一种新型脉冲调制电源电路及微波驱动调制电源的制作方法

本实用新型涉及微波功率源的调制电源领域，尤其是一种新型脉冲调制电源电路及微波驱动调制电源。

背景技术：

微波是一种波长极短的电磁波，它和无线电波、红外线、可见光一样，属于电磁波，微波频率为范围为300mhz-300kmhz，即波长从1毫米到1米。微波应用范围极广，比如应用于加热领域或者直接作用于化学体系，催化加速或者改变各类化学反应过程；微波在电磁场环境下，通过微波功率的诱导，使气体转变为等离子体实现检测或者增强化学相沉积。

微波功率源包括微波驱动调制电源和微波发射头，现有的微波驱动调制电源包括三相整流电路、直流高压功率变换器、脉冲调制开关、高压隔离驱动电路，通过微波驱动调制电源给磁控管提供电源，将输入的380v交流转变为微波输出，如图7所示。

现有微波驱动调制电源的工作原理：首先把三相380v交流整流成为500v的直流，经直流高压功率变换器输出2.5kv～5.5kv稳定直流，再通过脉冲调制开关斩波成满足要求的脉冲方波输出到磁控管，最终输出微波。现有设计需要直流高压开关电源输出2.5kv～5.5kv稳定直流，这也是传统开关电源应具有的功能；高压方波的输出需通过处于高电位的调制开关的通断完成，此处的调制开关需承受大于10kv的工作电压(考虑约50％的器件降额)，同时驱动电路也需设置大于10kv的隔离配置，导致现有设计对应的电路搭建难度大，成本高，可靠性不高。因此需要一种脉冲调制电源满足技术参数的同时简化电路，降低成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：本实用新型提供了一种新型脉冲调制电源电路及微波驱动调制电源，解决了现有微波驱动调制电源电路架构中需要调制开关承受大于10kv的工作电压、驱动电路需设置大于10kv的隔离配置带来电路复杂、搭建难度大的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种新型脉冲调制电源电路，脉冲调制电源电路输出端连接负载，包括三相整流电路和脉冲高压功率变换器，所述三相整流电路输入端连接输入交流电，其输出端连接脉冲高压功率变换器，实现升压和脉冲调制，所述脉冲高压功率变换器输出端连接负载，实现输出脉冲微波功率。

优选地，所述脉冲高压功率变换器包括功率取样电路、移相控制电路、控制器脉冲驱动电路和脉冲高压变换电路；所述移相控制电路输入端连接上位机设置的脉冲调制信号和功率取样电路的取样反馈信号，所述移相控制电路输出连接控制器脉冲驱动电路后连接脉冲高压变换电路。

优选地，所述脉冲高压变换电路包括igbt开关电路、变压器隔离升压电路和输出整流电路，所述igbt开关电路连接变压器隔离升压电路，所述变压器隔离升压电路连接输出整流电路。

优选地，所述功率取样电路的电路连接如下：芯片u4的y1端连接脉冲电流采样输入端，其x1端连接脉冲电压采样输入端，其z1端和w端连接电阻r10后连接功率取样输出端。

优选地，所述移相控制电路的电路连接如下：移相控制芯片u6的ea+端连接电阻r8后连接功率设置基准输入端，其ea-连接电阻r12后连接功率取样反馈输入端即功率取样电路输出端，其cs端连接电阻r6后连接脉冲调制输入端即微波源上位机输出端，其cs端还连接电阻r5后接地，电阻r5还连接电阻r7后连接移相控制芯片u6的ads端，其outa、outb、outc、outd端分别连接控制器脉冲驱动电路输入端。

优选地，所述控制器脉冲驱动电路的电路连接如下：芯片u1、u3、u5、u7的in端分别连接移相控制芯片u6的outa、outb、outc、outd端，其vcc端和en端均连接电源，其gnd端均接地，芯片u1的out1、out2连接后经由电容c1连接驱动变压器t1的初级端，芯片u3的out1、out2连接后连接驱动变压器t1的初级端，驱动变压器t1的次级端1、次级端2分别连接igbt开关电路；芯片u5的out1、out2连接后经由电容c8连接驱动变压器t3的初级端，芯片u7的out1、out2连接后连接驱动变压器t3的初级端，驱动变压器t3的次级端1、次级端2分别连接igbt开关电路。

优选地，所述igbt开关电路包括igbt管v1、v2、v3、v4，升压电路包括高频变压器t2，输出整流电路包括二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8；

优选地，igbt管v1、v2、v3、v4的基极对应连接驱动变压器t1的次级端1、驱动变压器t1的次级端2、驱动变压器t3的次级端1、驱动变压器t3的次级端1，igbt管v1、v2集电极均连接三相整流电路的正输出端，igbt管v1、v2发射极对应连接igbt管v3、v4集电极，igbt管v3、v4发射极均连接三相整流电路的负输出端，igbt管v1发射极和igbt管v3集电极连接电感l2后串联电容c2，电容c2连接高频变压器t2的初级端2，igbt管v2发射极和v4集电极连接高频变压器t2的初级端1；

包括二极管d1、d2、d3、d4的桥式整流与包括二极管d5、d6、d7、d8的桥式整流串联连接，其一端连接调制电源输出端，另一端接地，二极管d3阴极连接二极管d4阴极；二极管d1阴极和二极管d3阳极均连接高频变压器t2次级端6，二极管d2阴极和二极管d4阳极均连接高频变压器t2次级端5，二极管d6阴极和二极管d8阳极均连接高频变压器t2次级端4，二极管d5阴极和二极管d7阳极均连接高频变压器t2次级端3。

优选地，所述三相整流电路包括依次连接的输入整流电路和lc滤波电路，输入整流电路和lc滤波电路的电路连接如下：所述输入整流电路u2输入端连接三相输入电压，其正输出端连接电感l1一端，电感l1另一端电容c3后连接其负输出端。

一种微波驱动调制电源，包括恒功率控制电路、脉冲产生和时序控制电路和数据传输电路，还包括脉冲调制电源电路，所述脉冲调制电源电路包括三相整流电路和脉冲高压功率变换器，所述三相整流电路输入端连接输入交流电，其输出端连接脉冲高压功率变换器，实现升压和脉冲调制，所述脉冲高压功率变换器输出端连接负载，实现输出脉冲微波功率。

优选地，所述脉冲高压功率变换器包括功率取样电路、移相控制电路、控制器脉冲驱动电路和脉冲高压变换电路；所述移相控制电路输入端连接上位机设置的脉冲调制信号和功率取样电路的取样反馈信号，所述移相控制电路输出连接控制器脉冲驱动电路后连接脉冲高压变换电路。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型根据取样数据和脉冲高压功率变换器实现输出满足要求的方波脉冲，避免现有高压调制电路中需要高耐压的隔离驱动电路和调制开关电路，避免现有电路中通过隔离驱动电路和调制开关调制需要调制开关承受大于10kv的工作电压、驱动电路需设置大于10kv的隔离配置带来电路复杂、搭建难度大的问题，达到了将原有单一的直流开关电源功能变成电源功率变换、升压和脉冲调制一体化，简化电路，降低成本的效果；

2.本实用新型将三相交流380v经u2整流，l1、c3滤波后得到约500v的直流电压，再经igbt管v1～v4变成高频交流，由t2升压，d1～d8整流，c4滤波后直接输出2.5kv～5.5kv的稳定方波脉冲，最后输出到磁控管产生微波；调制脉冲信号由上位机给出，送到u6的12脚，控制u6的13、14、17、18脚输出脉冲，调整igbt管v1～v4的工作状态，同时结合采样的功率确定最终的输出方波，从而高压输出端得到稳定的方波脉冲；

3.本实用新型将上位机给定的脉冲调制触发信号作为高压直流电源的使能信号,直接控制直流电源的输出，产生符合要求的高压脉冲；

4.本实用新型三相整流电路设置的lc滤波电路既保证了较小的直流电压脉动，又保证了高的输入功率因数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型的电路框图；

图2是本实用新型的脉冲高压功率变换器的电路框图；

图3是本实用新型的功率取样电路的电路图；

图4是本实用新型的移相控制电路的电路图；

图5是本实用新型的控制器脉冲驱动电路的电路图；

图6是本实用新型的三相整流电路和脉冲高压变换电路的电路图；

图7是本实用新型的现有技术的电路框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

为满足以下要求：

一种新型脉冲调制电源电路，脉冲调制电源电路输出端连接负载，包括三相整流电路和脉冲高压功率变换器，三相整流电路输入端连接输入交流电，其输出端连接脉冲高压功率变换器，实现升压和脉冲调制，所述脉冲高压功率变换器输出端连接负载，实现输出脉冲微波功率，如图1所示。

脉冲高压功率变换器包括功率取样电路、移相控制电路、控制器脉冲驱动电路和脉冲高压变换电路；移相控制电路输入端连接上位机设置的脉冲调制信号和功率取样电路的取样反馈信号，移相控制电路输出连接控制器脉冲驱动电路后连接脉冲高压变换电路。

上位机给出幅度5v的脉冲信号(脉冲宽度1ms～20ms、工作比1％～50％)，经图4中的r6加到u6的12脚cs端对u6的16、18脚输出的控制脉冲进行调节，控制igbt管v1～v4的移相工作状态，来控制脉冲调制电源的输出脉冲的幅值和脉冲宽度。调制电源输出的电流和电压取样值一般均选择在3v，两者取样信号经跟随器后，一同送给模拟乘法器进行乘积计算，得到的值再经跟随器后送给运放进行放大与给定的功率基准值进行误差调节，从而控制调制电源输出的脉冲幅度值，功率基准值为0～5v，对应调制电源输出脉冲幅度0～5.5kv。

具体原理：将三相交流380v经u2整流，l1、c3滤波后得到约500v的直流电压，再经igbt管v1～v4变成高频交流，由t2升压，d1～d8整流，c4滤波后直接输出2.5kv～5.5kv的稳定方波脉冲，最后输出到磁控管产生微波；调制脉冲信号由上位机给出，送到u6的12脚，控制u6的13、14、17、18脚输出脉冲，调整igbt管v1～v4的工作状态，同时结合采样的功率确定最终的输出方波，从而高压输出端得到稳定的方波脉冲。

本实用新型根据取样数据和脉冲高压功率变换器实现输出满足要求的方波脉冲，避免现有高压调制电路中需要高耐压的隔离驱动电路和调制开关电路，避免现有电路中通过隔离驱动电路和调制开关调制需要调制开关承受大于10kv的工作电压、驱动电路需设置大于10kv的隔离配置带来电路复杂、搭建难度大的问题，达到了将原有单一的直流开关电源功能变成电源功率变换、升压和脉冲调制一体化，简化电路，降低成本的效果。

实施例2

基于实施例1，细化脉冲高压功率变换器，细节如下：

脉冲高压功率变换器包括功率取样电路、移相控制电路、控制器脉冲驱动电路和脉冲高压变换电路；移相控制电路输入端连接上位机设置的脉冲调制信号和功率取样电路的取样反馈信号，移相控制电路输出连接控制器脉冲驱动电路后连接脉冲高压变换电路，如图2所示。

功率取样电路的电路连接如下：芯片u4的y1端连接脉冲电流采样输入端，其x1端连接脉冲电压采样输入端，其z1端和w端连接电阻r10后连接功率取样输出端，如图3所示。

移相控制电路的电路连接如下：移相控制芯片u6的ea+端连接电阻r8后连接功率设置基准输入端，其ea-连接电阻r12后连接功率取样反馈输入端即功率取样电路输出端，其cs端连接电阻r6后连接脉冲调制输入端即微波源上位机输出端，其cs端还连接电阻r5后接地，电阻r5还连接电阻r7后连接移相控制芯片u6的ads端，其outa、outb、outc、outd端分别连接控制器脉冲驱动电路输入端，如图4所示。

控制器脉冲驱动电路的电路连接如下：芯片u1、u3、u5、u7的in端分别连接移相控制芯片u6的outa、outb、outc、outd端，其vcc端和en端均连接电源，其gnd端均接地，芯片u1的out1、out2连接后经由电容c1连接驱动变压器t1的初级端，芯片u3的out1、out2连接后连接驱动变压器t1的初级端，驱动变压器t1的次级端1、次级端2分别连接igbt开关电路；芯片u5的out1、out2连接后经由电容c8连接驱动变压器t3的初级端，芯片u7的out1、out2连接后连接驱动变压器t3的初级端，驱动变压器t3的次级端1、次级端2分别连接igbt开关电路，如图5所示。

脉冲高压变换电路包括igbt开关电路、变压器隔离升压电路和输出整流电路，所述igbt开关电路连接变压器隔离升压电路，所述变压器隔离升压电路连接输出整流电路，如图6所示。

igbt开关电路包括igbt管v1、v2、v3、v4，升压电路包括高频变压器t2，输出整流电路包括二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8；

igbt管v1、v2、v3、v4的基极对应连接驱动变压器t1的次级端1、驱动变压器t1的次级端2、驱动变压器t3的次级端1、驱动变压器t3的次级端1，igbt管v1、v2集电极均连接三相整流电路的正输出端，igbt管v1、v2发射极对应连接igbt管v3、v4集电极，igbt管v3、v4发射极均连接三相整流电路的负输出端，igbt管v1发射极和igbt管v3集电极连接电感l2后串联电容c2，电容c2连接高频变压器t2的初级端2，igbt管v2发射极和v4集电极连接高频变压器t2的初级端1；

包括二极管d1、d2、d3、d4的桥式整流与包括二极管d5、d6、d7、d8的桥式整流串联连接，其一端连接调制电源输出端，另一端接地，二极管d3阴极连接二极管d4阴极；二极管d1阴极和二极管d3阳极均连接高频变压器t2次级端6，二极管d2阴极和二极管d4阳极均连接高频变压器t2次级端5，二极管d6阴极和二极管d8阳极均连接高频变压器t2次级端4，二极管d5阴极和二极管d7阳极均连接高频变压器t2次级端3。

上述电路所用的型号为：芯片u4型号为ad734aq，脉冲控制芯片u6型号为ucc3895n，芯片u1、u3、u5、u7的型号为ixdd614pi，驱动变压器t1、t3型号为φ13.2*21.5*10mm磁环自制变压器，变压器t2型号为铁氧体磁芯ec80自制的变压器，igbt管v1和v2为一组件，型号为cm100du-24nfh，v3、v4为一组件，型号为cm100du-24nfh，二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8的型号为rhrp8120。通过本申请的附图和型号记载，本领域的技术人员可清楚、完整地实现本申请记载的技术方案。

具体原理：将三相交流380v经u2整流，l1、c3滤波后得到约500v的直流电压，再经igbt管v1～v4变成高频交流，由t2升压，d1～d8整流，c4滤波后直接输出2.5kv～5.5kv的稳定方波脉冲，最后输出到磁控管产生微波；其中，移相控制电路输入端连接上位机设置的脉冲调制信号和功率取样电路的取样反馈信号，移相控制电路输出连接控制器脉冲驱动电路后连接脉冲高压变换电路，如图2所示，上位机给予调制脉冲信号送到移相控制芯片u6的12脚，控制u6的13、14、17、18脚输出脉冲，调整igbt管v1～v4的工作状态，同时结合采样的功率确定最终的输出方波，从而高压输出端得到稳定的方波脉冲。

实施例4

基于实施例1或者2，本申请的三相整流电路包括依次连接的输入整流电路和lc滤波电路，如图6所示，输入整流电路和lc滤波电路的电路连接如下：输入整流电路u2输入端连接三相输入电压，其正输出端连接电感l1一端，电感l1另一端电容c3后连接其负输出端。lc滤波电路是无源滤波，滤除整流后的纹波，同时也起到无功补偿的作用，适用于高电压大电流负载电路。

电感、电容的取值为：l：φ48*φ16*26mm磁环，65t感量为36mh，c：10uf/900v*2只，该lc滤波电路保证了较小的直流电压脉动，又保证了高的输入功率因数。

实施例5

基于实施例1，一种微波驱动调制电源，包括arm+fpga控制系统电路，还包括实施例1所述的脉冲调制电源电路，脉冲调制电源电路包括三相整流电路和脉冲高压功率变换器，三相整流电路输入端连接输入交流电，其输出端连接脉冲高压功率变换器，实现升压和脉冲调制，脉冲高压功率变换器输出端连接负载，实现输出脉冲微波功率。

脉冲高压功率变换器包括功率取样电路、移相控制电路、控制器脉冲驱动电路和脉冲高压变换电路；移相控制电路输入端连接上位机设置的脉冲调制信号和功率取样电路的取样反馈信号，移相控制电路输出连接控制器脉冲驱动电路后连接脉冲高压变换电路。

根据取样数据和脉冲高压功率变换器实现输出满足要求的方波脉冲，避免现有高压调制电路中需要高耐压的隔离驱动电路和调制开关电路，避免现有电路中通过隔离驱动电路和调制开关调制需要调制开关承受大于10kv的工作电压、驱动电路需设置大于10kv的隔离配置带来电路复杂、搭建难度大的问题，达到了将原有单一的直流开关电源功能变成电源功率变换、升压和脉冲调制一体化，简化电路，降低成本的效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。