UC3901在行波管收集极电源中的应用

2012-04-25 05:52:00杨明

舰船电子对抗 2012年3期

杨明

（船舶重工集团公司723所，扬州 225001）

0 引言

行波管是一种微波放大器件，具有宽带大功率的特点，在电子战设备中被广泛使用。行波管收集极电源的主要功能是收集经过能量交换后的电子。收集极电压太低，会有部分电子返回到行波管的螺旋线上，引起行波管螺线过流；电压太高又会引起行波管的功耗增加，不利于行波管的散热。在工程实践中，一般在收集极电源中加入稳压措施，以使行波管工作在一个最佳工作点上。

一般情况下控制电路以地为参考，而收集极电源以阴极为参考，所以要对收集极电源进行稳压控制，就必须在取样电路与控制电路之间进行隔离，这就涉及到隔离取样问题。本文将介绍采用UC3901控制芯片的收集极电源稳压方案。

1 UC3901的功能、特点

UC3901由美国TI公司生产，是一种稳定可靠的光耦替代品，可解决电路的隔离反馈问题。该芯片内部主要设有电压基准、振荡电路、误差放大器电路、调幅电路、输出电路。UC390l的功耗很小，供电电压范围可以达到4.5～40 V，且当供电电压低于4.5 V时自动关闭输出。该芯片内部的电压基准精度达到l%，可以直接作为误差放大器的基准。UC390l依靠自带的振荡电路即可完成调幅功能，调幅电路的吸电流能力为700μA，在需要时芯片自带的振荡电路还可以与外部电路的振荡信号完成同步。利用UC3901和隔离变压器一起，可以很方便地实现隔离反馈功能。

芯片内部构成框图如图1所示。

UC390l引脚功能说明如下：

PIN1：振荡器定时电容器接入端；

PIN2：外时钟输入端；

PIN4：驱动输出A；

PIN5：驱动输出B；

PIN7：信号地；

PIN8：振荡器定时电阻接入端；

PIN9：内置基准输出端；

PIN10：误差放大器同相输入端；

PIN11：误差放大器反相输入端；

PIN12：误差放大器输出端。

图1 UC3901原理框图

2 收集极电源稳压取样原理

收集极电源在行波管所有电源中功率最大，同时行波管的耗散功率也较大，收集极电压过高或过低都将对行波管的工作状态造成影响，进而影响到行波管的性能及使用寿命。所以希望有一个稳定的收集极电压，以控制行波管功耗同时让行波管工作在一个较好的工作状态。下面介绍利用UC3901配合SG3525实现隔离反馈稳压。

SG3525是美国硅通用公司生产的一种单片集成脉宽调制（PWM）控制芯片，外部元件用量少且简单可靠，适用于各种开关电源，内置软启动电路和5.1 V±1.0%的基准电压源，工作电压范围和振荡器工作频率范围宽，具有振荡器外部同步功能、输入欠电压锁定功能、过流保护功能，而且死区时间可调，是目前比较理想的控制器。

取样原理如图2所示。

图2 隔离取样原理图

图2中，UC3901的内部放大器将误差信号放大后调制高频振荡器信号幅度，在UC3901的输出端可得到占空比大约50%的高频调幅信号。输出的调幅信号先经隔离变压器隔离到低压端，再经整流滤波后得到一个电压信号，送至脉宽控制器SG3525的V IN进行比较以控制其输出，从而达到稳压的目的。

3 振荡器参数与隔离变压器设计

振荡器的振荡频率与振荡器定时电容的关系如图3所示，振荡器输出频率为：

式中：RT为定时电阻；CT为定时电容。

UC3901的振荡器频率理论上可工作至兆赫兹级，更高的频率有利于减少隔离变压器的匝数和尺寸，但较高的频率同时对磁芯等提出了更高的要求，所以在工程实践中一般不推荐使用到兆赫兹级。

图3 振荡频率与定时电容关系图

由UC3901的内部构成框图和功能特点可知，晶体管射极跟随电路构成了UC3901的输出驱动，其输出驱动能力仅为700μA，作为芯片主要负载的隔离变压器励磁电流（隔离变压器负载电流可忽略不计）不能超过芯片输出驱动能力。隔离变压器的最小励磁电感量为：

即励磁电感值必须大于式（2）的计算值。隔离变压器的匝数计算与常规变压器计算方法相同，在此设计中，隔离变压器采用WUL2610的高磁导率磁芯绕制10匝即可。

4 结束语

上述介绍的隔离取样方式可实现高精度稳压，同时高频化使体积大大缩小，在工程实践应用中稳定性和可靠性很高，取得了良好的效果。但这种稳压方式由于放大器及参考基准都浮动在阴极电压上，不方便电压调节，不适用于脉冲行波管，适合在电压参数稳定一致的连续波行波管上使用。同时也发现了一个问题：由于此种稳压方式环路响应时间长，对于收集极电源来说，打开电子注时会引起收集极电压瞬间大幅下跌，可通过控制电路使环路在电子注打开后才进入闭环稳压来解决。