UC3901在行波管收集極電源中的應(yīng)用

楊 明

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)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(diǎn)，在電子戰(zhàn)設(shè)備中被廣泛使用。行波管收集極電源的主要功能是收集經(jīng)過(guò)能量交換后的電子。收集極電壓太低，會(huì)有部分電子返回到行波管的螺旋線上，引起行波管螺線過(guò)流；電壓太高又會(huì)引起行波管的功耗增加，不利于行波管的散熱。在工程實(shí)踐中，一般在收集極電源中加入穩(wěn)壓措施，以使行波管工作在一個(gè)最佳工作點(diǎn)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(duì)收集極電源進(jìn)行穩(wěn)壓控制，就必須在取樣電路與控制電路之間進(jìn)行隔離，這就涉及到隔離取樣問(wèn)題。本文將介紹采用UC3901控制芯片的收集極電源穩(wěn)壓方案。

1 UC3901的功能、特點(diǎn)

UC3901由美國(guó)TI公司生產(chǎn)，是一種穩(wěn)定可靠的光耦替代品，可解決電路的隔離反饋問(wèn)題。該芯片內(nèi)部主要設(shè)有電壓基準(zhǔn)、振蕩電路、誤差放大器電路、調(diào)幅電路、輸出電路。UC390l的功耗很小，供電電壓范圍可以達(dá)到4.5～40 V，且當(dāng)供電電壓低于4.5 V時(shí)自動(dòng)關(guān)閉輸出。該芯片內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)精度達(dá)到l%，可以直接作為誤差放大器的基準(zhǔn)。UC390l依靠自帶的振蕩電路即可完成調(diào)幅功能，調(diào)幅電路的吸電流能力為700μA，在需要時(shí)芯片自帶的振蕩電路還可以與外部電路的振蕩信號(hào)完成同步。利用UC3901和隔離變壓器一起，可以很方便地實(shí)現(xiàn)隔離反饋功能。

芯片內(nèi)部構(gòu)成框圖如圖1所示。

UC390l引腳功能說(shuō)明如下：

PIN1：振蕩器定時(shí)電容器接入端；

PIN2：外時(shí)鐘輸入端；

PIN4：驅(qū)動(dòng)輸出A；

PIN5：驅(qū)動(dòng)輸出B；

PIN7：信號(hào)地；

PIN8：振蕩器定時(shí)電阻接入端；

PIN9：內(nèi)置基準(zhǔn)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(wěn)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(shí)行波管的耗散功率也較大，收集極電壓過(guò)高或過(guò)低都將對(duì)行波管的工作狀態(tài)造成影響，進(jìn)而影響到行波管的性能及使用壽命。所以希望有一個(gè)穩(wěn)定的收集極電壓，以控制行波管功耗同時(shí)讓行波管工作在一個(gè)較好的工作狀態(tài)。下面介紹利用UC3901配合SG3525實(shí)現(xiàn)隔離反饋穩(wěn)壓。

SG3525是美國(guó)硅通用公司生產(chǎn)的一種單片集成脈寬調(diào)制（PWM）控制芯片，外部元件用量少且簡(jiǎn)單可靠，適用于各種開(kāi)關(guān)電源，內(nèi)置軟啟動(dòng)電路和5.1 V±1.0%的基準(zhǔn)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(guò)流保護(hù)功能，而且死區(qū)時(shí)間可調(diào)，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(nèi)部放大器將誤差信號(hào)放大后調(diào)制高頻振蕩器信號(hào)幅度，在UC3901的輸出端可得到占空比大約50%的高頻調(diào)幅信號(hào)。輸出的調(diào)幅信號(hào)先經(jīng)隔離變壓器隔離到低壓端，再經(jīng)整流濾波后得到一個(gè)電壓信號(hào)，送至脈寬控制器SG3525的V IN進(jìn)行比較以控制其輸出，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

3 振蕩器參數(shù)與隔離變壓器設(shè)計(jì)

振蕩器的振蕩頻率與振蕩器定時(shí)電容的關(guān)系如圖3所示，振蕩器輸出頻率為：

式中：RT為定時(shí)電阻；CT為定時(shí)電容。

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

圖3 振蕩頻率與定時(shí)電容關(guān)系圖

由UC3901的內(nèi)部構(gòu)成框圖和功能特點(diǎn)可知，晶體管射極跟隨電路構(gòu)成了UC3901的輸出驅(qū)動(dòng)，其輸出驅(qū)動(dòng)能力僅為700μA，作為芯片主要負(fù)載的隔離變壓器勵(lì)磁電流（隔離變壓器負(fù)載電流可忽略不計(jì)）不能超過(guò)芯片輸出驅(qū)動(dòng)能力。隔離變壓器的最小勵(lì)磁電感量為：

即勵(lì)磁電感值必須大于式（2）的計(jì)算值。隔離變壓器的匝數(shù)計(jì)算與常規(guī)變壓器計(jì)算方法相同，在此設(shè)計(jì)中，隔離變壓器采用WUL2610的高磁導(dǎo)率磁芯繞制10匝即可。

4 結(jié)束語(yǔ)

上述介紹的隔離取樣方式可實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)壓，同時(shí)高頻化使體積大大縮小，在工程實(shí)踐應(yīng)用中穩(wěn)定性和可靠性很高，取得了良好的效果。但這種穩(wěn)壓方式由于放大器及參考基準(zhǔn)都浮動(dòng)在陰極電壓上，不方便電壓調(diào)節(jié)，不適用于脈沖行波管，適合在電壓參數(shù)穩(wěn)定一致的連續(xù)波行波管上使用。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：由于此種穩(wěn)壓方式環(huán)路響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于收集極電源來(lái)說(shuō)，打開(kāi)電子注時(shí)會(huì)引起收集極電壓瞬間大幅下跌，可通過(guò)控制電路使環(huán)路在電子注打開(kāi)后才進(jìn)入閉環(huán)穩(wěn)壓來(lái)解決。

［1］王斌.基于UC1901的行波管燈絲電源的設(shè)計(jì)［J］.電源技術(shù)應(yīng)用，2008，17（1）：10－13.