机场多普勒天气雷达发射机回扫电源基本工作原理及常见故障分析

赵刚

【摘要】 随着中国航空事业的飞速发展，对航空飞行安全的保障能力也提出了越来越高的要求，而多普勒天气雷达主要用于探测云况、不同类型的降水、清空湍流、风切变以及冰雹、下击暴流、龙卷风等灾害性天气，使之成为了保障航空飞行安全必不可少的手段之一，因此空管系统对天气雷达的正常运行也提出了越来越高的要求。本文主要简述多普勒天气雷达发射机回扫电源的基本原理及常见故障分析。将以成都锦江电子系统工程有限公司的714CDP型C波段双偏振全相参多普勒天气雷达为例，简述发射机中回扫充电电路的基本工作原理及常见的故障分析。

【关键词】 多普勒天气雷达 回扫充电电源 工作原理 故障分析

发射系统是多普勒天气雷达中一个重要的组成部分，主要包括了回扫电源、线性调制器系统、微波链路、监控分机及其它电路，回扫电源又是其中的重中之重。本文将以成都锦江电子系统工程有限公司的714CDP型C波段双偏振全相参多普勒天气雷达为例，简述发射机中回扫电源的基本工作原理及常见的故障分析。

一、发射系统的基本组成及概述

本发射机采用全相参体制，固态射频功率放大器推动高增益速调管构成放大式发射机。采用回扫充电电源作高压电源，可控硅作调制开关，组成回扫充电调制器，经高变比脉冲变压器形成高压调制脉冲加于脉冲速调管阴极，由功放放大后的微波信号推动速调管工作，放大后的脉冲信号经馈线、天线辐射到空间。高功率电源直接用50Hz、380V电源整流，滤波与回扫充电一起，稳定性高，可实现变脉宽，变T工作，高压电源纹波小。

二、回扫电源

回扫充电是一种先进的充电技术，回扫充电电路是开关电源用于脉冲调制器的一种特殊型式.与传统的充电技术相比，它省去了笨重的高压变压器；具有很高的充电精度，可以方便地调节充电电压的幅度，使调制器具有很强的适应正/负失配的能力及快速的故障保护功能。

回扫电源由高功率电源分机、充电控制分机、回扫变压器和RC吸收网络组成。

三、回扫充电电路基本工作原理

从定时器发出赋能指令开始到比较器发出赋能结束指令止，储存在充电变压器中的能量不断增加，这段时间称赋能时间， 赋能结束后充电开关管V1、V2关断，加到开关管充电变压器初级电流i1突降为零。由于铁芯内磁场不允许突变，变压器次级电流i2由零跃升为i2max，i2max= i1max/n，n是充电变压器次级对初级的升压比。在t2时段内，充电变压器次级电感与调制器中的人工线PFN的电容C构成串联谐振回路，在t2终点，i2下降为零，而人工线上的充电电压升至Ucmax，完成了一个充电周期。事实上，由于存在漏感，在t2时段开始时，电流i1的下降有个过程，在这段时间里，漏感中的储能通过回授二极管D1、D2（为软性开关，简称SCR，如闸流管）返回510V直流电源，调制器中的充电二极管D3阻止人工线通过变压器次级绕组放电。在t1时间，电流i1将能量以磁能形式储入充电变压器，因此称为赋能电流；而流过回授二极管，将能量返回直流电源的直流称为回授电流或反馈电流。

为确保人工线充电电压的精度，必须精确控制储入变压器中的磁能的数值，即必须控制i1max的大小，也就是必须精确控制充电开关管开启与关闭的时间间隔，而充电开关管的通断则由赋能控制脉冲控制，赋能脉冲来自充电控制板。通过赋能电流与赋能脉冲宽度间的闭环，可最终确保人工线充电电压的精确度。

四、回扫充电电路保护及检测设置

（1）该电路在输入380V，50Hz电压时，设置了缓启动方式，用以防止短路冲击及启动时的反馈过流。（2）在C1之后，IGBT之前设置了一个霍尔元件，可用于反馈电流检测。（3）在两个IGBT处设置了RC吸收网络，防止开关两头的电流突变及充电变压器处出现过大的反馈电流，导致IGBT击穿。（4）在C1及L1之间有6只SCR，由于人工线会不断的储存能量，导致电压不断升高，当反馈电流过高时，会击穿SCR，因此在人工线处设置了RC吸收网络，防止反馈过流。（5）在人工线和脉冲变压器初级之间设置了反峰电流检测，主要用于检测反峰电流。

五、常见故障分析

（1）假设脉冲变压器初级等效电阻为RL，人工线阻抗为ρ，当RL<ρ时为负失配，RL>ρ时为正失配。正负失配主要用于判断速调管性能是否良好，反峰电流就可以用于衡量正负失配。负失配时能量传输无法完全通过人工线，能量会在人工线不断聚集，因此会采用RC吸收网络用以保护电路。当速调管使用时间过长或发射能力下降时，电子发射能力减弱，电流变小，阻抗增大，会从负失配变为正失配，此时人工线聚集能量增大，反峰电流增大；当速调管失效时，速调管功率明显减弱，反峰电流会明显增大。（2）SCR脉冲一般为3～5μs，当SCR被击穿时，可测量脉冲用以判断，但是必须将散热器与可控硅压紧，不然无法测量其脉冲。C1与L1之间有6只SCR，每只SCR电阻正常位120KΩ，如果测量发现电阻为0，则可证明SCR被击穿。（3）IGBT可用三用表测量，当其阻值过低时，代表被击穿。其正常阻值可在运行正常时测量，并记录。IGBT故障时还可以测量其触发脉冲。在开假高压时，可以测量IGBT触发脉冲，下面介绍如何开假高压。取掉整流分机输入的380V电压插头，此时无缓启动信号，无法开高压，将充电控制分机的开关工作时放在“工作”按钮，检查时放在“检查”按钮，用以模拟缓启动信号，此时开高压，IGBT处无510V电压，即为假高压。开假高压后，充电控制分机的充电控制板开始送出赋能脉冲到IGBT的驱动板上，此时可用示波器检查IGBT的触发脉冲是否正常，因为无高压，因此可以保证示波器不会被烧坏。注意，两个IGBT带有虚流二极管，两个IGBT并不相同，不可呼唤。（4）以下几种情况，监测系统会报IGBT过流故障：①D3被击穿；②充电变压器次级短路（可能会报赋能过流）；③充电变压器次级RC吸收网络电容被击穿；④C1与L1之间6只SCR被击穿；⑤人工线被击穿。

因为此雷达为双偏振雷达，因此人工线有两个脉宽，分别为1μs和2μs。当判断人工线是否故障时，假设此时所用脉宽为1μs，监测系统报IGBT过流故障，转换脉宽，变为2μs，如果正常则判断人工线故障，被击穿，否则，人工线正常。

总结：随着民航事业的飞速发展，气象多普勒雷达在民航气象保障设备系统中扮演着越来越重要的位置，本文只是以714CDP双偏振全相参多普勒天气雷达为例，简述了发射系统回扫电源的充电工作原理，以及对该电路常见故障做了简单介绍，有许多不尽及不妥之处，希望能对天气雷达维护人员有些许帮助，提高航空飞行安全的保障能力。

参 考 文 献

[1] 机场多普勒天气雷达培训教材第四章发射和第十二章故障定位分析. 成都锦江电子系统工程有限公司endprint

【摘要】 随着中国航空事业的飞速发展，对航空飞行安全的保障能力也提出了越来越高的要求，而多普勒天气雷达主要用于探测云况、不同类型的降水、清空湍流、风切变以及冰雹、下击暴流、龙卷风等灾害性天气，使之成为了保障航空飞行安全必不可少的手段之一，因此空管系统对天气雷达的正常运行也提出了越来越高的要求。本文主要简述多普勒天气雷达发射机回扫电源的基本原理及常见故障分析。将以成都锦江电子系统工程有限公司的714CDP型C波段双偏振全相参多普勒天气雷达为例，简述发射机中回扫充电电路的基本工作原理及常见的故障分析。

【关键词】 多普勒天气雷达 回扫充电电源 工作原理 故障分析

发射系统是多普勒天气雷达中一个重要的组成部分，主要包括了回扫电源、线性调制器系统、微波链路、监控分机及其它电路，回扫电源又是其中的重中之重。本文将以成都锦江电子系统工程有限公司的714CDP型C波段双偏振全相参多普勒天气雷达为例，简述发射机中回扫电源的基本工作原理及常见的故障分析。

一、发射系统的基本组成及概述

本发射机采用全相参体制，固态射频功率放大器推动高增益速调管构成放大式发射机。采用回扫充电电源作高压电源，可控硅作调制开关，组成回扫充电调制器，经高变比脉冲变压器形成高压调制脉冲加于脉冲速调管阴极，由功放放大后的微波信号推动速调管工作，放大后的脉冲信号经馈线、天线辐射到空间。高功率电源直接用50Hz、380V电源整流，滤波与回扫充电一起，稳定性高，可实现变脉宽，变T工作，高压电源纹波小。

二、回扫电源

回扫充电是一种先进的充电技术，回扫充电电路是开关电源用于脉冲调制器的一种特殊型式.与传统的充电技术相比，它省去了笨重的高压变压器；具有很高的充电精度，可以方便地调节充电电压的幅度，使调制器具有很强的适应正/负失配的能力及快速的故障保护功能。

回扫电源由高功率电源分机、充电控制分机、回扫变压器和RC吸收网络组成。

三、回扫充电电路基本工作原理

从定时器发出赋能指令开始到比较器发出赋能结束指令止，储存在充电变压器中的能量不断增加，这段时间称赋能时间， 赋能结束后充电开关管V1、V2关断，加到开关管充电变压器初级电流i1突降为零。由于铁芯内磁场不允许突变，变压器次级电流i2由零跃升为i2max，i2max= i1max/n，n是充电变压器次级对初级的升压比。在t2时段内，充电变压器次级电感与调制器中的人工线PFN的电容C构成串联谐振回路，在t2终点，i2下降为零，而人工线上的充电电压升至Ucmax，完成了一个充电周期。事实上，由于存在漏感，在t2时段开始时，电流i1的下降有个过程，在这段时间里，漏感中的储能通过回授二极管D1、D2（为软性开关，简称SCR，如闸流管）返回510V直流电源，调制器中的充电二极管D3阻止人工线通过变压器次级绕组放电。在t1时间，电流i1将能量以磁能形式储入充电变压器，因此称为赋能电流；而流过回授二极管，将能量返回直流电源的直流称为回授电流或反馈电流。

为确保人工线充电电压的精度，必须精确控制储入变压器中的磁能的数值，即必须控制i1max的大小，也就是必须精确控制充电开关管开启与关闭的时间间隔，而充电开关管的通断则由赋能控制脉冲控制，赋能脉冲来自充电控制板。通过赋能电流与赋能脉冲宽度间的闭环，可最终确保人工线充电电压的精确度。

四、回扫充电电路保护及检测设置

（1）该电路在输入380V，50Hz电压时，设置了缓启动方式，用以防止短路冲击及启动时的反馈过流。（2）在C1之后，IGBT之前设置了一个霍尔元件，可用于反馈电流检测。（3）在两个IGBT处设置了RC吸收网络，防止开关两头的电流突变及充电变压器处出现过大的反馈电流，导致IGBT击穿。（4）在C1及L1之间有6只SCR，由于人工线会不断的储存能量，导致电压不断升高，当反馈电流过高时，会击穿SCR，因此在人工线处设置了RC吸收网络，防止反馈过流。（5）在人工线和脉冲变压器初级之间设置了反峰电流检测，主要用于检测反峰电流。

五、常见故障分析

（1）假设脉冲变压器初级等效电阻为RL，人工线阻抗为ρ，当RL<ρ时为负失配，RL>ρ时为正失配。正负失配主要用于判断速调管性能是否良好，反峰电流就可以用于衡量正负失配。负失配时能量传输无法完全通过人工线，能量会在人工线不断聚集，因此会采用RC吸收网络用以保护电路。当速调管使用时间过长或发射能力下降时，电子发射能力减弱，电流变小，阻抗增大，会从负失配变为正失配，此时人工线聚集能量增大，反峰电流增大；当速调管失效时，速调管功率明显减弱，反峰电流会明显增大。（2）SCR脉冲一般为3～5μs，当SCR被击穿时，可测量脉冲用以判断，但是必须将散热器与可控硅压紧，不然无法测量其脉冲。C1与L1之间有6只SCR，每只SCR电阻正常位120KΩ，如果测量发现电阻为0，则可证明SCR被击穿。（3）IGBT可用三用表测量，当其阻值过低时，代表被击穿。其正常阻值可在运行正常时测量，并记录。IGBT故障时还可以测量其触发脉冲。在开假高压时，可以测量IGBT触发脉冲，下面介绍如何开假高压。取掉整流分机输入的380V电压插头，此时无缓启动信号，无法开高压，将充电控制分机的开关工作时放在“工作”按钮，检查时放在“检查”按钮，用以模拟缓启动信号，此时开高压，IGBT处无510V电压，即为假高压。开假高压后，充电控制分机的充电控制板开始送出赋能脉冲到IGBT的驱动板上，此时可用示波器检查IGBT的触发脉冲是否正常，因为无高压，因此可以保证示波器不会被烧坏。注意，两个IGBT带有虚流二极管，两个IGBT并不相同，不可呼唤。（4）以下几种情况，监测系统会报IGBT过流故障：①D3被击穿；②充电变压器次级短路（可能会报赋能过流）；③充电变压器次级RC吸收网络电容被击穿；④C1与L1之间6只SCR被击穿；⑤人工线被击穿。

因为此雷达为双偏振雷达，因此人工线有两个脉宽，分别为1μs和2μs。当判断人工线是否故障时，假设此时所用脉宽为1μs，监测系统报IGBT过流故障，转换脉宽，变为2μs，如果正常则判断人工线故障，被击穿，否则，人工线正常。

总结：随着民航事业的飞速发展，气象多普勒雷达在民航气象保障设备系统中扮演着越来越重要的位置，本文只是以714CDP双偏振全相参多普勒天气雷达为例，简述了发射系统回扫电源的充电工作原理，以及对该电路常见故障做了简单介绍，有许多不尽及不妥之处，希望能对天气雷达维护人员有些许帮助，提高航空飞行安全的保障能力。

参 考 文 献

[1] 机场多普勒天气雷达培训教材第四章发射和第十二章故障定位分析. 成都锦江电子系统工程有限公司endprint

【摘要】 随着中国航空事业的飞速发展，对航空飞行安全的保障能力也提出了越来越高的要求，而多普勒天气雷达主要用于探测云况、不同类型的降水、清空湍流、风切变以及冰雹、下击暴流、龙卷风等灾害性天气，使之成为了保障航空飞行安全必不可少的手段之一，因此空管系统对天气雷达的正常运行也提出了越来越高的要求。本文主要简述多普勒天气雷达发射机回扫电源的基本原理及常见故障分析。将以成都锦江电子系统工程有限公司的714CDP型C波段双偏振全相参多普勒天气雷达为例，简述发射机中回扫充电电路的基本工作原理及常见的故障分析。

【关键词】 多普勒天气雷达 回扫充电电源 工作原理 故障分析

发射系统是多普勒天气雷达中一个重要的组成部分，主要包括了回扫电源、线性调制器系统、微波链路、监控分机及其它电路，回扫电源又是其中的重中之重。本文将以成都锦江电子系统工程有限公司的714CDP型C波段双偏振全相参多普勒天气雷达为例，简述发射机中回扫电源的基本工作原理及常见的故障分析。

一、发射系统的基本组成及概述

本发射机采用全相参体制，固态射频功率放大器推动高增益速调管构成放大式发射机。采用回扫充电电源作高压电源，可控硅作调制开关，组成回扫充电调制器，经高变比脉冲变压器形成高压调制脉冲加于脉冲速调管阴极，由功放放大后的微波信号推动速调管工作，放大后的脉冲信号经馈线、天线辐射到空间。高功率电源直接用50Hz、380V电源整流，滤波与回扫充电一起，稳定性高，可实现变脉宽，变T工作，高压电源纹波小。

二、回扫电源

回扫充电是一种先进的充电技术，回扫充电电路是开关电源用于脉冲调制器的一种特殊型式.与传统的充电技术相比，它省去了笨重的高压变压器；具有很高的充电精度，可以方便地调节充电电压的幅度，使调制器具有很强的适应正/负失配的能力及快速的故障保护功能。

回扫电源由高功率电源分机、充电控制分机、回扫变压器和RC吸收网络组成。

三、回扫充电电路基本工作原理

从定时器发出赋能指令开始到比较器发出赋能结束指令止，储存在充电变压器中的能量不断增加，这段时间称赋能时间， 赋能结束后充电开关管V1、V2关断，加到开关管充电变压器初级电流i1突降为零。由于铁芯内磁场不允许突变，变压器次级电流i2由零跃升为i2max，i2max= i1max/n，n是充电变压器次级对初级的升压比。在t2时段内，充电变压器次级电感与调制器中的人工线PFN的电容C构成串联谐振回路，在t2终点，i2下降为零，而人工线上的充电电压升至Ucmax，完成了一个充电周期。事实上，由于存在漏感，在t2时段开始时，电流i1的下降有个过程，在这段时间里，漏感中的储能通过回授二极管D1、D2（为软性开关，简称SCR，如闸流管）返回510V直流电源，调制器中的充电二极管D3阻止人工线通过变压器次级绕组放电。在t1时间，电流i1将能量以磁能形式储入充电变压器，因此称为赋能电流；而流过回授二极管，将能量返回直流电源的直流称为回授电流或反馈电流。

为确保人工线充电电压的精度，必须精确控制储入变压器中的磁能的数值，即必须控制i1max的大小，也就是必须精确控制充电开关管开启与关闭的时间间隔，而充电开关管的通断则由赋能控制脉冲控制，赋能脉冲来自充电控制板。通过赋能电流与赋能脉冲宽度间的闭环，可最终确保人工线充电电压的精确度。

四、回扫充电电路保护及检测设置

（1）该电路在输入380V，50Hz电压时，设置了缓启动方式，用以防止短路冲击及启动时的反馈过流。（2）在C1之后，IGBT之前设置了一个霍尔元件，可用于反馈电流检测。（3）在两个IGBT处设置了RC吸收网络，防止开关两头的电流突变及充电变压器处出现过大的反馈电流，导致IGBT击穿。（4）在C1及L1之间有6只SCR，由于人工线会不断的储存能量，导致电压不断升高，当反馈电流过高时，会击穿SCR，因此在人工线处设置了RC吸收网络，防止反馈过流。（5）在人工线和脉冲变压器初级之间设置了反峰电流检测，主要用于检测反峰电流。

五、常见故障分析

（1）假设脉冲变压器初级等效电阻为RL，人工线阻抗为ρ，当RL<ρ时为负失配，RL>ρ时为正失配。正负失配主要用于判断速调管性能是否良好，反峰电流就可以用于衡量正负失配。负失配时能量传输无法完全通过人工线，能量会在人工线不断聚集，因此会采用RC吸收网络用以保护电路。当速调管使用时间过长或发射能力下降时，电子发射能力减弱，电流变小，阻抗增大，会从负失配变为正失配，此时人工线聚集能量增大，反峰电流增大；当速调管失效时，速调管功率明显减弱，反峰电流会明显增大。（2）SCR脉冲一般为3～5μs，当SCR被击穿时，可测量脉冲用以判断，但是必须将散热器与可控硅压紧，不然无法测量其脉冲。C1与L1之间有6只SCR，每只SCR电阻正常位120KΩ，如果测量发现电阻为0，则可证明SCR被击穿。（3）IGBT可用三用表测量，当其阻值过低时，代表被击穿。其正常阻值可在运行正常时测量，并记录。IGBT故障时还可以测量其触发脉冲。在开假高压时，可以测量IGBT触发脉冲，下面介绍如何开假高压。取掉整流分机输入的380V电压插头，此时无缓启动信号，无法开高压，将充电控制分机的开关工作时放在“工作”按钮，检查时放在“检查”按钮，用以模拟缓启动信号，此时开高压，IGBT处无510V电压，即为假高压。开假高压后，充电控制分机的充电控制板开始送出赋能脉冲到IGBT的驱动板上，此时可用示波器检查IGBT的触发脉冲是否正常，因为无高压，因此可以保证示波器不会被烧坏。注意，两个IGBT带有虚流二极管，两个IGBT并不相同，不可呼唤。（4）以下几种情况，监测系统会报IGBT过流故障：①D3被击穿；②充电变压器次级短路（可能会报赋能过流）；③充电变压器次级RC吸收网络电容被击穿；④C1与L1之间6只SCR被击穿；⑤人工线被击穿。

因为此雷达为双偏振雷达，因此人工线有两个脉宽，分别为1μs和2μs。当判断人工线是否故障时，假设此时所用脉宽为1μs，监测系统报IGBT过流故障，转换脉宽，变为2μs，如果正常则判断人工线故障，被击穿，否则，人工线正常。

总结：随着民航事业的飞速发展，气象多普勒雷达在民航气象保障设备系统中扮演着越来越重要的位置，本文只是以714CDP双偏振全相参多普勒天气雷达为例，简述了发射系统回扫电源的充电工作原理，以及对该电路常见故障做了简单介绍，有许多不尽及不妥之处，希望能对天气雷达维护人员有些许帮助，提高航空飞行安全的保障能力。

参 考 文 献

[1] 机场多普勒天气雷达培训教材第四章发射和第十二章故障定位分析. 成都锦江电子系统工程有限公司endprint