摘要：高壓聯(lián)鎖性能的好壞直接影響設備能否正常工作。通過分析CPI高功放(HPA)的延時加高壓程序、高壓聯(lián)鎖電路和交流延時器工作原理，研究出一種新改進的高壓聯(lián)鎖電路方案和用于交流延時器的測試方法。分析闡述表明，該方案和測試方法克服了CPI高功放的高壓聯(lián)鎖方案的弊端。另外，根據(jù)分析結果設計了延時測試電路，它可對交流延時器性能參數(shù)進行定量測試。
關鍵詞：CPI；高功放；高壓聯(lián)鎖；交流延時器
微波統(tǒng)一測控系統(tǒng)的高功放(HPA)高壓電源及控制保護電路是設備穩(wěn)定可靠運行的重要保證，關于這方面國內已經開展了一定的研究。高功放交流延時器用于二次加高壓，其性能好壞直接影響設備能否正常工作。某船載高功放設備曾出現(xiàn)過兩次延時器損壞事件，嚴重影響了試驗任務的順利執(zhí)行。本文通過分析高壓聯(lián)鎖電路和該延時器的工作機理，提出了一種高壓聯(lián)鎖電路的改進方案，專門用于解決延時器頻繁損壞的問題；提出延時器測試方案，并設計出專門用于延時器性能測試的測試電路，該電路已經在實際工作中得到了應用和驗證。
1 高功放延時加高壓程序分析
為了降低瞬時加高壓引起的浪涌電流，一般的高壓設備都采用了防浪涌電流電路。某船載高功放設備采用二次加電的方法來降低浪涌電流。圖1和圖2為HPA加高壓原理和防浪涌電路原理。
高功放微機對各種限制條件進行判決，送出高壓允許(HV ENABLE，直流+15 V)控制信號；信號控制送給高壓繼電器的射束通(BEAM ON CMD，～115 V)，使高壓繼電器吸合，送出步進入STEP START IN(～115 V)信號，此信號進入延時加高壓電路，使K1吸合，～380 V通過分壓電阻部分加到高壓變壓器上。經過K3適當延時(0．1～0．7 s)后，使K2吸合，降分壓電阻旁路，使～380 V全部加到高壓變壓器上，并送出步進結束(STEP START COMPLETE)信號到高功放微機，通知延時結束，再由調壓單元調整補償高壓至所設高壓(調壓單元還有阻止輸出直流電壓的上下浮動的功能)。
2 CPI高功放高壓聯(lián)鎖電路分析及改進
2．1 CPI交流延時器
2．1．1 交流延時器工作原理
交流電剛到延時器時雙向可控硅處于斷開狀態(tài)，整流電路工作，整流出的直流電壓加到延時控制單元上。當由R延時和C延時組成延時電路延時到時，控制程控定時器送出控制信號給雙向可控硅(晶閘管)，使其導通，將整流電路正負輸出端短路。此時從延時器輸入端觀察，整流電路輸入阻抗很小，近似短路，交流電直接通過整流電路。此后整流電路沒有直流電壓輸出，延時控制單元停止工作。根據(jù)雙向可控硅導通特性，在其導通后只要通態(tài)電流大于維持電流，即使觸發(fā)信號消失，它仍處于導通狀態(tài)。延時器將一直處于導通狀態(tài)。
圖3為該交流延時器通斷時的電流分析。TR1為雙向可控硅，Z等效是從雙向可控硅右面向右觀察的等效阻抗，其模值很大。
當雙向可控硅處于斷開狀態(tài)時，a、b兩點間向右看觀察的阻抗也很大，延時器處于斷開狀態(tài)。延時器斷開時間內，假設在某一時刻，a點電壓高于b點電壓，那么電流從a點流經B1、Z等效以及B3到b點。由于Z等效很小，可以認為a點和b點之間是處于斷開狀態(tài)，電流很小，即延時器處于斷路狀態(tài)，整流器對交流進行整流。適當延時后，雙向可控硅被控導通，雙向可控硅將Z等效旁路，若a點電壓然高于b點電壓，則電流從a點流經B1、雙向可控硅以及B3到b點。由于雙向可控硅導通時阻抗很小，則認為a點和b點之間是處于導通狀態(tài)，即延時器處于導通狀態(tài)，整流器沒有整流作用。
2．1．2 交流延時器性能參數(shù)
型號為49MD06FA的交流延時器其性能參數(shù)如下：
(1)加在兩端電壓：～120 V。
(2)延時時間：0．1～0．7 s可調。
2．2 CPI高壓聯(lián)鎖電路設計方案局限性
CPI對船載系統(tǒng)高功放原理圖進行了改進。具體改進部分如圖2中的加粗虛線部分所示。在K1前加了一個常開點B，在K3兩端加了一個常閉點A，它們均由K2控制。STEP START IN到來后，K2的常閉點使K1吸合，K3延時結束使K2吸合，K2控制常開點B接通而將K3旁路，常閉點A斷開而將K1斷路。這樣，在加高壓結束后，K1和K3都停止工作，延長了它們的使用壽命。
但這種設計存在一定的局限性，主要是由于用同一個器件K2來控制A點和B點。第一，K2提供不了這么多觸點，它只有一個常開點和一個常閉點；第二，即使K2能提供這兩個控制點，用同一個接觸器K2控制要考慮通斷的時序問題。這里的常開點和常閉點是機械關聯(lián)的，即先斷開常閉點A后才能閉合常開點B，就存在一個時間差△t，而機械關聯(lián)不可能使△t足夠小，以至于K2還沒來得及斷開，常開點B又使K2吸合而保持高壓接通。這在邏輯上也是一個錯誤。
2．3 高壓聯(lián)鎖電路改進方案
因此，新改高功放沒有按圖紙改進，仍然采用原來的高壓聯(lián)鎖電路。要使CPI設計方案得以實施，必須對電路進行改進，先讓B閉合，然后才能將A斷開。
為此，提出兩種改進方案。
第一種，把常開點B和常閉點A用機械開關代替。該方案簡單，但是自動化程度低，并且加高壓和去高壓都必須按嚴格的步驟操作，否則可能損壞設備。即加高壓前要先把A接通、B斷開，加高壓完成后要將A斷開、B閉合以保護K1和K3。去高壓后要將A接通、B斷開，為下一次加高壓做好準備，防止不小心損壞設備。
第二種，采用兩個小功率的耐壓超過～120V的直流繼電器。當加高壓完成時，由K2控制J1，J1將B閉合而旁路K3，形成STEP START COMPL ETE信號送給高功放微機；同時控制J2，J2通電吸合后使A斷開，K1停止工作。該電路結構簡單，制作成本低廉，時序邏輯合理，充分利用就近的線路和信號，可以更大限度地縮短K1和K2的工作時間，完全實現(xiàn)了CPI最初的改進設想。該改進方案最大的優(yōu)點是用廉價且易于采購的器件來保護價格昂貴、難于采購的器件，可以大大降低經濟開支，縮短設備維護過程。
兩種方案相比，第二種有明顯的優(yōu)勢。它不但操作過程簡單，而且自動化程度很高，避免了第一種方案中操作不慎可能損壞設備的弊端，是優(yōu)先考慮的選擇方案。
3 延時器測試電路設計及應用
高功放延時器的驗證基本方法是將其安裝到高功放上，加高壓進行試驗，觀察高壓是否能加上，檢查其延時功能。該驗證方法不但不可靠，而且可能會對高功放其他部件造成損害，引發(fā)其他并發(fā)故障。一旦出現(xiàn)其他并發(fā)故障，故障部位難以定位，故障機理難以分析。針對這種情況，設計了一種測試電路。該電路經濟可行，可以定性和定量地檢查測量延時器的性能和指標。
3．1 電路構成及測試原理
圖4為自制交流延時器測試電路。該電路的供電由一可調變壓器提供～120 V，用開關K代替K1控制給K3的供電，用三個電阻和燈泡作負載代替K2，插座上可插上被測延時器K3，用一個電容引出測試點，用記憶示波器測量延時時間。燈泡還可作通斷指示，輔助判斷延時器是否具有延時導通的作用。
電路參數(shù)：電阻：R1=R2=R3=R4=300 Ω；燈泡：8 W；電容：C大小合適，有一定的耐壓性，保證c點對地電壓在示波器的測量范圍以內。
3．2 測試電路應用
將開關K斷開，變壓器加電，調整變壓器使e、f點間的電壓為～115 V(可用萬用表測量確定)。安裝交流延時器，合上開關K，燈泡H不亮可認為延時器已壞，不能導通；燈泡H變亮說明延時器處于導通狀態(tài)，是否正?？蓮臏y試波形判斷。將記憶示波器探頭接到c點，接地夾子接到d點。通過操作開關K的通斷，用記憶示波器記錄交流延時器的延時工作細節(jié)。根據(jù)不同的波形記錄判斷延時器好壞及其延時量△t是否符合指標。圖5所示為延時器可以導通情況下的波形，△t為延時時間。
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