SWP系列發(fā)射管燈絲專用電源原理??

1引言

隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展，廣播電視節(jié)目在不斷的增加，如何提高發(fā)射管的使用壽命是具有重要意義的事情。當(dāng)發(fā)射機(jī)的所有設(shè)備調(diào)整及維護(hù)都屬正常的前提下，使用發(fā)射管燈絲專用穩(wěn)壓電源，對(duì)提高播出質(zhì)量，延長(zhǎng)發(fā)射管的壽命，節(jié)約有限的經(jīng)費(fèi)，具有事半功倍的作用。

2燈絲專用電源的工作原理

電子管陰極（燈絲）加熱電源是電子管正常工作的前題。而燈絲電源的質(zhì)量將直接影響到電子管特別是大功率發(fā)射管的壽命，因此燈絲加熱電源應(yīng)有一定程度的穩(wěn)定性和精確度。一般大功率發(fā)射管的燈絲電源無(wú)較高精度的穩(wěn)壓措施，無(wú)平滑加電壓的功能，起動(dòng)時(shí)有浪涌電流沖擊，效率低。

某廠生產(chǎn)的10kW電視發(fā)射機(jī)末級(jí)大功率發(fā)射管燈絲的供電，就是采用變壓器降壓，二極管整流，LC濾波的電路，如圖1所示。這類電路的電壓輸出穩(wěn)定度取決于電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定度，而目前我國(guó)一般工業(yè)用電電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定度約在10％～20％左右，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)直接影響著燈絲變壓器的輸出電壓，而燈絲電壓的不穩(wěn)定就導(dǎo)致燈絲加熱溫度的變化，進(jìn)而影響電子管的工作狀態(tài)的穩(wěn)定。對(duì)于電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大的地區(qū)和使用三相電源的中功率發(fā)射差轉(zhuǎn)機(jī)，可以給燈絲電源采取單獨(dú)交流穩(wěn)壓措施。

有的地方采用交流穩(wěn)壓器對(duì)交流電源進(jìn)行穩(wěn)壓，此時(shí)的穩(wěn)壓精度大約是2％～3％，只是相對(duì)改善了供電的穩(wěn)定度，對(duì)于大功率發(fā)射管來(lái)說(shuō)，不穩(wěn)定的供電無(wú)論對(duì)發(fā)射管的工作狀態(tài)還是燈絲的壽命都會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。另外，處在真空狀態(tài)下的電子管燈絲在常溫或低溫狀態(tài)下，其電阻很小，而在高溫狀態(tài)下，其電阻要大得多，因此電子管起動(dòng)的瞬間，穩(wěn)定工作的燈絲電壓加在尚處于冷態(tài)甚至低溫狀態(tài)的發(fā)射管的燈絲上，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比正常工作電流大得多的浪涌電流，如圖2所示。雖然這個(gè)電流很快會(huì)因燈絲溫度的升高而下降，浪涌電流的沖擊會(huì)對(duì)電子管燈絲本身的壽命造成危害。加之變壓器降壓整流供電電路的效率一般在50％以下，多余的能量以熱的形式釋放出來(lái)，而過(guò)多的熱量又會(huì)造成別的器件的老化或氧化，金屬的氧化層會(huì)引起觸點(diǎn)之間接觸電阻增加，從而增加損耗，并引發(fā)其他的故障。

圖1一般燈絲供電電路

圖2改進(jìn)前后電流曲線

圖3分檔加燈絲電壓的電流曲線

圖4平滑燈絲電路框圖

圖5軟起動(dòng)電路示意

為了減小浪涌電流的沖擊，避免發(fā)射管提前損壞，已在大功率電視發(fā)射機(jī)上采取了一些改進(jìn)的措施。主要有：采用分檔上燈絲電壓的方法，以解決燈絲冷態(tài)電阻?。ㄍ钦９ぷ鲿r(shí)熱阻阻值的1/7），開(kāi)機(jī)時(shí)沖擊電流大，影響電子管燈絲壽命。分檔加燈絲電壓的方法可以分兩檔或三檔，也可以緩慢增加燈絲電壓至額定值。在燈絲供電系統(tǒng)作的另一項(xiàng)改進(jìn)是采用了“黑燈絲”的方法。所謂黑燈絲是指發(fā)射機(jī)停播以后，只降低而不斷開(kāi)燈絲供電電源的電壓，保持額定值的10％～20％左右的電壓，燈絲呈暗紅色，微溫使燈絲有較大的電阻。

燈絲電壓對(duì)電子管壽命的影響可以從跟蹤調(diào)查的一批進(jìn)口鎢陰極電子管使用情況中得知，當(dāng)燈絲電壓超過(guò)額定值5％，電子管在國(guó)內(nèi)條件下使用壽命由4000h以上降到了2500h左右。這個(gè)方法的缺點(diǎn)首先是浪費(fèi)能源，其次帶電停機(jī)給例行維修帶來(lái)不便，再者發(fā)射管長(zhǎng)期使用在欠壓狀態(tài)下，會(huì)造成陰極中毒，不利于發(fā)射管正常的工作特性的發(fā)揮。分檔加燈絲電壓的方法仍有小的浪涌電流，如圖3所示。發(fā)射管正常的工作電壓仍然不是穩(wěn)定電壓狀態(tài)。

合肥步瑞祺電子通信有限公司生產(chǎn)的發(fā)射管燈絲專用穩(wěn)壓電源有兩個(gè)特點(diǎn)：一是采用高精度的開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓技術(shù)，穩(wěn)壓精度高，效率高，節(jié)能；二是采用軟起動(dòng)，從根本上解決浪涌電流沖擊的問(wèn)題。

將開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路與軟起動(dòng)電路組合，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源提供高精度的穩(wěn)壓輸出，軟起動(dòng)電路采取從零開(kāi)始平滑提升PWM輸出脈沖寬度的辦法，利用其輸出電壓隨PWM的脈寬相應(yīng)改變的原理，達(dá)到輸出電壓從零平滑升高的目的。其基本的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，脈寬調(diào)制（PWM）電路技術(shù)也得到很大提高，大部分開(kāi)關(guān)電源的控制電路都采用PWM來(lái)作為控制電路。

它們的工作原理是：?jiǎn)蜗嘟涣鬏斎腚娫粗苯咏?jīng)整流濾波得到300V直流高壓，然后分兩路輸出，一路為功率驅(qū)動(dòng)電路提供電源，另一路產(chǎn)生12V～25V的輔助電源供PWM及其它電路。PWM電路產(chǎn)生一系列脈沖寬度可調(diào)的脈沖電壓，作為驅(qū)動(dòng)電壓控制功率管的導(dǎo)通與截止，再經(jīng)高頻變壓器隔離降壓后整流輸出。輸出電壓及電流信號(hào)經(jīng)反饋電路送回PWM來(lái)自動(dòng)調(diào)整輸出脈沖的寬度，從而穩(wěn)定輸出電壓。保護(hù)電路負(fù)責(zé)檢測(cè)輸出電壓，電流的情況，當(dāng)電壓及電流出現(xiàn)設(shè)計(jì)所不允許的異常值時(shí)，保護(hù)電路則給出控制信號(hào)，使PWM電路停止工作，以保護(hù)功率電路本身及負(fù)載。

軟起動(dòng)電路的作用是對(duì)PWM電路進(jìn)行控制，使輸出電壓逐步形成一個(gè)上升的曲線，上升時(shí)間的長(zhǎng)短可以借助RC參數(shù)的調(diào)整而在較大的范圍內(nèi)改變，剛開(kāi)機(jī)時(shí)軟起動(dòng)電路控制PWM輸出脈寬為零，從而使輸出電壓為零，隨著電容C的充電，PWM電路的脈寬開(kāi)始逐步增加，輸出電壓也在逐步提高，如圖5所示，當(dāng)電容充滿電后，軟起動(dòng)電路會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)對(duì)PWM電路的控制。由于控制接入點(diǎn)的邏輯與關(guān)系，使得軟起動(dòng)電路完全不影響電源反饋回路對(duì)PWM電路的控制作用。

根據(jù)不同的發(fā)射管工作特性，軟起動(dòng)曲線可以調(diào)整為線性型、指數(shù)型、對(duì)數(shù)型等，軟起動(dòng)時(shí)間一般在30s～300s左右，也可根據(jù)要求進(jìn)行具體調(diào)整。

3使用效果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)和一批使用了燈絲專用電源的電視臺(tái)提供的數(shù)據(jù)表明，通過(guò)軟起動(dòng)和穩(wěn)壓供電可有效地改善發(fā)射管的工作條件，提高播出的質(zhì)量。另外，效率的提高，既降低消耗又減少了發(fā)熱引起的諸如金屬表面氧化等帶來(lái)的維護(hù)工作量和故障率的增加。

通過(guò)對(duì)已長(zhǎng)期使用該燈絲專用電源的用戶的調(diào)查，證實(shí)發(fā)射管延長(zhǎng)了3倍以上的壽命，最長(zhǎng)達(dá)標(biāo)稱壽命的5倍，例如吉林扶余三岔河電視轉(zhuǎn)播臺(tái)早在1997年就購(gòu)買了兩只SWP1079型號(hào)的電源，在當(dāng)時(shí)已用了半年多的FU?10F管子上使用，又使用了兩年多至今仍在使用。再如河南省電視發(fā)射臺(tái)的一臺(tái)進(jìn)口意大利泰克諾10kW發(fā)射機(jī)，其燈絲電源出了故障，原電源為美國(guó)LH電源，如果購(gòu)買原裝的電源需要人民幣5萬(wàn)元左右，該臺(tái)僅花費(fèi)1萬(wàn)多元從合肥步瑞祺電子通信公司訂購(gòu)了1只燈絲專用電源后，經(jīng)過(guò)三年多的使用一直工作正常，使原來(lái)已經(jīng)工作了1萬(wàn)多小時(shí)的TH371末級(jí)發(fā)射管又繼續(xù)使用了2年多，目前已達(dá)3萬(wàn)6千多小時(shí)，超過(guò)其正常使用壽命1倍多，現(xiàn)仍在繼續(xù)使用中，為此該臺(tái)又分批訂購(gòu)了6只大功率電源，逐步將末級(jí)的燈絲電源更換掉。有的電視臺(tái)干脆將所有的電子管都換上了SWP系列燈絲專用電源，一次性投資并不算大，但既節(jié)約了可觀的電子管經(jīng)費(fèi)，而且免除了不少因換管時(shí)重新調(diào)整發(fā)射機(jī)幅頻特性等工作，減少了維護(hù)工作量并降低了停播率，從而取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。