高压大功率电磁发射机供电关键技术研究

赵东凯

（国家新闻出版广电总局五六四台，北京 102434）

0 引 言

目前，高压大功率电磁发射机供电技术仍然存在一定的弊端。因此，对高压大功率电磁发射机供电技术作出一系列研究与技术创新至关重要。针对目前开关电源技术在控制方案、控制决策等方面仍无法满足大功率发射机供电方面的特殊要求，详细研究开关电源技术的建模方法、模块建设等基本特征，并总结了目前存在的主要解决方法。

1 高压大功率电磁发射机供电关键技术研究背景及意义

1.1 高压大功率电磁发射机供电关键技术研究背景

大功率短波发射机在我国广播行业领域已经有了多年的应用历程。近年来，随着科学技术的不断发展，该发射机的供方和电源都已经实现了模块化，且由此模拟发射机不断向数字发射机的方向转变。对于晶体管来说，它的使用周期性远远超过电子管，且反应速度更快。大功率短波发射机经过我国多年的研究改进，目前已经取消了各级放大器之间的调遣匹配程序，有效提高了发射机的可靠性。而对于高压大功率短波发射机，研究其供电技术，不仅能够有效找出大功率短波发射机技术的改进入口，而且能促进大功率短波发射机为社会贡献最大的力量，尤其是对广播行业领域的发展更是至关重要。

1.2 高压大功率电磁发射机供电关键技术的研究意义

随着发射机技术的不断改进，大功率短波发射机迎来新的发展时期。不仅使电子管不断向晶体管发展，而且实现了窄带向宽带的蜕变，其调谐技术也从原本的人工调谐变为更先进的自动调谐。广播领域出现的全固态模拟信号发射机，不仅提高了广播的传播速度，而且其频率更是由手动向自动化控制方向转变，进而促使大功率短波发射机具有了一定的准确性和及时性[1]。科学技术的不断发展，一定程度上促使大功率短波发射机快速发展。而这一发展变化，不仅促使广播信息传递的质量和速度极大提高，而且促使社会、科技不断进步。未来的大功率短波发射机，在广播行业领域内的传输速度还将进一步提升，从而为广播行业更好的发展奠定基础。目前，我国现有的大功率短波发射机的技术水平几乎已经接近国际水准。总体来说，信号质量、频率转换速度有了很大进步。但是，大功率短波发射机在我国起步较晚，因此其调遣匹配、激励器和电源仍然采用手动控制。目前，国内应用的该类型发射机虽然具备线路简单、元器件更换方便等优势，但是由于手动匹配，故频率的更换耗时较长，且更换过程中极易造成各种失误[2]。但是，正是因为我国大功率短波发射机的种种不足，才促使其不断发展技术，从而更好地促使我国大功率短波发射机在广播行业高质量地传递信号，且大大降低了更换频率的失误率。因此，做好大功率短波发射机的各项研究工作十分必要。

2 高压大功率电磁发射机供电技术的国内外研究现状

目前，我国广播行业领域内对大功率短波发射机的应用需求越来越大。相较于国外先进的大功率短波发射机技术，国内的技术处于相对落后的水平。在广播行业内，不管是在信号传播速度方面，还是频率更换方面，都存在严重的不足。因此，为了促使我国大功率短波发射机技术快速发展，进一步提高广播行业内的技术水平，详细研究发射机中的一些技术是重中之重。

2.1 高压大功率电磁发射机整流技术研究现状

对于高压大功率电磁发射机供电技术的研究来说，重点是对发射机的电性源及控制方法进行研究。其中，发射机电性源是一种具有高性能的特殊主流性电源。发射机进行在外工作时，大多数情况下采用的一般是大功率三相式交流供电。因此，对于高压大功率电磁发射机整流技术来说，是将发射机发出的交流电变换成直流电，故称之为整流技术。最早出现的整流技术是不控整流技术[3]。这种技术操作简单，能够很快适应于大功率发射机的应用。这类型发射机具备的功率较高，重量、体积也较大。但是，对于不控整流技术来说，直流电无法调节输出。所以，这种类型的大功率发射机最常采用的是励电磁调节技术方法。这种电磁调节方法会造成发射机转速不稳，最终出现极大的电压波动，且其控制系统无法保证必要的稳定性和可靠性。

2.2 问题的提出

对于高频开关电源技术来说，因其引入了电子技术、自动化控制技术、材料技术等，因此具备了较为完整的体系。不仅已经被广泛应用于航天技术、通信设备、电力设备等多个电子领域，而且取得了高度的经济效益。现阶段，对于高频开关技术的研究主要集中在拓扑结构、控制方法上。为了更好地进行高频开关电源技术上的高压大功率电磁发射机供电技术，满足有效电磁发射机的需要，必须进行电源开关拓扑结构、控制方法等全方面的研究。其中，对高压大功率电磁发射机拓扑结构的研究，主要包括两方面内容。第一，对发射机主体功率进行研究。为了不影响发射机整体运行性能，必须选择好的拓扑结构，而目前的拓扑结构主要包括半桥式结构、全桥式结构等。不同的结构体因其具有不同的特征，在不同场合也能找出适应的结构。目前，社会中已经成功的研究成果，都可以直接用来借鉴。第二，为了节约设计成本、使设备具备较好的稳定性，保证发射机能够满足实际电磁探测技术，对电路参数进行必要的设计优化不可忽视。而对于控制方法的研究，因其是维护发射机稳定的重要因素，所以等到发射机拓扑结构研究成功后，必须对系统的稳定性、动态性等进行必要研究，以研究出实际过程中能够有效控制发射机的方法。对于研究开关电源技术来说，从简单到复杂、从双闭环到自动性控制等新的控制方法也不断大量涌现。

3 高压大功率电磁发射机功率电路设计

对于高压大功率电磁发射机来说，主体是以主功率电路为主。系统要保证稳定的性能，其功率电路的设计好坏至关重要。

3.1 隔离变换器拓扑

开关变换器自研发成功以来，其具体的拓扑结构原理研究分析是社会关注的焦点。1964年，美国一位著名学者对工频变压器提出了大胆的取消想法。随后一段时间内，开关电源从50 Hz改变到25 kHz。这种方式不仅使得直流电源的重量、大小等一定程度减小，而且有效提高了电源效率。19世纪70年代以来，伴随着硬开关技术的不断发展，全世界的开关电源技术得到了很大发展，其后更是出现了更高层的新技术[4]。随着开关电源技术的不断发展，它在通讯网络、家电电器、航天工程等领域得到了广泛应用。其中，隔离升压全桥变换器拓扑结构具有升压较快等特点，大致可以具体划分为以下三方面内容。第一，对于电压的输入输出等，其调节范围广，因此适应于电波波动较大的场合。第二，具有强大的短路保护功能。第三，变换器中具有隔离变压器，能够使电路出现电气隔离，同时使电压大幅度上升。

3.2 大功率电路设计

结合实际应用中的具体要求，高压大功率的电磁发射机功率电路设计的指标只需包括输出电压、输出功率、开关频率等内容。高频变压器是变换系统不可缺少的重要部件，包括功率传输、电压变换以及绝缘隔离等主要功能。它不仅是电源效率、输出的电气性能的重要保证，而且能积极影响工作可靠性。设计高压变换器，必须满足以下四大限制条件。第一，系统输出的功率承受能力必须以变压器具备的功率等级作为基础，简单说就是在指定的限制条件下，其变压器必须有足够的能力传输给负载过程中所需要消耗的能量。第二，变压器要消耗的最大损耗，必须在系统要求的最小功率范围内。第三，在特定的散热范围内，其变压器最高温度的控制必须低于各类绝缘体材料正常情况下设定的最高温度范围。第四，在规定使用的情况下，变压器的大小、体积等必须在规定允许的限制范围内。

4 结 论

目前，高压大功率电磁发射机供电技术在理论研究和具体实践中仍然存在一些有待解决的问题。第一，不管国内还是国外的电源开关研究课题，多电平开关的研究更具深层次意义，因此今后的发展研究须以软开关、多电平开关技术作为研究重点。第二，为了获取最大程度的功率和更强的电压，需对多联动性的大功率发射机技术进行研究。其中，模块之间如何实现均压管理、各模块的备份工作的研究等还有待加强。第三，对发射技术中频点密集的研究来说，不仅要对小数点后面的几位达到精确频点后发射，而且其频率的合成技术也需要高准度的技术来支持。作为高压大功率电磁发射机供电关机技术研究来说，只有从各方面不断进行技术创新与突破，才能为我国高压大功率电磁发射机供电技术更好的发展奠定基础。

参考文献：

[1] 程德福，王 君，李秀平，等.混场源电磁法仪器研制进展[J].地球物理学进展，2004，19（4）：778-781.

[2] PRESSMAN A I，BILLINGS K，MOREY T.开 关 电 源 设 计 [M].3版.王志强，肖文勋，虞 龙，等译.北京：电子工业出版社，2010：100-142.

[3] 白建民，刘小晰，徐 梅，等.高密度磁记录用La-Zn替代锶铁氧体薄膜[J].物理学报，2000，49（8）：1595-1600.

[4] 刘晓龙，钱 炜，孙福佳.反激式开关电源变压器的设计研究[J].机械工程与自动化，2015，（2）：200-202.