高壓大功率電磁發射機供電關鍵技術研究

趙東凱

（國家新聞出版廣電總局五六四臺，北京 102434）

0 引 言

目前，高壓大功率電磁發射機供電技術仍然存在一定的弊端。因此，對高壓大功率電磁發射機供電技術作出一系列研究與技術創新至關重要。針對目前開關電源技術在控制方案、控制決策等方面仍無法滿足大功率發射機供電方面的特殊要求，詳細研究開關電源技術的建模方法、模塊建設等基本特征，并總結了目前存在的主要解決方法。

1 高壓大功率電磁發射機供電關鍵技術研究背景及意義

1.1 高壓大功率電磁發射機供電關鍵技術研究背景

大功率短波發射機在我國廣播行業領域已經有了多年的應用歷程。近年來，隨著科學技術的不斷發展，該發射機的供方和電源都已經實現了模塊化，且由此模擬發射機不斷向數字發射機的方向轉變。對于晶體管來說，它的使用周期性遠遠超過電子管，且反應速度更快。大功率短波發射機經過我國多年的研究改進，目前已經取消了各級放大器之間的調遣匹配程序，有效提高了發射機的可靠性。而對于高壓大功率短波發射機，研究其供電技術，不僅能夠有效找出大功率短波發射機技術的改進入口，而且能促進大功率短波發射機為社會貢獻最大的力量，尤其是對廣播行業領域的發展更是至關重要。

1.2 高壓大功率電磁發射機供電關鍵技術的研究意義

隨著發射機技術的不斷改進，大功率短波發射機迎來新的發展時期。不僅使電子管不斷向晶體管發展，而且實現了窄帶向寬帶的蛻變，其調諧技術也從原本的人工調諧變為更先進的自動調諧。廣播領域出現的全固態模擬信號發射機，不僅提高了廣播的傳播速度，而且其頻率更是由手動向自動化控制方向轉變，進而促使大功率短波發射機具有了一定的準確性和及時性[1]。科學技術的不斷發展，一定程度上促使大功率短波發射機快速發展。而這一發展變化，不僅促使廣播信息傳遞的質量和速度極大提高，而且促使社會、科技不斷進步。未來的大功率短波發射機，在廣播行業領域內的傳輸速度還將進一步提升，從而為廣播行業更好的發展奠定基礎。目前，我國現有的大功率短波發射機的技術水平幾乎已經接近國際水準。總體來說，信號質量、頻率轉換速度有了很大進步。但是，大功率短波發射機在我國起步較晚，因此其調遣匹配、激勵器和電源仍然采用手動控制。目前，國內應用的該類型發射機雖然具備線路簡單、元器件更換方便等優勢，但是由于手動匹配，故頻率的更換耗時較長，且更換過程中極易造成各種失誤[2]。但是，正是因為我國大功率短波發射機的種種不足，才促使其不斷發展技術，從而更好地促使我國大功率短波發射機在廣播行業高質量地傳遞信號，且大大降低了更換頻率的失誤率。因此，做好大功率短波發射機的各項研究工作十分必要。

2 高壓大功率電磁發射機供電技術的國內外研究現狀

目前，我國廣播行業領域內對大功率短波發射機的應用需求越來越大。相較于國外先進的大功率短波發射機技術，國內的技術處于相對落后的水平。在廣播行業內，不管是在信號傳播速度方面，還是頻率更換方面，都存在嚴重的不足。因此，為了促使我國大功率短波發射機技術快速發展，進一步提高廣播行業內的技術水平，詳細研究發射機中的一些技術是重中之重。

2.1 高壓大功率電磁發射機整流技術研究現狀

對于高壓大功率電磁發射機供電技術的研究來說，重點是對發射機的電性源及控制方法進行研究。其中，發射機電性源是一種具有高性能的特殊主流性電源。發射機進行在外工作時，大多數情況下采用的一般是大功率三相式交流供電。因此，對于高壓大功率電磁發射機整流技術來說，是將發射機發出的交流電變換成直流電，故稱之為整流技術。最早出現的整流技術是不控整流技術[3]。這種技術操作簡單，能夠很快適應于大功率發射機的應用。這類型發射機具備的功率較高，重量、體積也較大。但是，對于不控整流技術來說，直流電無法調節輸出。所以，這種類型的大功率發射機最常采用的是勵電磁調節技術方法。這種電磁調節方法會造成發射機轉速不穩，最終出現極大的電壓波動，且其控制系統無法保證必要的穩定性和可靠性。

2.2 問題的提出

對于高頻開關電源技術來說，因其引入了電子技術、自動化控制技術、材料技術等，因此具備了較為完整的體系。不僅已經被廣泛應用于航天技術、通信設備、電力設備等多個電子領域，而且取得了高度的經濟效益。現階段，對于高頻開關技術的研究主要集中在拓撲結構、控制方法上。為了更好地進行高頻開關電源技術上的高壓大功率電磁發射機供電技術，滿足有效電磁發射機的需要，必須進行電源開關拓撲結構、控制方法等全方面的研究。其中，對高壓大功率電磁發射機拓撲結構的研究，主要包括兩方面內容。第一，對發射機主體功率進行研究。為了不影響發射機整體運行性能，必須選擇好的拓撲結構，而目前的拓撲結構主要包括半橋式結構、全橋式結構等。不同的結構體因其具有不同的特征，在不同場合也能找出適應的結構。目前，社會中已經成功的研究成果，都可以直接用來借鑒。第二，為了節約設計成本、使設備具備較好的穩定性，保證發射機能夠滿足實際電磁探測技術，對電路參數進行必要的設計優化不可忽視。而對于控制方法的研究，因其是維護發射機穩定的重要因素，所以等到發射機拓撲結構研究成功后，必須對系統的穩定性、動態性等進行必要研究，以研究出實際過程中能夠有效控制發射機的方法。對于研究開關電源技術來說，從簡單到復雜、從雙閉環到自動性控制等新的控制方法也不斷大量涌現。

3 高壓大功率電磁發射機功率電路設計

對于高壓大功率電磁發射機來說，主體是以主功率電路為主。系統要保證穩定的性能，其功率電路的設計好壞至關重要。

3.1 隔離變換器拓撲

開關變換器自研發成功以來，其具體的拓撲結構原理研究分析是社會關注的焦點。1964年，美國一位著名學者對工頻變壓器提出了大膽的取消想法。隨后一段時間內，開關電源從50 Hz改變到25 kHz。這種方式不僅使得直流電源的重量、大小等一定程度減小，而且有效提高了電源效率。19世紀70年代以來，伴隨著硬開關技術的不斷發展，全世界的開關電源技術得到了很大發展，其后更是出現了更高層的新技術[4]。隨著開關電源技術的不斷發展，它在通訊網絡、家電電器、航天工程等領域得到了廣泛應用。其中，隔離升壓全橋變換器拓撲結構具有升壓較快等特點，大致可以具體劃分為以下三方面內容。第一，對于電壓的輸入輸出等，其調節范圍廣，因此適應于電波波動較大的場合。第二，具有強大的短路保護功能。第三，變換器中具有隔離變壓器，能夠使電路出現電氣隔離，同時使電壓大幅度上升。

3.2 大功率電路設計

結合實際應用中的具體要求，高壓大功率的電磁發射機功率電路設計的指標只需包括輸出電壓、輸出功率、開關頻率等內容。高頻變壓器是變換系統不可缺少的重要部件，包括功率傳輸、電壓變換以及絕緣隔離等主要功能。它不僅是電源效率、輸出的電氣性能的重要保證，而且能積極影響工作可靠性。設計高壓變換器，必須滿足以下四大限制條件。第一，系統輸出的功率承受能力必須以變壓器具備的功率等級作為基礎，簡單說就是在指定的限制條件下，其變壓器必須有足夠的能力傳輸給負載過程中所需要消耗的能量。第二，變壓器要消耗的最大損耗，必須在系統要求的最小功率范圍內。第三，在特定的散熱范圍內，其變壓器最高溫度的控制必須低于各類絕緣體材料正常情況下設定的最高溫度范圍。第四，在規定使用的情況下，變壓器的大小、體積等必須在規定允許的限制范圍內。

4 結 論

目前，高壓大功率電磁發射機供電技術在理論研究和具體實踐中仍然存在一些有待解決的問題。第一，不管國內還是國外的電源開關研究課題，多電平開關的研究更具深層次意義，因此今后的發展研究須以軟開關、多電平開關技術作為研究重點。第二，為了獲取最大程度的功率和更強的電壓，需對多聯動性的大功率發射機技術進行研究。其中，模塊之間如何實現均壓管理、各模塊的備份工作的研究等還有待加強。第三，對發射技術中頻點密集的研究來說，不僅要對小數點后面的幾位達到精確頻點后發射，而且其頻率的合成技術也需要高準度的技術來支持。作為高壓大功率電磁發射機供電關機技術研究來說，只有從各方面不斷進行技術創新與突破，才能為我國高壓大功率電磁發射機供電技術更好的發展奠定基礎。

參考文獻：

[1] 程德福，王 君，李秀平，等.混場源電磁法儀器研制進展[J].地球物理學進展，2004，19（4）：778-781.

[2] PRESSMAN A I，BILLINGS K，MOREY T.開 關 電 源 設 計 [M].3版.王志強，肖文勛，虞 龍，等譯.北京：電子工業出版社，2010：100-142.

[3] 白建民，劉小晰，徐 梅，等.高密度磁記錄用La-Zn替代鍶鐵氧體薄膜[J].物理學報，2000，49（8）：1595-1600.

[4] 劉曉龍，錢 煒，孫福佳.反激式開關電源變壓器的設計研究[J].機械工程與自動化，2015，（2）：200-202.