Резонансный источник электропитания для мощных сверхвысокочастотных устройств

Цели. Постоянно растущие требования к техническим параметрам радиопередающих сверхвысокочастотных (СВЧ) устройств вызывают необходимость искать способы повышения их эффективности и надежности, а также уменьшения массогабаритных показателей. Эти требования в значительной мере касаются источников вторичного электропитания. Целью данной работы является разработка источников вторичного электропитания цепей накала и смещения для пролетного многолучевого клистрона, способных работать под высоким потенциалом катода клистрона и обеспечивать стабильное напряжение во всех рабочих режимах.

Методы. Для расчета параметров резонансного контура использован метод аппроксимации первой гармоники.

Результаты. Описан метод разработки источников вторичного электропитания, разработаны источники питания накала и смещения для пролетного многолучевого клистрона. Представлен метод расчета и апробирована конструкция обмоток трансформатора, позволяющие отказаться от использования дросселей как отдельных элементов путем их интеграции внутри одной магнитной системы и обеспечить развязку по высокому потенциалу вторичной обмотки. Проведены испытания источника питания в составе комплексного испытательного моделирующего стенда, получены осциллограммы основных параметров. Показана работа источника питания в режиме переключения при нулевом напряжении для минимального, номинального и максимального входного напряжения в области с индуктивным сопротивлением контура, когда фаза напряжения опережает фазу тока.

Выводы. Коэффициенты полезного действия источников накала и смещения составили 85% и 92% соответственно. Разработанные источники имеют меньшие габариты по сравнению с трансформаторными аналогами и позволяют поддерживать стабильное выходное напряжение при изменении входного напряжения, а использование метода плавного пуска позволит продлить срок службы клистрона.

1. Суходолец Л.Г. Мощные вакуумные СВЧ приборы. Учебное пособие по изучению ЭВП СВЧ. М.: ИКАР; 2014. 272 с.

2. Заболотная С.В., Емельянов Е.В., Цыцарев А.Ю., Албутов А.Н. Система автоматизированного управления, защиты и контроля выходного усилителя передающего устройства многофункционального радиолокатора. Вестник воздушно- космической обороны. 2017;2(14):70–76. https://elibrary.ru/ysdqqr

3. Лобов И.Н., Березин О.К. Высоковольтный импульсный модулятор для аппаратуры передающего устройства МФР. Вестник воздушно-космической обороны. 2020;3(27):22–30. https://www.elibrary.ru/atttkk

4. Баранов В.В., Лобов И.Н., Хафизов Д.Р. Высоковольтный импульсный модулятор для лампы бегущей волны радиопередающей аппаратуры МРЛС. Вестник воздушно-космической обороны. 2023;2(38):55–62. https://www.elibrary.ru/cqkgfd

5. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. Часть 2. Новосибирск: НГТУ; 2000. 197 с.

6. Полищук А. Высокоэффективные источники вторичного электропитания высокого напряжения для радиопередающих устройств СВЧ. Силовая электроника. 2004;2:66–70. https://elibrary.ru/mvrpnb

7. Lee S.-S., Moon G.-W. Full ZVS-Range Transient Current Buildup Half-Bridge Converter with Different ZVS Operations to Load Variation. IEEE Trans. Ind. Electron. 2008;55(6):2557–2559. https://doi.org/10.1109/TIE.2008.921239

8. Steigerwald R.L. A Comparison of Half-Bridge Resonant Converter Topologies. IEEE Trans. Power Electron. 1988;3(2): 174–182. http://doi.org/10.1109/63.4347

9. Zhang B., Zhao M., Huang P., Wang Q. Optimal design of GaN HEMT based high efficiency LLC converter. Energy Rep. 2022;8(5):1181–1190. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.02.276

10. Zhang S., Li L., Zhao Z., Fan S., Wang C. Optimal trajectory based start-up control of LCC resonant converter for X-ray generator applications. Energy Rep. 2022;8(5):957–965. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.02.266

11. Wei Y., Luo Q., Mantooth H.A. Synchronous Rectification for LLC Resonant Converter: An Overview. IEEE Trans. Power Electron. 2021;36(6):7264–7280. https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.3040603

12. Li N., Cao Y., Zhang Y., Li Z., Jiang L., Zhang X.P. Parameter optimization strategy of LLC converter soft start-up process based on a simplified numerical calculation model. Energy Rep. 2023;9(10):909–919. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.05.118

13. Kucka J., Dujic D. Equal Loss Distribution in Duty-Cycle Controlled H-Bridge LLC Resonant Converters. IEEE Trans. Power Electron. 2021;36(5):4937–4941. https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.3028879

14. Смирнова В. Высокоэффективный, компактный резонансный ZVS мостовой конвертер на основе 1200 ВSiC-MOSFET. Силовая электроника. 2016;6(63):54–60. https://www.elibrary.ru/xrngcd

15. Новиков Ю., Соломатин М. Разработка полумостового резонансного преобразователя на основе IRS2795. Электронные компоненты. 2011;3:103–111.

16. Duerbaum T. First harmonic approximation including design constraints. In: INTELEC – Twentieth International Telecommunications Energy Conference (Cat. No. 98CH36263). 1998. P. 321–328. https://doi.org/10.1109/INTLEC.1998.793519

17. Скуто А., Гайто А. Выбор полумостового резонансного LLC-преобразователя и MOSFET первичной стороны. Силовая электроника. 2016;2(59):30–32. https://elibrary.ru/waoxqt

18. Семенов Б.Ю. Силовая электроника от простого к сложному. М.: СОЛОН-Пресс; 2005. 416 с.

19. Chen Q., Long X., Chen Y., Xu S., Chen W. The Structure and Its Leakage Inductance Model of Integrated LLC Transformer With Wide Range Value Variation. CPSS Trans. Power Electron. Appl. 2022;7(4):409–420. https://doi.org/10.24295/CPSSTPEA.2022.00037

20. Хныков А.В. Теория и расчет трансформаторов источников вторичного электропитания. М.: СОЛОН-Пресс; 2004. 128 с.