

1 UC3901的功能、特點

UC3901由美國TI公司生產，是一種穩定可靠的光耦替代品，可解決電路的隔離反饋問題。該芯片內部主要設有電壓基準、振蕩電路、誤差放大器電路、調幅電路、輸出電路。UC390l的功耗很小，供電電壓范圍可以達到4.5～40 V，且當供電電壓低于4.5 V時自動關閉輸出。該芯片內部的電壓基準精度達到l%，可以直接作為誤差放大器的基準。UC390l依靠自帶的振蕩電路即可完成調幅功能，調幅電路的吸電流能力為700μA，在需要時芯片自帶的振蕩電路還可以與外部電路的振蕩信號完成同步。利用UC3901和隔離變壓器一起，可以很方便地實現隔離反饋功能。

芯片內部構成框圖如圖1所示。

UC390l引腳功能說明如下：

PIN1：振蕩器定時電容器接入端；

PIN2：外時鐘輸入端；

PIN4：驅動輸出A；

PIN5：驅動輸出B；

PIN7：信號地；

PIN8：振蕩器定時電阻接入端；

PIN9：內置基準輸出端；

PIN10：誤差放大器同相輸入端；

PIN11：誤差放大器反相輸入端；

PIN12：誤差放大器輸出端。

圖1 UC3901原理框圖

2 收集極電源穩壓取樣原理

收集極電源在行波管所有電源中功率最大，同時行波管的耗散功率也較大，收集極電壓過高或過低都將對行波管的工作狀態造成影響，進而影響到行波管的性能及使用壽命。所以希望有一個穩定的收集極電壓，以控制行波管功耗同時讓行波管工作在一個較好的工作狀態。下面介紹利用UC3901配合SG3525實現隔離反饋穩壓。

SG3525是美國硅通用公司生產的一種單片集成脈寬調制（PWM）控制芯片，外部元件用量少且簡單可靠，適用于各種開關電源，內置軟啟動電路和5.1 V±1.0%的基準電壓源，工作電壓范圍和振蕩器工作頻率范圍寬，具有振蕩器外部同步功能、輸入欠電壓鎖定功能、過流保護功能，而且死區時間可調，是目前比較理想的控制器。

取樣原理如圖2所示。

圖2 隔離取樣原理圖

圖2中，UC3901的內部放大器將誤差信號放大后調制高頻振蕩器信號幅度，在UC3901的輸出端可得到占空比大約50%的高頻調幅信號。輸出的調幅信號先經隔離變壓器隔離到低壓端，再經整流濾波后得到一個電壓信號，送至脈寬控制器SG3525的V IN進行比較以控制其輸出，從而達到穩壓的目的。

3 振蕩器參數與隔離變壓器設計

振蕩器的振蕩頻率與振蕩器定時電容的關系如圖3所示，振蕩器輸出頻率為：

式中：RT為定時電阻；CT為定時電容。

UC3901的振蕩器頻率理論上可工作至兆赫茲級，更高的頻率有利于減少隔離變壓器的匝數和尺寸，但較高的頻率同時對磁芯等提出了更高的要求，所以在工程實踐中一般不推薦使用到兆赫茲級。

圖3 振蕩頻率與定時電容關系圖

由UC3901的內部構成框圖和功能特點可知，晶體管射極跟隨電路構成了UC3901的輸出驅動，其輸出驅動能力僅為700μA，作為芯片主要負載的隔離變壓器勵磁電流（隔離變壓器負載電流可忽略不計）不能超過芯片輸出驅動能力。隔離變壓器的最小勵磁電感量為：

即勵磁電感值必須大于式（2）的計算值。隔離變壓器的匝數計算與常規變壓器計算方法相同，在此設計中，隔離變壓器采用WUL2610的高磁導率磁芯繞制10匝即可。

4 結束語

上述介紹的隔離取樣方式可實現高精度穩壓，同時高頻化使體積大大縮小，在工程實踐應用中穩定性和可靠性很高，取得了良好的效果。但這種穩壓方式由于放大器及參考基準都浮動在陰極電壓上，不方便電壓調節，不適用于脈沖行波管，適合在電壓參數穩定一致的連續波行波管上使用。同時也發現了一個問題：由于此種穩壓方式環路響應時間長，對于收集極電源來說，打開電子注時會引起收集極電壓瞬間大幅下跌，可通過控制電路使環路在電子注打開后才進入閉環穩壓來解決。