一种行波管发射机高压电源测试系统

中国电科第38研究所 张 伟



一种行波管发射机高压电源测试系统

中国电科第38研究所 张 伟

【摘要】本文介绍了一种行波管发射机高压电源的测试系统，针对行波管高压电源的测试和维修需求，系统分别从硬件设计和软件设计两方面进行了设计，文章论证如何提高高压电源系统的测试和维修效率，改善高压电源系统调试环境。

【关键词】行波管发射机；高压电源系统；测试和维修效率

1　引言

行波管作为真空电子器件当中的一种常见管型，具备高功率、大增益、宽频带与低噪声等各种实际特点，能够广泛地运用在雷达、电子对抗与通信等各个重点工程领域。

行波管发射机构造复杂，其供电的高压电源系统输出电压高、危险性大，同时在调试过程中往往需要使用多种特殊的高压设备进行检测（如高压探头，高压分压器等），电源的测试、维修既是一个重点也是一个难点。本文针对一种行波管发射机设计了电源测试系统，最终达到了提高维修效率，改善调试环境的目的，同时通过扩展测试系统还可以完成行波管指标的测试。

2　总体设计方案

测试系统组成框图如图1所示，其硬件主要由发射机柜、监控分机、调压器、电阻箱、计算机和测试设备组成。其中，测试设备可根据维修电源或者测试行波管的需要设定为示波器、功率计、矢量网络分析仪或频谱仪。

图1　测试系统组成框图

监控分机主要是完成发射机的工作过程控制、故障保护、恢复工作以及状态调整等功能，选用了OMRON公司的CJ1M型工业控制器（以下称PLC）作为逻辑控制器。测试系统采用了RS-232串行通讯的上位机链接通信方式来完成计算机与PLC的联网，实现对系统工作过程的实时控制，使得计算机可以实时监视PLC的运行状态及其数据区的内容，程序主要选用VC++作为开发环境，使用对话框程序实现设计，模拟整机工作环境，实现对电源测试项目的全覆盖。

3　测试系统硬件设计

测试系统采用了原发射机柜和监控分机，根据电源的功率量级选用相应调压器，同时针对电源的输出电压设计了电阻负载箱。

3.1测试系统机柜和监控分机

发射机柜分为三层，上层放置监控分机、中层放置整流电路、下层放置待测试的高压电源系统。监控分机采用了PLC进行编程控制，PLC在控制保护电路中的采用，克服了系统对控制部分的干扰，提高了系统的可靠性，减少了控制部分硬件的设计数量，降低了控制部分硬件的设计难度。

监控分机面板上设置了本/遥、冷却、低压、高压、复位等按键开关，方便直接对监控分机进行开关机的操作。同时提供的各类故障回馈指示和开关机状态指示能够直接对故障进行判定。

3.2测试系统硬件集成

行波管发射机高压电源系统采用了谐振型高频开关电源，变压器末级输出多组次级，整流后直流直接进行叠加获得高电压电压在-10KV左右。为了便于输入电压的缓加操作，我们采用整流电源分机主电路与调压器后级连接的方式，最终整流电源的输出电压为0-500V之间可调，高压电源系统后级连结电阻负载箱。

4　测试系统软件部分

测试系统的软件部分包括监控分机内部的OMRON 控制软件和模拟整机工作环境，与PLC 进行实时通信的监控软件。

4.1PLC控制软件

OMRON控制软件用于保护系统稳定、可靠的工作，同时对系统开关机进行回馈。工作流程如下：按下本/遥控开关，则系统处于本控状态，本控指示灯亮，抬起本/遥控开关则系统处于遥控状态，遥控指示灯亮。遥控状态指测试系统仅受监控软件的控制，本控状态则测试系统仅受监控分机的控制。在本控状态下，按下冷却开关，冷却状态指示灯亮，则水冷机柜接通电源，水冷工作。按下低压开关，低压状态指示灯亮，则灯丝电源、正负偏电源、阳极电源开始工作，行波管开始预热。预热5分钟，则准加指示灯亮，如无故障指示灯亮则可以加高压。按下高压开关，高压指示灯亮，高压电源开始工作。

为了便于维修和使用方便,我们对控制软件上进行了优化：

a)针对电源的维修，对程序中3分钟的预热时间进行重新编程（进行电源维修时，不需要进行3分钟的预热）。

b)由于在维修高压电源的流程中无须关注其他辅助电源故障（正负偏电源、灯丝电源、阳极电源），因此对程序中辅助电源的故障进行了重新编程。

c)为了便于加高压操作，针对程序中管体故障和高压故障部分进行了重新编程。

4.2监控软件

为了模拟整机工作环境，获得发射机的实时信息并确保控制过程的精确，方案采用RS-232串行通讯的上位机链接通信方式，使得PC机可以使用上位机连接命令，监视PLC 的运行状态及其数据区的内容。

监控分机中CJ1M型CPU内RS-232C端口为编程口，在上传控制程序后，一般处于闲置状态，计划利用此端口和微型计算机的RS232口连接起来。为掌握实时状态，采用定时器以固定的周期向PLC发送读数据命令，PLC会自动应答，将相关的数据信息通过串口传送回PC，PC通过对数据的解析实现了对PLC实时状态的掌握。在通讯开始时，需要向PLC进行工作方式设置，以便PLC与PC通信准确无误。

5　测试系统测试实例

测试系统设计完成后用于高压电源的维修和行波管的测试，实物如图2所示。

图2　测试台示意图

测试系统应用了一批先进仪表、仪器，同时自制了部分调试工装，能为电源调试提供精准的可调电压、全面的监测设备以及可靠的电阻负载装置，保证高压电源在上万伏的量级下安全可靠的调试：

(1)PLC在测试台控制部分的采用，克服了高压、大电流系统对控制部分的干扰，提高了系统的可靠性，程序的优化减少了电源维修时各类故障的连锁处理，降低了电源维修的复杂性；

(2)测试系统使用MSComm控件、对OMRON公司的CJ1M型PLC进行了实时监控。监控软件模拟了整机工作环境，所以使得整机联调阶段才能完成的功能验证项目在分系统测试台上就能够进行，行波管指标的测试达到了全覆盖；

(3)监控程序的远程控制和发射机柜的应用，将高压电源暴露在空气的高压部份（约10KV）与调试人员进行了隔离，确保了维修、调试的安全性，改善了调试环境。

5.1电源维修

进行电源维修时，由计算机模拟整机工作环境发出指令进行通信、水冷开关、低压开关、高压开关的操作。随后可以根据维修的需要调节调压器，将输入的电压控制在限定范围内（0-380V）的任意值，这样将便于观察、测试待维修的电源，同时由于较远距离的开关机操作、发射机柜的隔离保护将能有效地避免维修人员近距离地接触高压部分，确保维修的安全性。

5.2行波管测试

进行行波管测试时，需要在发射机柜上装入电源和前级固态激励，行波管输出端接耦合器和负载，提供水循环散热。通过计算机控制，模拟整机工作环境对行波管进行加高压操作。随后通过控制计算机界面上的操作，完成行波管的各项技术指标的测试。

6　小结

目前，此测试系统目前已投入使用，已经过一段时期的验证，其稳定性较高，可操作性强，对高压电源系统的测试、维修，改善人员的工作难度都起到了很大帮助。此外，采用控件编程，模拟整机工作环境远程监控、操作系统的方法可使用在其它测试系统上，基于原系统，拓展现有工装完成测试项目全方面覆盖的方式是装备批量生产过程中缩短调试时间、提高调试效率的一个重要方式。

参考文献

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