高功放高壓聯(lián)鎖電路改進(jìn)與測(cè)試

摘要：高壓聯(lián)鎖性能的好壞直接影響設(shè)備能否正常工作。通過分析CPI高功放(HPA)的延時(shí)加高壓程序、高壓聯(lián)鎖電路和交流延時(shí)器工作原理，研究出一種新改進(jìn)的高壓聯(lián)鎖電路方案和用于交流延時(shí)器的測(cè)試方法。分析闡述表明，該方案和測(cè)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(jié)果設(shè)計(jì)了延時(shí)測(cè)試電路，它可對(duì)交流延時(shí)器性能參數(shù)進(jìn)行定量測(cè)試。
關(guān)鍵詞：CPI；高功放；高壓聯(lián)鎖；交流延時(shí)器

    微波統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)的高功放(HPA)高壓電源及控制保護(hù)電路是設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行的重要保證，關(guān)于這方面國內(nèi)已經(jīng)開展了一定的研究。高功放交流延時(shí)器用于二次加高壓，其性能好壞直接影響設(shè)備能否正常工作。某船載高功放設(shè)備曾出現(xiàn)過兩次延時(shí)器損壞事件，嚴(yán)重影響了試驗(yàn)任務(wù)的順利執(zhí)行。本文通過分析高壓聯(lián)鎖電路和該延時(shí)器的工作機(jī)理，提出了一種高壓聯(lián)鎖電路的改進(jìn)方案，專門用于解決延時(shí)器頻繁損壞的問題；提出延時(shí)器測(cè)試方案，并設(shè)計(jì)出專門用于延時(shí)器性能測(cè)試的測(cè)試電路，該電路已經(jīng)在實(shí)際工作中得到了應(yīng)用和驗(yàn)證。

1 高功放延時(shí)加高壓程序分析
    為了降低瞬時(shí)加高壓引起的浪涌電流，一般的高壓設(shè)備都采用了防浪涌電流電路。某船載高功放設(shè)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(jī)對(duì)各種限制條件進(jìn)行判決，送出高壓允許(HV ENABLE，直流+15 V)控制信號(hào)；信號(hào)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(jìn)入STEP START IN(～115 V)信號(hào)，此信號(hào)進(jìn)入延時(shí)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(jīng)過K3適當(dāng)延時(shí)(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(jìn)結(jié)束(STEP START COMPLETE)信號(hào)到高功放微機(jī)，通知延時(shí)結(jié)束，再由調(diào)壓單元調(diào)整補(bǔ)償高壓至所設(shè)高壓(調(diào)壓單元還有阻止輸出直流電壓的上下浮動(dòng)的功能)。

2 CPI高功放高壓聯(lián)鎖電路分析及改進(jìn)
2．1 CPI交流延時(shí)器
2．1．1 交流延時(shí)器工作原理
    交流電剛到延時(shí)器時(shí)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(shí)控制單元上。當(dāng)由R延時(shí)和C延時(shí)組成延時(shí)電路延時(shí)到時(shí)，控制程控定時(shí)器送出控制信號(hào)給雙向可控硅(晶閘管)，使其導(dǎo)通，將整流電路正負(fù)輸出端短路。此時(shí)從延時(shí)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(shí)控制單元停止工作。根據(jù)雙向可控硅導(dǎo)通特性，在其導(dǎo)通后只要通態(tài)電流大于維持電流，即使觸發(fā)信號(hào)消失，它仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。延時(shí)器將一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。
    圖3為該交流延時(shí)器通斷時(shí)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(dāng)雙向可控硅處于斷開狀態(tài)時(shí)，a、b兩點(diǎn)間向右看觀察的阻抗也很大，延時(shí)器處于斷開狀態(tài)。延時(shí)器斷開時(shí)間內(nèi)，假設(shè)在某一時(shí)刻，a點(diǎn)電壓高于b點(diǎn)電壓，那么電流從a點(diǎn)流經(jīng)B1、Z等效以及B3到b點(diǎn)。由于Z等效很小，可以認(rèn)為a點(diǎn)和b點(diǎn)之間是處于斷開狀態(tài)，電流很小，即延時(shí)器處于斷路狀態(tài)，整流器對(duì)交流進(jìn)行整流。適當(dāng)延時(shí)后，雙向可控硅被控導(dǎo)通，雙向可控硅將Z等效旁路，若a點(diǎn)電壓然高于b點(diǎn)電壓，則電流從a點(diǎn)流經(jīng)B1、雙向可控硅以及B3到b點(diǎn)。由于雙向可控硅導(dǎo)通時(shí)阻抗很小，則認(rèn)為a點(diǎn)和b點(diǎn)之間是處于導(dǎo)通狀態(tài)，即延時(shí)器處于導(dǎo)通狀態(tài)，整流器沒有整流作用。
2．1．2 交流延時(shí)器性能參數(shù)
    型號(hào)為49MD06FA的交流延時(shí)器其性能參數(shù)如下：
    (1)加在兩端電壓：～120 V。
    (2)延時(shí)時(shí)間：0．1～0．7 s可調(diào)。
2．2 CPI高壓聯(lián)鎖電路設(shè)計(jì)方案局限性
    CPI對(duì)船載系統(tǒng)高功放原理圖進(jìn)行了改進(jìn)。具體改進(jìn)部分如圖2中的加粗虛線部分所示。在K1前加了一個(gè)常開點(diǎn)B，在K3兩端加了一個(gè)常閉點(diǎn)A，它們均由K2控制。STEP START IN到來后，K2的常閉點(diǎn)使K1吸合，K3延時(shí)結(jié)束使K2吸合，K2控制常開點(diǎn)B接通而將K3旁路，常閉點(diǎn)A斷開而將K1斷路。這樣，在加高壓結(jié)束后，K1和K3都停止工作，延長了它們的使用壽命。
    但這種設(shè)計(jì)存在一定的局限性，主要是由于用同一個(gè)器件K2來控制A點(diǎn)和B點(diǎn)。第一，K2提供不了這么多觸點(diǎn)，它只有一個(gè)常開點(diǎn)和一個(gè)常閉點(diǎn)；第二，即使K2能提供這兩個(gè)控制點(diǎn)，用同一個(gè)接觸器K2控制要考慮通斷的時(shí)序問題。這里的常開點(diǎn)和常閉點(diǎn)是機(jī)械關(guān)聯(lián)的，即先斷開常閉點(diǎn)A后才能閉合常開點(diǎn)B，就存在一個(gè)時(shí)間差△t，而機(jī)械關(guān)聯(lián)不可能使△t足夠小，以至于K2還沒來得及斷開，常開點(diǎn)B又使K2吸合而保持高壓接通。這在邏輯上也是一個(gè)錯(cuò)誤。
2．3 高壓聯(lián)鎖電路改進(jìn)方案
    因此，新改高功放沒有按圖紙改進(jìn)，仍然采用原來的高壓聯(lián)鎖電路。要使CPI設(shè)計(jì)方案得以實(shí)施，必須對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)，先讓B閉合，然后才能將A斷開。
    為此，提出兩種改進(jìn)方案。
    第一種，把常開點(diǎn)B和常閉點(diǎn)A用機(jī)械開關(guān)代替。該方案簡單，但是自動(dòng)化程度低，并且加高壓和去高壓都必須按嚴(yán)格的步驟操作，否則可能損壞設(shè)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(hù)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(zhǔn)備，防止不小心損壞設(shè)備。
    第二種，采用兩個(gè)小功率的耐壓超過～120V的直流繼電器。當(dāng)加高壓完成時(shí)，由K2控制J1，J1將B閉合而旁路K3，形成STEP START COMPL ETE信號(hào)送給高功放微機(jī)；同時(shí)控制J2，J2通電吸合后使A斷開，K1停止工作。該電路結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低廉，時(shí)序邏輯合理，充分利用就近的線路和信號(hào)，可以更大限度地縮短K1和K2的工作時(shí)間，完全實(shí)現(xiàn)了CPI最初的改進(jìn)設(shè)想。該改進(jìn)方案最大的優(yōu)點(diǎn)是用廉價(jià)且易于采購的器件來保護(hù)價(jià)格昂貴、難于采購的器件，可以大大降低經(jīng)濟(jì)開支，縮短設(shè)備維護(hù)過程。
    兩種方案相比，第二種有明顯的優(yōu)勢(shì)。它不但操作過程簡單，而且自動(dòng)化程度很高，避免了第一種方案中操作不慎可能損壞設(shè)備的弊端，是優(yōu)先考慮的選擇方案。

3 延時(shí)器測(cè)試電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用
    高功放延時(shí)器的驗(yàn)證基本方法是將其安裝到高功放上，加高壓進(jìn)行試驗(yàn)，觀察高壓是否能加上，檢查其延時(shí)功能。該驗(yàn)證方法不但不可靠，而且可能會(huì)對(duì)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(jī)理難以分析。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)了一種測(cè)試電路。該電路經(jīng)濟(jì)可行，可以定性和定量地檢查測(cè)量延時(shí)器的性能和指標(biāo)。
3．1 電路構(gòu)成及測(cè)試原理
    圖4為自制交流延時(shí)器測(cè)試電路。該電路的供電由一可調(diào)變壓器提供～120 V，用開關(guān)K代替K1控制給K3的供電，用三個(gè)電阻和燈泡作負(fù)載代替K2，插座上可插上被測(cè)延時(shí)器K3，用一個(gè)電容引出測(cè)試點(diǎn)，用記憶示波器測(cè)量延時(shí)時(shí)間。燈泡還可作通斷指示，輔助判斷延時(shí)器是否具有延時(shí)導(dǎo)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(diǎn)對(duì)地電壓在示波器的測(cè)量范圍以內(nèi)。
3．2 測(cè)試電路應(yīng)用
    將開關(guān)K斷開，變壓器加電，調(diào)整變壓器使e、f點(diǎn)間的電壓為～115 V(可用萬用表測(cè)量確定)。安裝交流延時(shí)器，合上開關(guān)K，燈泡H不亮可認(rèn)為延時(shí)器已壞，不能導(dǎo)通；燈泡H變亮說明延時(shí)器處于導(dǎo)通狀態(tài)，是否正?？蓮臏y(cè)試波形判斷。將記憶示波器探頭接到c點(diǎn)，接地夾子接到d點(diǎn)。通過操作開關(guān)K的通斷，用記憶示波器記錄交流延時(shí)器的延時(shí)工作細(xì)節(jié)。根據(jù)不同的波形記錄判斷延時(shí)器好壞及其延時(shí)量△t是否符合指標(biāo)。圖5所示為延時(shí)器可以導(dǎo)通情況下的波形，△t為延時(shí)時(shí)間。