CN107863749B - 一种阴极调制器快速限流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阴极调制器快速限流保护电路，包括电流取样电路、栅极电压嵌位电路，电流取样电路的1端与调制器输入端、栅极电压嵌位电路的2端相连，电流取样电路的2端与阴极高压电源负端、栅极电压嵌位电路的3端相连，栅极电压嵌位电路的1端与调制器内部开关管的栅极相连。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明利用限流保护电路对阴极调制器内部开关管的栅极电压进行控制，从而可以对调制器进行快速有效的限流保护，电路简单，限流响应速度快，可靠性高，可以保证速调管发生打火过流时，阴极调制器限流工作，不易损坏。

Description

一种阴极调制器快速限流保护电路

技术领域

本发明涉及雷达发射机技术领域，具体涉及一种阴极调制速调管的阴极电流过流保护方法。

背景技术

速调管广泛应用于雷达、电子对抗等领域，是一种常用的功率放大器件。一般来说，速调管有多个电极，如灯丝、阴极、收集极和阳极等，当速调管的各个电极加上合适的电源电压后，将输入微波信号进行有效放大。

绝大部分的速调管雷达发射机以脉冲方式工作，因此需要通过脉冲调制器对速调管某个电极的供电电源进行调制输出，常用的有栅极调制、阳极调制、聚焦极调制、控制电极调制、阴极调制等。其中，阴极调制，仅在脉冲持续期间，阴极高压才施加于速调管上，大部分时间(通常超过90％)速调管上没有高电压，速调管打火的概率降低，有利于提高***工作稳定性。但受速调管本身器件的局限，打火无法完全避免，一旦发生打火现象，将会造成阴极调制器电流成倍乃至几十倍的增加，容易导致调制器损坏。因此，需要快速的过流保护电路，把通过调制器的打火电流限制在安全电流内，从而避免调制器损坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种阴极调制器快速限流保护电路，以克服现有阴极调制器在速调管打火时容易损坏的故障，具有电路简单，限流响应速度快，工作稳定可靠等优点。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种阴极调制器快速限流保护电路，包括电流取样电路、栅极电压嵌位电路，电流取样电路的1端与调制器输入端、栅极电压嵌位电路的2端相连，电流取样电路的2端与阴极高压电源负端、栅极电压嵌位电路的3端相连，栅极电压嵌位电路的1端与调制器内部开关管的栅极相连。

作为优化的技术方案，所述电流取样电路包括电阻R1、R2、…、Rn，电阻R1、R2和电阻Rn串联，串联以后的R1端作为电流取样电路的2端，串联以后的Rn端作为电流取样电路的1端。

作为优化的技术方案，所述栅极电压嵌位电路包括MOS管V1和瞬态电压抑制二极管V2，MOS管V1的漏极与阴极调制器内部的开关管栅极相连，MOS管V1的源极与瞬态电压抑制二极管V2的阳极、电流取样电路的2端相连，MOS管V1的栅极、瞬态电压抑制二极管V2的阴极、电流取样电路的1端相连。

采用该阴极调制器快速限流保护电路进行限流保护的过程如下：

定义R1’为电阻R1、R2、…、Rn串联后的总电阻，V3’为调制器等效电路，R2’为调制器等效栅极驱动电阻，Rk为速调管阴极对地等效电阻，Ek为阴极高压电源，V1’为栅极电压嵌位电路，V2’为瞬态电压抑制二极管；

如果阴极高压电源Ek电压为U_K，调制器驱动信号电压为U_DRV，导通阻抗为R_V3’on，则调制器输出电流

由于V1’栅极电压即为电阻R1’上的压降，则

V_1'GS＝I_O×R₁'………………………(2)

当速调管阴极发生过流时，调制器输出电流I_O将快速增大，从而造成V1’栅极电压升高，当达到开启电压时，V1’漏源导通，导通阻抗为R_V1’on，此时调制器V3’的栅极电压

由于V1’导通阻抗R_V1’on小于100mΩ，而R2’大于10Ω，因此V3’栅极电压不足1V，无法达到开启电压，调制器V3’关断，从而截止调制器输出电流，调制器输出电流降为0V后，R1’上电压也为0V，从而V1’关断，V3’栅极电压恢复到正常驱动电压，如果此时过流故障消除，则调制器正常工作；如果此时速调管仍有过流故障，则继续重复上述的过流保护动作。

通过器材产品手册得V1’的栅极临界开启电压为U_V1’GS，假设调制器输出过流保护点为I_OMAX，得取样电阻R1’的阻值：

V2’为瞬态电压抑制二极管,当调制器过流，R1’上电压迅速升高时，V2’能在纳秒级的时间内将两极间的高阻抗变为低阻抗，并且使两极间的电压嵌位于V1’允许的最大栅极电压内。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明利用限流保护电路对阴极调制器内部开关管的栅极电压进行控制，从而可以对调制器进行快速有效的限流保护，电路简单，限流响应速度快，可靠性高，可以保证速调管发生打火过流时，阴极调制器限流工作，不易损坏。

附图说明

图1为本发明阴极调制器快速限流保护电路的电路框图；

图2为本发明中电流取样电路的电路原理图；

图3为本发明中栅极电压嵌位电路的电路原理图；

图4为本发明的***原理分析图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种阴极调制器快速限流保护电路，包括电流取样电路、栅极电压嵌位电路。电流取样电路的1端与调制器输入端、栅极电压嵌位电路的2端相连，电流取样电路的2端与阴极高压电源负端、栅极电压嵌位电路的3端相连，栅极电压嵌位电路的1端与调制器内部开关管的栅极相连。

如图2所示，所述电流取样电路包括电阻R1、R2、…、Rn，电阻R1、R2和电阻Rn串联，为保证将流过的电流转化成比较准确、适合的电压信号，同时能够承受过流时的瞬时峰值功率，R1、R2、…、Rn各个电阻可采用多个电阻并联的方式组合，获得所需要的电阻阻值。整个电流取样电路的作用是实现电流取样，将通过速调管阴极的调制器电流转化成电压，并保证达到过流保护预设值时的取样电压达到栅极电压嵌位电路的动作阀值。

如图3所示，所述栅极电压嵌位电路包括MOS管V1和瞬态电压抑制二极管V2。MOS管V1的漏极与阴极调制器内部的开关管栅极相连，MOS管V1的源极与瞬态电压抑制二极管V2的阳极、电流取样电路的2端相连，MOS管V1的栅极、瞬态电压抑制二极管V2的阴极、电流取样电路的1端相连。瞬态电压抑制二极管V2的作用是对过流造成电压尖峰进行抑制，以保证MOS管V1栅极不会过压损坏。

下面结合图2～图4对本发明作进一步说明，图4***原理分析图中的电阻R1’为图2中电阻R1、R2、…、Rn串联后的总电阻，图4中，虚线框内为速调管阴极调制等效电路，其中V3’为调制器等效电路，R2’为调制器等效栅极驱动电阻，Rk为速调管阴极对地等效电阻，Ek为阴极高压电源。V1’为栅极电压嵌位电路，V2’为瞬态电压抑制二极管。

图4中，如果阴极高压电源Ek电压为U_K，调制器驱动信号电压为U_DRV，导通阻抗为R_V3’on，则调制器输出电流

由于V1’栅极电压即为电阻R1’上的压降，则

V_1'GS＝I_O×R₁'………………………(2)

当速调管阴极发生过流时，调制器输出电流I_O将快速增大，从而造成V1’栅极电压升高，当达到开启电压时，V1’漏源导通，导通阻抗为R_V1’on，此时调制器V3’的栅极电压

由于V1’导通阻抗R_V1’on小于100mΩ，而R2’大于10Ω，因此V3’栅极电压不足1V，无法达到开启电压，调制器V3’关断，从而截止调制器输出电流。调制器输出电流降为0V后，R1’上电压也为0V，从而V1’关断，V3’栅极电压恢复到正常驱动电压，如果此时过流故障消除，则调制器正常工作；如果此时速调管仍有过流故障，则继续重复上述的过流保护动作。因此该保护功能为“打嗝式”限流保护。

通过器材产品手册可得V1’的栅极临界开启电压为U_V1’GS，假设调制器输出过流保护点为I_OMAX，可得取样电阻R1’的阻值：

图4中，V2’为瞬态电压抑制二极管。当调制器过流，R1’上电压迅速升高时，V2’能在纳秒级的时间内将两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的功率，并且使两极间的电压嵌位于V1’允许的最大栅极电压内，从而保护V1’不会在调制器过流时损坏。

综上所述，本发明利用通过电流取样电路对阴极调制器输出电流取样检测，并在过流时，通过栅极电压嵌位电路迅速降低阴极调制器开关管栅极电压，使其关断，起到限流保护作用。电路简单，使用器件少，可靠性高，实现了保护电路小型化，大大提高了整个速调管发射机的可靠性和功率密度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种阴极调制器快速限流保护电路，其特征在于：包括电流取样电路、栅极电压嵌位电路，电流取样电路的1端与调制器输入端、栅极电压嵌位电路的2端相连，电流取样电路的2端与阴极高压电源负端、栅极电压嵌位电路的3端相连，栅极电压嵌位电路的1端与调制器内部开关管的栅极相连；

所述电流取样电路包括电阻R1、R2、…、Rn，电阻R1、R2和电阻Rn串联，串联以后的R1端作为电流取样电路的2端，串联以后的Rn端作为电流取样电路的1端；

所述栅极电压嵌位电路包括MOS管V1和瞬态电压抑制二极管V2，MOS管V1的漏极与阴极调制器内部的开关管栅极相连，MOS管V1的源极与瞬态电压抑制二极管V2的阳极、电流取样电路的2端相连，MOS管V1的栅极、瞬态电压抑制二极管V2的阴极、电流取样电路的1端相连。

2.根据权利要求1所述的一种阴极调制器快速限流保护电路，其特征在于：限流保护的过程如下：

定义R1’为电阻R1、R2、…、Rn串联后的总电阻，V3’为调制器等效电路，R2’为调制器等效栅极驱动电阻，Rk为速调管阴极对地等效电阻，Ek为阴极高压电源，V1’为栅极电压嵌位电路，V2’为瞬态电压抑制二极管；

如果阴极高压电源Ek电压为U_K，调制器驱动信号电压为U_DRV，导通阻抗为R_V3’on，则调制器输出电流

由于V1’栅极电压即为电阻R1’上的压降，则

V_1'GS＝I_O×R₁'………………………(2)

当速调管阴极发生过流时，调制器输出电流I_O将快速增大，从而造成V1’栅极电压升高，当达到开启电压时，V1’漏源导通，导通阻抗为R_V1’on，此时调制器V3’的栅极电压

由于V1’导通阻抗R_V1’on小于100mΩ，而R2’大于10Ω，因此V3’栅极电压不足1V，无法达到开启电压，调制器V3’关断，从而截止调制器输出电流，调制器输出电流降为0V后，R1’上电压也为0V，从而V1’关断，V3’栅极电压恢复到正常驱动电压，如果此时过流故障消除，则调制器正常工作；如果此时速调管仍有过流故障，则继续重复上述的过流保护动作。

3.根据权利要求2所述的一种阴极调制器快速限流保护电路，其特征在于：通过器材产品手册得V1’的栅极临界开启电压为U_V1’GS，假设调制器输出过流保护点为I_OMAX，得取样电阻R1’的阻值：

V2’为瞬态电压抑制二极管,当调制器过流，R1’上电压迅速升高时，V2’能在纳秒级的时间内将两极间的高阻抗变为低阻抗，并且使两极间的电压嵌位于V1’允许的最大栅极电压内。