基于IGBT的固态脉冲调制器设计
igbt的固态高压脉冲电源的设计原理
IGBT的固态高压脉冲电源的设计原理由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用，其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分。
为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源，文中提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源，系统主要由高压直流充电电源和脉冲形成电路两部分组成，由DSP作为主控制芯片，控制IGBT的触发和实现软开关技术，并用仿真软件PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析，验证了设计思想的正确性。
由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用。
比如说高能量物理、粒子加速器、金属材料的加工处理、食品的杀菌消毒、环境的除尘除菌等方面，都需要这样一种脉冲能量--可靠、高能量、脉宽和频率可调、双极性、平顶的电压波形。
无论将此高功率脉冲电源用于何种用途，高压脉冲电源均是其设计的核心部分。
传统的高功率脉冲电源一般采用工频变压器升压，然后采用磁压缩开关或者旋转火花隙来获取高压脉冲，因而大都比较笨重，且获得的脉冲频率范围有限，其重复频率难以调节，脉冲波形易变化，可靠性较低，控制较困难，成本较高。
文中采用固态电器--IGBT来获取高压脉冲波形。
将IGBT 作为获取高压脉冲的电子开关，利用IGBT构成LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲电源的充电电源，同时利用IGBT构成全桥组成脉冲形成电路，输出双极性高压脉冲波形。
文中给出了系统结构、系统各个部分功能说明，通过仿真电力电子仿真软件PSIM对LCC充电过程和脉冲形成电路进行仿真分析。
1 高压脉冲电源系统结构1.1 高压脉冲电源的拓扑结构高压脉冲电源常用的主电路拓扑可以归纳为两类：电容充放电式和高压直流开关电源加脉冲生成的两级式两种。
电容充放电式是通过长时间充电、瞬间放电，即通过控制充放电的时间比例，达到能量压缩、输出高压大功率脉冲的目的。
优点是可以输出的脉冲功率和电压等级较高，脉冲上升沿较陡;但是，输出脉冲的精度难以控制，而且重复频率低，因而应用范围比较有限，主要应用在核电磁物理研究、烟气除尘、污水处理、液体杀菌等场合。
大功率IGBT在固态脉冲调制器中的应用
１１ ， ： 组元 个数 为 ６ 脉冲 上升 速 度 小于 １ ｓ下 降速 ２ ； Ｉ； ｘ 度 小 于 １ ｔ ； 平 项 宽 度 大 于 ３ｘ ： 重 复 频 率 为 ．ｘ ８ｓ ｔ ｓ
２ 大 功 率 固态 调 制器
大 功率 固态 调制器 技术 有 多种 方 案 ，感 应 叠加
型 是一种 较好 的方 式［ ４ １ 中 ， 应变 压器 由多个环 。其 感 形磁 芯组 成 ． 用 一匝 次级线 圈 。 共 次级 电压为 所 有初
器进行研究［１ １。近些年 ， － ３ 随着功率开关器件的发展 ， ＩＢ Ｇ Ｔ在 技术上 不 断成 熟 ． 不仅 广泛 用 于 电力 电子领
域 。 且 也逐步 用 于脉冲 功 率领域 。 成为 一种 产 生 而 并 功 率脉 冲 的 理想 开关 器 件 。 鉴 于 此 。这 里 介 绍 了 ３３ Ｖ８０ Ｇ Ｔ在 大 功率 固态 调制 器 中 的应 用 及 ． ／０Ａ Ｉ Ｂ ｋ
次级。３ Ｖ高压 电源 用于补充 Ｃ 上的 电压 “ ｋ ｈ 的降 落 ； 电感 。 分布 电感 的储能 由反 向吸收 电路吸 漏 和 收 ； 磁 电路为单元磁环提供复位 电流 。 高磁芯利 偏 以提 用率。组元 电路 的工作参数 ： 峰值 电压为 ２ Ｖ； ｋ 脉冲 电 流为 １ ｋ 重复频率为 ３ ０ ｚ峰值功率 为 ２ ＭＷ； ． Ａ； ２ ０Ｈ ； ． ４ 平
其 驱动 保护 电路 设计 。最 后通 过仿 真和 实验 验证 了 理 论 的正确 性 。
３ ｋ ／０ＡＩＢ ． Ｖ８ ０ Ｔ开关及驱动 保护 电路 、 向吸收 电路 ３ Ｇ 反 等组成。Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ开关 受驱动 电路脉冲信号作 用导通 。 储 能电容 Ｃ 中储藏的能量 向单元磁 环的初级迅速释放 ， ｈ 形成一 强流脉冲方波 。再通 过磁环将 脉冲方波传递 到
最经典的IGBT资料大全,技术详解,设计技巧,应用案例
最经典的IGBT资料大全，技术详解，设计技巧，应用案例IGBT系统的介绍就IGBT的定义、工作原理、等效电路、特性参数、设计技巧等作全面介绍……设计技巧IGBT的驱动和过流保护电路的研究IGBT目前被广泛使用的具有自关断能力的器件，广泛应用于各类固态电源中。
IGBT的工作状态直接影响整机的性能，所以合理的驱动电路对整机显得很重要，但是如果控制不当，它很容易损坏，其中一种就是发生过流而使IGBT损坏，本文主要研究了IGBT的驱动和短路保护问题，就其工作原理进行分析，设计出具有过流保护功能的驱动电路，并进行了仿真研究。
隔离驱动IGBT和Power MOSFET等功率器件所需要的一些技巧对隔离驱动IGBT和Power MOSFET等功率器件出现的一些常见问题的汇总和解答功率器件IGBT应用中的常见问题解决方法随着现代电力电子技术的高频大功率化的发展，IGBT在应用中潜在的问题越来越凸出，开关过程引起的电压、电流过冲，影响到了逆变器的工作效率和工作可靠性。
为解决以上问题，过电流保护、散热及减少线路电感等措施被积极采用，缓冲电路和软开关技术也得到了广泛的研究，取得了迅速的进展。
本文就针对这方面进行了分析。
使用栅极电阻控制IGBT的开关IGBT的动态性能可通过栅极电阻值来调节。
栅极电阻影响IGBT的开关时间、开关损耗及各种其他参数，从电磁干扰EMI到电压和电流的变化率。
因此，栅极电阻必须根据具体应用的参数非常仔细地选择和优化。
杂散电感对高效IGBT逆变器设计的影响当工作在相同条件下，IGBT针对提高软度需求的设计优化将会付出开关损耗提高的代价。
除开关损耗外，开通和关断速度、电流突变和振荡(EMI)的发生也越来越受到重视。
寄生杂散电感对直流母线谐振频率和二极管电流突变起到了重要作用。
至少从EMI角度考虑，二极管电流突变将会对通过增加杂散电感或提高IGBT开通速度来降低开通损耗有所限制新型IGBT系统电路保护设计的解决方案在研究IGBT失效机理的基础上，通过整合系统内外部来突破设计瓶颈。
全固态Marx脉冲调制器设计
Chinese Physics C(HEP&NP)Vol.32, ,Mar.,2008Marx *1)( 100049)Marx IGBT Marx , . Marx , IGBT , , . Marx , .Marx IGBT1(ILC) (BCD), ILC 710 L-band , 10MW , 120kV,140A, 1.6ms 5Hz[1].ILC BCD , 1.6m s , , , , , , [2]. Marx BCD , ILC [3].2Marx, (PCB) IGBT. Marx PCB IGBT, Marx [4]. , Marx (SCDU) , SCDU , SCDU , . Marx . Marx 1.1 Marx3 MarxMarx , SCDU,SCDU .318Chinese Physics C(HEP&NP)Vol.32Marx 319(References)1International Linear Collider,Base Line Configu-Ration, Main Linac2Cassel R L.A Solid State High Voltage Pulse Modulator Which is Compact and Without OIL or a Pulse Trans-former.Stangenes Industries.I052East Meadow Circle, Pa10Alto,CA,USA 3Leyh G E.The ILC Marx Modulator Development Pro-gram at SLAC,Stanford Linear Accelerator Center,Stan-ford University,Stanford,CA94309,USA4Nam S H,Suh J H,Kim S C et al.Development of a Gen-eral Purpose Power System Control Board,PAL,Pohang, KyungBuk,Korea5Kaesler W.A Long-Pulse Modulator for the Tesla Test Facility(TTF),Puls-Plasmatechnik GmbH,Feldstr.56,D-44141Dortmund,GermanyDesign of the Solid State Marx Modulator*CHI Yun-Long1)HE Da-Yong PEI Guo-Xi(Institute of High Energy Physics,CAS,Beijing100049,China)Abstract The design of the Marx Modulator is based on oil-free,air-cooled,and capable of delivering120kV,140A, 1600usec pulses at a rate of5Hz.The Marx modulator design employs a stack of sixteen12kV Marx modules that generate high-voltage output pulses directly from a12kV input supply voltage.This direct switching eliminates the requirement for a massive transformer reduces the capacitor bank size by more than a factor of four,yielding a consid-erably cheaper and more compact mechanical solution.Advantages of the ILC Marx design include higher efficiency, smaller physical size,and a modular architecture that provides greater reliability and cost-effective PC board-level integration.Key words pulse modulator,Marx generator,IGBT。
基于IGBT的固态脉冲调制器设计
（． ｅ ａｔｅ ｔｆ ｌ ｔ ｎｃ ｎ Ｉ ｏｍ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉ ， ａａＡｅｏａ ｔａ ａｄ ｓ ｏ ａｔ ａ Ｕ ｉ ｒｔ， ａｔ／２ ４ ０ ， １Ｄ ｐ ｒ ｎ ｏＥｅ ｒ ｉａ ｄ ｎ ｒ ａｉ ｎ ｉ ｒ ｇ Ｎ ｖｌ ｒｎｕｉ ｌｎ Ａ ｔ ｎｕｉ ｌ ｎ ｅｓｙ Ｙ ｎ ｍ ｃｏ ｆ ｏ ｅ ｎ ｅ ｒ ｃ ｖ ｉ ａ ６０ １ Ｃ ｉ ； ｅ ａ ｍ ｎｏ Ｔａｎｎ 。 ａａＡｅ ｎｕｉａａｄ ｔ ｎｕｉ ｌ ｎ ｅ ｉ ， ａｔ ６ ０ １ Ｃ ｉ ； ． ｅａｔ ｎ ｏ ｈｎ ２Ｄ ｐ ｒ ｔ ｆ ｒ ｉ Ｎ ｖｌ ｒ ａ ｔ ｌ ｎ Ａｓｏ ａｔ ａ ｉ ｒｔ Ｙ ｎａ ４ ０ ， ｈｎ ３Ｄ ｐ ｒ ｔ ｆ ａ ｔ ｅ ｉ ｇ ｏ ｃ ｒ ｅ Ｕ ｖ ｓｙ ／２ ａ ｅ ｍ
了所 设 计 的 固 态 调 制 器 可 以工 程 化 的 结 论 。
关 键 词 ：氢 闸流 管 ； Ｇ Ｔ；固 态脉 冲调 制 器 ； ｉ ｌ ｋ ＩＢ Ｓｍｕｉ ｎ 中图分类号 ： Ｎ ５． Ｔ ９７ ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１７ — ２ ６ ２ １ ）９ ０ １— ４ ６ ４ ６ ３ （０ １０ — ０ ２ ０
Ｓ ｉ ｉｃ ｅｅｒｈ Ｎ ａＡ ｒｎ ｎｉ ｌｎ Ａ ｔ ｎｕｉ ｌ ｎｖｒｉ ， ａ ｔ ６ ０ １ Ｃ ｉａ ｃ ｎｆ Ｒ ｓａｃ ． ａ ｌ ｅｏａ ｃ ａ ｄ ｓ ｏ ａｔ ａ Ｕ ｉ ｓｙ Ｙ ｎａ ２４ ０ ， ｎ ） ｅ ｔ ｖ ｔ ａ ｒ ｃ ｅ ｔ ｉ ｈ
Ａｂｔａ ｔ Ｂ ｃｕｅｏ ｅｎ ｅ ｂｅｔ ｏ ｓ ｕｔ ｎ ｉｗ ｓ ｅｄ ｄｔ ｐｅ ｅ ｔ ｏ ｄｓ ｔ ｔ ｎｆｒ ａｉ ｎａｔ ｅｏ ｓｒｃ ： ｅａｓ ｆｈ ｅｄｏ ｓ ｊｃ ｃｎｔ ｃｉ ，ｔ ａ ｅ ｅ ｉ ｌｍ ｎ ｓｌ －ｔｅ ｒ ｓ ｍ ｔ ｎｏ ｐ ｆ ｔ ｆ ｕ ｒ ｏ ｎ ｏｍ ａ ｉ ａ ａ ｏ ｏ ｙ
210kV全固态高压脉冲调制器设计
210kV全固态高压脉冲调制器设计
辜霄;彭伟;江涛;周江龙;李长年
【期刊名称】《真空电子技术》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】为克服传统高压脉冲调制器中存在的波形畸变严重及高初级电压引入的
可靠性差的缺点,介绍了一种以半导体器件作为脉冲开关的全固态高压脉冲调制器。
详细阐述了全固态高压脉冲调制器的设计原理、结构特点及驱动控制方法。
该系统由18级模块并联而成,每级模块的储能电容、高压充电和固态开关驱动供电均采用高压硅堆隔离,每个模块采用一只独立控制的高压绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)对模块的储能电容实现充电和放电。
IGBT驱动电
路采用高压硅堆隔离供电、光纤传输触发脉冲和高性能IGBT驱动模块设计构成。
驱动电路具备完善的欠压、过流和过压保护功能。
该调制器输出方形高压脉冲幅度大于210 kV,脉冲顶部宽度为5μs,脉冲前沿约690 ns,脉冲后沿约920 ns,重复频
率100 Hz。
【总页数】6页(P56-61)
【作者】辜霄;彭伟;江涛;周江龙;李长年
【作者单位】电子科技大学;63660部队;成都西科微波通讯有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN7
【相关文献】
1.回旋行波管的全固态Marx高压脉冲调制器设计
2.基于移相控制的全固态高压脉冲电源设计
3.全固态浮动板脉冲调制器的设计
4.180kW全固态高压脉冲调制器的设计
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于调制器IGBT的高压大脉冲技术
基于调 制器 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的高压大脉 冲技 术
文／ 袁昊 张康益 徐策 陈克尧
本文 介 绍 了一种 高压 、大脉 冲全 固态 刚性调 制 器的 方案 和原 理。 采用 Ｎ个绝 缘栅 双极 型 晶体 管 （ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ）串联 作 为开 关管 ，优 点 是 可 以 实 现 任 意 脉 宽 的 调 制 器 输 出，对调 制 器设 计 中的关键 难 点和 解 决方 法进 行 了讨 论。 考虑 到调 制 器输 出脉 宽的任 意 性， 电 路 方 案采 用推 挽 式 高频振 荡工作 方式 ，避免 了变压 器设 计 上 的不 便， 并对 高压 隔离、 驱动 高压选取 、 驱 动 波形 一致 性 等 问题进 行 了分 析 ，通 过 分析 和 充分 论证 ，肯定 了该 类型 调 制器 方案设 计 的 可行
的设计和平时实验数据 的积累，可以进行此类 新型调制器 的设计工作 。典型人 工线 调制器 已 经根本无法满足要求 ，首先排 除。采 用刚性调 制器加脉冲变压器升压 的方式，可以降低调制 开关的设计难度 ，但是输 出波 形受制 于脉冲变 压器 的设计 ，只能应用于波形变 化范围不大的 场合 （ 一般几百微妙 ），对于调 制脉 宽跨度如 此大 （ 秒级 ）的调制器 ，脉冲变 压器 根本无法 实现， 已经不具备工程使用价值 。 采用调制开关 管 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ串联工作 的全固态 阴极调制器方案 ，具有很大 的挑 战性。这种方 案 可 以完 全 满 足 调 制 器 的指 标 需 求 ， 它 的 最 大 优势就是调制器采用脉冲 叠加 的方式，可以完 全满 足 ｌ ｏ ｐ ｓ以 上 的 任 意 脉 宽 ， 只 要 子 脉 冲 的 脉宽足够窄 ，重复频率足够高 就可以了。这种 思路最大的优点就是把 需要用脉冲变压器 的地 方变为推挽工作，解决铁芯饱和 问题 。 在这 个 阴极 调制器 方 案的 设计 中，课 题 组先后攻关解决高压隔离 问题 、耐压 问题，驱 动脉冲一致性保证 问题 ，合成脉冲前后沿抖 动 问题 、均压 问题等一系列 问题 ，最终完整地 论 述了一款低成本、高可靠性 、体积小巧 ，完全 满足指标要 求的全固态刚性调制器。
串联叠加式固态脉冲调制器的设计
串联叠加式固态脉冲调制器的设计陶小辉;张建华;王旭明;范青【期刊名称】《雷达科学与技术》【年(卷),期】2011(9)1【摘要】介绍了固态调制器电路常用的拓扑结构,讨论了开关直接串联与加法器叠加两种拓扑结构的特点.设计了基于IGBT的串联叠加式固态刚管脉冲调制器,调制器通过充电电源变压器实现电位隔离,采用6路调制单元串联叠加,并利用脉冲变压器升压至40kV.重点讨论了该类型调制器研制中的关键技术,分析了脉冲变压器铁芯饱和现象并提出解决方法;讨论了吸收电路的计算选取,给出了有无吸收电路时,IGBT的C、E两端电压波形;分析并解决了脉冲波形过冲控制以及电磁干扰噪声抑制问题.%The common topologies of solid-state modulator are introduced. The characteristics of two circuit topologies, switch direct-series and adder superposition, are discussed. The series superposition solid state hard tube modulator based on IGBT is designed. The modulator is insulated by charging source transformer. Six modulator units are in series overlapping. The output voltage is boosted to 40 kV by pulse transformer. The key technologies are discussed. The saturation of pulse transformer is analyzed and the resolving measures are provided. The snubber circuit is discussed. The voltage waveforms of IGBT are provided in the case of whether the snubber circuit is present or not. The methods of pulse overshoot control and electromagnetic interference rejection are proposed.【总页数】4页(P84-87)【作者】陶小辉;张建华;王旭明;范青【作者单位】中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230088;中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230088;中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230088;安徽四创电子股份有限公司,安徽合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TN787;TN957【相关文献】1.基于IGBT的固态脉冲调制器设计 [J], 于仕财;马强;李建华;康健2.回旋行波管的全固态Marx高压脉冲调制器设计 [J], 李冰;罗勇;朱彦杰;王丽3.全固态浮动板脉冲调制器的设计 [J], 万程亮;陈振林;陈榕4.180kW全固态高压脉冲调制器的设计 [J], 蔡政平;曹湘军;徐旭哲;王勇5.应用IGBT串联的固态脉冲调制器分析 [J], 姬新阳;黄旭东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可见软性调制器只能适应于精度要求不高、波形要求不 严格的大功率雷达中。并且不管是刚性还是软性调制器．其 结构的复杂都使其可靠性降低，并且维修难度大田。 ２．２现代电力电子器件 开关元件的固态化是发展的大趋势．尤其是电力电子器 件在由传统型向现代型转变以后，许多新兴的器件迅速应用 于这种电力转换领域。上世纪九十年代才现身市场的绝缘栅 双极晶体管ＩＧＢＴ已成为现代电力电子器件发展的领头军。 型号齐全．已经出现了由ＩＧＢＴ组成的功能完善的智能化功 率模块ＩＰＭ。
图２所示闭。
２开关器件的比较
对传统的电真空器件（氢闸流管）和现代电力电子器件 ＩＧＢＴ的电气性能进行比较。 ２．１传统电真空管器件 以真空三、四极管为调制开关的刚性调制器适应能力 强．能适应各种波形、重复频率的要求，但这也是以体积、重 量、结构和成本为代价的。为弥补自身不足以适应各种工作 需要，刚性调制器又分为多种类型。但都避免不了其功率小、 效率低的缺陷。 以氢闸流管为开关元件的软性调制器虽能克服刚性调 制器的不足，但自身的缺陷也很突出，主要表现为：１）脉冲波 形顶部抖动、后沿拖长；２）对负载阻抗的适应性差；３）对波形
一１２一
万方数据
于仕财．等
基于ＩＧＢＴ的固态脉冲调制器设计
任开关器件的重任。
脉冲形成部分是利用一个开关．控制储能元件对负载 （射频发生器）放电，以提供电雁、功率、脉冲宽度及脉冲波形 等都满足要求的视频脉冲。常用的开关元件有真空三、四极 管、氢闸流管、半导体开关元件（可控硅元件）和具有非线性 电感的磁开关等。 真空管的通断可由栅极电压控制，通断利索，这种开关 称为刚性开关。对应的调制器称为刚性调制器。氢闸流管、半 导体开关元件和具有非线性电感的磁开关则只能控制其导 通，而不能控制其关断，这种开关元件称为软性开关，对应的 调制器称为软性调制器。
０００ Ｖ／６００
Ａ，通态压降１．３ Ｖ，开关
通态压降低、ｄ“出和ｄ拙耐量高、动态性能高、反向恢复快
等，这些性能特点使其特别适应于在高频、大功率电路中出
万方数据
《电子设计工程》２０１１年第９期
的调制器。ｌＣＢＴ模块采用ｌＯ只ＩＧＢＴ串联成网络使用，单片 机驱动模块利用单片机形成统一的触发脉冲。经驱动模块 Ｍ５７９６２Ｌ同步触发ＩＧＢＴ网络。其结构如图３所示。
尺玉称为反肩峰电路。当仿真线向不匹配的负载放电会 在脉冲的前沿引起显著的肩峰。Ｒ如电路就是为了减小这种
肩峰的．其电阻通常选择和负载阻抗相等．而电容的大小可 按电路时间常数与脉冲前沿时间大致相当来确定田。
功率开关管ＩＧＢＴ采用高速型Ｍｏ枷ＱｌＵＳ４ｌ，其参数为
基础川。 图ｌ脉冲调制器的结构
Ｆｉｇ．１
ＰＩＩｌ∞ｍｄｕｌａ坩舭ｔｕ托
电源部分的作用是把初级电源（例如市电）变换成符合要 求的直流电源。直流电源包括低压电源和高压电源两种．低 压电源供给调制脉冲预处理电路使用．高压电源供给调制脉 冲形成电路使用。 能量储存部分的作用是为了降低对于电源部分的高峰 值功率要求。因为脉冲调制器是在短促的脉冲期间给射频发 生器提供能量的。而在较长的脉冲间歇期间停止工作，因此 为了有效地利用电源功率，可以采用储能元件在脉冲间歇期 间把电源送来的能量储存起来，等到脉冲期间再把储存的能 量放出。交给射频发生器。常用的储能元件有电容器和人工
ＩＧＢＴ：ｌｎｓｕｈｔｅｄ Ｇｍｅ
管是一种工作原理复杂的集成半导体器件。在结构上，集成 了所有半导体器件的基本结构．如二极管、ＢＪｌ＇、结型场效应 管ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＣＲ。工艺上利用ＭＯＳ工艺进行大面积功 率集成，单元胞的体积越来越小，单元胞的数量越来越多。 ＩＧＢＴ经过２０年的发展，技术越来越成熟，功能越来越强大。 从原来的平面栅型到沟槽型，又发展到非穿通型．直至现在 的电场截至型，达到了６ 频率达到纳秒级御。 ＩＧＢＴ在大量产品中的良好表现．证明其是一种良好的 功率开关器件。其主要优点表现在开关频率高、承载功率大、
ｌ脉冲调制器的结构
根据脉冲调制器的任务，它基本由下列３部分组成： 电源部分、能量储存部分、脉冲形成部分【２】。其结构如图ｌ 所示。
忑；石五ｉ磊ｉ：磊二；ｉ————＿ｉ蕃磊；ｊ石五磊否另——一线（或称仿真线）。
基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划资助（ＮＣＥＴ埘埘１２）
作者简介：于仕财（１９６７一），男，山东文登人，硕士，副教授。研究方向：雷达工程。
第１９卷
第９期
电子设计工程
２０１１年５月
∑竺！：！！
堕竺：竺
垦！！！！竺堕竺望竺！坐翌兰里盘里竺竺堕翌曼
塑型：兰旦！！
基于ＩＧＢＴ的固态脉冲调制器设计
（１．海军航空工程学院电子信息工程系，山东烟台２６４００ｌ；２．海军航空工程学院训练部，山东烟台２㈣１；
３．海军航空工程学院科研部，山东烟台２６４００１） 摘要：基于课题建设的需要，需对某型雷达脉冲调制器进行固态化改造，为达到经济省时的目的，采用了设计与仿真 的方法。应用新型功率开关器件ＩＧＢＴ替代电真空器件，设计了单片机控制的固态脉冲调制器。克服了雷达昧冲调制 器中广泛采用的电真空器件的局限性。Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真结果表明，调制波形及功率完全满足雷达的战术技术指标。得出 了所设计的固态调制器可以工程化的结论。 关键词：氢闸流管；ＩＧＢＴ；固态脉冲调制器；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中图分类号：ＴＮ９５７．３
文献标识码：Ａ
于仕财１，马强２，李建华３，康健１
文章编号：１６７４－６２３６（２０１１）０９—００１２加４
Ｄｅｓｉ２ｎ ｏｆ鲫Ｋｄ－ｓｔａｔｅ ｍＯｄｕｌａｔｏｒ
Ｙｕ ｓｈｉ－ｃａｉｌ，ＭＡ
ｂ蹴ｄ
ｏｎ
ＩＧＢＴ
Ｑｉ朋９２，ｕ
Ｊｉａｎ－ｈｕａ３，ＫＡＮＧ Ｊｉａｎｌ
（１．脚硎疗圮小矽Ｅ如ｃ加，ｌｊ泌ｎ以卅矗ｍ脚幻ｎ西柳，ｌｅｅｒ打ｌｇ，＾切以Ａｅｒｏ，Ⅻ“幻以勰ｄ＾５￡ｒＤ加ｍ如以盯ｎ如ｅ珊渺，ｙ∞捌２６４００１， 吼打ｍ；２脚叮打聊ｍ矿７托ｎｉ昭，＾切以Ａｅｒｏ，Ｉｎ眦拓以锄ｄＡｓ￡ｒｏ，ⅫⅡ如以ｕ，ｌ面ｅ培妙，ｙⅢ咖ｉ ２６４００ｌ，吼ｉ舭；３．却硎概ｅｍ矿
Ｓｃ如ｍ扣尺ｅｓｅ优ＩＩ｜，Ⅳ伽以Ａｅｒｏ，ｍ斑以帆ｄＡｓ加删Ⅱ拓以ｕ砌ｅ倦妇，ｙ唧砬２６４００ｌ，吼ｉＭ）
Ａｂｓ删：Ｂｅｃａｕ∞ｏｆ
ｄｅｓｉ印８
ｖａｃｕｕｍ
ａ
ｔｌｌｅ ｎｅｅｄ《ｓｕｂｊｅｃｔ ｃｏｎｓｔｎｌｃｔｉｏｎ，ｉｔ ｗ舶ｎｅｅｄｅｄ
ｔ０
ｉｍｐｌｅｍｅｍ
ａ∞ｌｉｄ—ｇ龇ｔｒａｎｓｆ０聊眦ｉｏｎ
Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｒｅｓＩｌｌｔｓ ｓｈｏｗ
ｔｂ咀ｔ ｔＩＩｅ ｍｏｄｌＩｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅ蛐ｄ ｐｏｗｅｒ蛆ｔｉｓ母ｔｌｌｅ Ｉａｄａｒ ｔａｃｔｉｃａｌ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａＩ陀ｑｕｉ陀ｎｌｅｎｔｓ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ
ｗ酗ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｌｌａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉ印ｅｄ∞ｌｉｄ－ｓｔａｔｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｃ粕ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｎ西ｍｅｒｉｎｇ．
的适应性也差。
图２氢ｌ嗣流管调制器结构图
Ｆｉｇ．２
Ｈｙｄｍｇ∞ｔＩＩｙｒａｔ咖ｍｏｄｕｌａｔｗ ｓ虮Ｉ咖ｍ
充氢闸流管是由阳极、阴极、栅极（控制栅，有的还具有 预点火栅或分压栅等）组成，将所有电极用绝缘外壳密封，利 用低压氢气（氘气）作为工作及灭弧绝缘介质。是离子开关管 中的一个分支．将触发脉冲（正极性）加到栅极，使阴一栅间隙 产生辉光放电。放电扩展到阳栅间隙导致阳栅间隙击穿导 通，使外电路通过阳极一栅极一阴极放电，而输出脉冲电流，是 具有正启动特性的脉冲电真空器件。具有工作电压高，脉冲电 流大，触发电压低，脉冲宽度窄，电流上升快，点火稳定等特点， 广泛应用于国防、医疗、高能激光、科学研究等领域或场合。 氧闸流管作为开关时。开关的接通是由控制栅极上施加 正触发脉冲来实现的。如果闸流管阳极具有足够高的正向电 压，栅极一旦被触发。阳极一阴极之间将迅速导通，栅极就失 去了对放电的控制作用。只有阳极电压降得很低。不足以维 持放电电流时，闸流管才会截止。闸流管在放电结束后，要经 过一段消电离时间，栅极才能恢复原来的控制功能。因此．闸 Ｂｉｐｏｌ盯’Ｉ．阳ｎｓｉｓｔｏｒ绝缘栅双极晶体 流管脉冲调制器形成的脉冲波形顶部抖动、后沿拖长。 况且真空管调制器由于电子管的外围电路有偏压、帘 栅、阳极等电源，这些电源是不可缺少且体积庞大的高压电 源。调制器导通时的管压降较大，调制器效率较低。电子管极 问电容的存在很难实现窄脉冲调制。另外由于电子管在真空 度变差情况下可能会出现打火等现象，严重影响雷达发射机 的可靠性。电子管阴极的寿命较短，也制约着电子管在调制 器中的使用嗍。 全固态调制器与电子管调制器相比具有效率高、体积 小、重量轻、可靠性高、寿命长、维修费用低等优点。因此，研 究固态调制器是一个极为重要的发展方向。 ３．２固态脉冲调制器 固态脉冲调制器就是以固态开关管ＩＧＢＴ替代电真空管
瓦＝２订、／Ｌ。ｈ ｃ０
其中：ｃ０是仿真线的静电容 死等于调制器脉冲重复周期死两倍，即调制器的脉冲 重复频率是固定的。因此为了适应雷达工作于多种重复频率 的要求．可在充电电路中串入一只二极管。称为充电二极管 或保持二极管。这时只要充电电路的％值小于最小的脉冲 重复周期就行了。 Ｖ位和冠。称为过电压保护电路，它的作用是防止仿真线 上出现过高的电压而损坏功率管。当仿真线向接近短路的负 载放电时，其上的电压会变成负极性，由于功率管不能反向 导电，这个负极性的电压不会消失，在下一个脉冲重复周期 充电时，这个电压与电源电压的极性一致．所以仿真线将会 充电到一个较高的电压值。如果这时负载打火并未消失，那 么这一过程将会继续下去。在理论上可以证明，仿真线上的 电压将会达到电源电压的６倍之多。当电路中接入Ｖｍ和Ｒ， 之后，只要仿真线上出现负极性电压，就可以通过Ｖｍ放掉， 从而防止了仿真线上过电压的产生。
３固态调制器硬件组成
对分别以氢闸流管和ＩＧＢＴ为中心所构成的两种脉冲调 制器的性能、构造、成本、可维性及可靠性进行比较。
３．１真空管脉冲调制器
以氢闸流管ＺＱＭｌ一３５０／１４型为例，其参数为１４