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(shù)指標(biāo)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(duì)穩(wěn)定度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)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(shè)計(jì)及生產(chǎn)此類電源時(shí)有比普通電源有更特殊甚至更嚴(yán)格的要求。特種電源一般是為特殊負(fù)載或場(chǎng)合要求而設(shè)計(jì)的，它的應(yīng)用十分廣泛。主要有：電鍍電解、陽(yáng)極氧化、感應(yīng)加熱、醫(yī)療設(shè)備、電力操作、電力試驗(yàn)、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(guó)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(dá)導(dǎo)航、高能物理、等離子體物理及核技術(shù)研究等。

　　特種電源的幾種類型

　　1）雷達(dá)發(fā)射機(jī)用的高壓電源

　　在現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)射機(jī)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(shù)指標(biāo)如何，對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)乃至整個(gè)雷達(dá)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(kāi)關(guān)電源技術(shù)作為一種高頻、高效電力電子技術(shù)，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(kāi)關(guān)電源技術(shù)得到了發(fā)展。本文所介紹的雷達(dá)行波管用高壓開(kāi)關(guān)電源，可采用全橋諧振PWM調(diào)制方式，大功率開(kāi)關(guān)器件采用先進(jìn)的IGBT模塊及先進(jìn)可靠的驅(qū)動(dòng)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(hù)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(dòng)電路，（8）保護(hù)電路等。

　　工作原理：將50Hz三相380V通過(guò)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(dá)20kV，為了減輕變壓器的設(shè)計(jì)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(gè)次級(jí)分別全橋整流，然后疊加輸出。全橋變換器由四個(gè)IGBT、一個(gè)高頻變壓器及整流電路組成。控制電路提供兩對(duì)彼此絕緣、相位相差180°的脈沖輸入到IGBT驅(qū)動(dòng)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(jī)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(fù)性好及熱變形量小的優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能、國(guó)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(chǎng)的加速下通過(guò)電磁場(chǎng)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(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱量，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的焊接。

　　高壓電源是設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)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(jī)用高壓電源與其它類型的高壓電源相比，具有不同的技術(shù)特性，技術(shù)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(shí)重復(fù)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(jī)用高壓電源的操作是必須與有關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行連鎖保護(hù)，主要有真空連鎖、陰極連鎖、閘閥連鎖、聚焦連鎖等，以確保設(shè)備和人身安全。高壓電源必須符合EMC標(biāo)準(zhǔn)，具有軟起動(dòng)功能，防止突然合閘對(duì)電源的沖擊。

　　這種電源由于功率大（達(dá)30kW），輸出電壓高（150kV），工作頻率較高（20kHz），而對(duì)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(jìn)的三相全控可控整流技術(shù)、大功率高頻逆變器，用新型功率器件IGBT作為功率開(kāi)關(guān)。三相全控可控整流和逆變器各自采用獨(dú)立的控制板，IGBT驅(qū)動(dòng)采用進(jìn)口厚膜驅(qū)動(dòng)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(shù)先進(jìn)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(dú)特的高頻高壓繞制工藝，雙高壓變壓器疊加工作。先進(jìn)的整流和合理的倍壓電路以及高壓均壓技術(shù)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(hào)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(zhǔn)確可信的高壓測(cè)量精度。采用合理的高壓濾波技術(shù)，保證電源有良好的紋波。高壓部分放在一個(gè)油箱內(nèi)。

　　3）高壓脈沖電源

　　在雷達(dá)導(dǎo)航設(shè)備中，其發(fā)射部分一般都需要一高電壓、窄脈沖、不同重復(fù)頻率的強(qiáng)功率脈沖源。這種強(qiáng)功率脈沖源一般通過(guò)一個(gè)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(gè)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，調(diào)制器采用半導(dǎo)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(hào)，應(yīng)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(yù)放大TTL脈沖信號(hào)，二是為了與隔離變壓器匹配。為了達(dá)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(shè)計(jì)相應(yīng)的變換、濾波電路即可。

　　觸發(fā)脈沖經(jīng)過(guò)脈沖變壓器隔離后經(jīng)過(guò)預(yù)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(yù)調(diào)器產(chǎn)生的激勵(lì)脈沖經(jīng)過(guò)變壓器隔離去驅(qū)動(dòng)調(diào)制板的每一只場(chǎng)效應(yīng)管，此時(shí)調(diào)制板導(dǎo)通高壓電源送到微波三極管的陽(yáng)極，微波三極管的陰極電子開(kāi)始發(fā)射，微波三極管將送入輸入端的小功率高頻信號(hào)放大成大功率的高頻信號(hào)。當(dāng)脈沖結(jié)束時(shí)，由預(yù)調(diào)器產(chǎn)生的截尾脈沖去觸發(fā)截尾板，截尾板導(dǎo)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。