大功率短波发射机通用控制系统可控硅调压器的控制

王荣飞

摘 要 电子管灯丝的作用是加热阴极，使阴极电子更容易逃脱阴极在栅极的控制作用下飞向阳极，然而大功率短波发射机灯丝加热电流非常大，多在400A以上，发射机由开机到播音阶段主要等待时间就是在灯丝控制上，本文讲述了利用可控硅调压器控制电子管灯丝电压延长电子管使用寿命、降低停播率等方面的设置。

【关键词】大功率电子管 灯丝 可控硅调压器

大功率高频电子管的成本相当高，阴极是电子管的电子源，发射机管的工作首先决定于阴极，它与其他电级相比较为脆弱，断灯丝、阴极发射效率低是电子管的常见故障，如何提高电子管的使用寿命、减少停播率、在需要时能尽快投入播音，正常的做法是将电子管设置在全灯丝状态，但这种状态第一是全灯丝状态冷却系统和灯丝系统全开，对没有播音任务的发射机也需要消耗大量电力，同时若长时间处于全灯丝状态对电子管寿命也有影响，系统采用FPGA接收人机接口单元的设定值，通过DA转换输出0-20mA的电流控制可控硅调压器完成灯丝电压的调整，并设置有黑灯丝及快速恢复功能，让发射机在没有播音任务时处于黑灯丝状态延长电子管的寿命，在需要播音时，能迅速将灯丝升到全灯丝投入播音。

1 大功率电子管灯丝特性

高频大功率电子管是发射机高周系统的核心部件，其价格较昂贵，工作在高电压、大电流、强激励、大功率输出的状态下，较易引发各类故障损伤电子管，况且大功率电子管本身的寿命就是灯丝的寿命，保护高频大功率电子管阴极，以维持和延长其阴极电子发射能力的有效时间是很多工程技术人员关心的焦点。原老的灯丝系统均是用机械调压器，其相应速度慢，因机械部位动作平凡，维护量高，特别是在电力系统出现故障切换后，不能立即恢复播音，可控硅交流调压器，是一种以可控硅为基础，以智能数字控制电路为核心通过控制移相角达到改变电压的目的电源功率控制电器，具有效率高、无机械噪声和磨损、响应速度快等优点。

2 灯丝控制

2.1 灯丝的控制

灯丝的控制是FPGA通过系统逻辑判断允许升灯丝后，通过FPGA按照SPI三线制串行接口控制AD5628输出0-2.5V模拟量，利用ADA4000进行4倍放大输出0-10V；为防止可控硅调压器影响系统内部的工作，利用2000V隔离的ISO124U进行隔离耦合，经过LF355进行驱动后输出。因电子管灯丝阻抗非常低，全灯丝状态时其灯丝电流在400A以上，若控制不当将会导致冲击电流大影响电子管灯丝寿命，为此系统在对灯丝进行升降控制时是稳步进行的。

2.2 灯丝电流、电压检测

灯丝电流是通过电流互感器输出4-20mA进行取样的，灯丝电压进行分压进行分压后输出的，为防止信号因走线过长受到干扰，系统采用平衡输入方式输入，经过平衡运算放大器跟随后，输入3倍放大器进行放大，因灯丝供电有交流供电和直流供电，所以系统设置AD536A进行交流/直流转换，输出的直流信号经过10HZ低通滤波后送到AD7328进行AD转换，FPGA按照SPI3线制结构按照500K的采样速率进行采样13BIT的数字信号，在FPGA内部作为控制灯丝的基准。

2.3 灯丝控制流程

主要是允许开机、黑灯丝、全灯丝3个流程。

2.3.1 黑灯丝

在系统加电发出黑等丝指令后，开始判断发射机低压供电及紧急关断等允许开机逻辑是否成立，若成立，则合上黑灯丝泵，在系统检测到黑等丝冷却正常后，开始进行升灯丝控制，因冷灯丝时灯丝阻抗较低，为尽量延长电子管灯丝寿命，在由灯丝零位到黑灯丝过程时，灯丝的控制频率相对较低，大概需要3分钟左右才到达黑灯丝位置，在灯丝到达黑灯丝位置后，系统进行黑灯丝预热延迟，一般在30分钟左右，在黑灯丝预热完成后整机进入待命状态。

2.3.2 全灯丝

在系统发出全灯丝指令后，系统合上全灯丝冷却系统，主要是高速水泵和燈丝冷却风机，断开黑灯丝冷却系统，在全灯丝冷却正常后，系统开始由黑灯丝到全灯丝进行升灯丝控制，因黑灯丝位置的预热准备，灯丝温度具备快速升到全灯丝状态，为此系统由黑灯丝到达全灯丝位置的控制时长大概在2分钟左右，当灯丝到达全灯丝位置后，发出灯丝完成指令，在发出高压指令后，系统完成高周控制开始播音，也就是说在发射机处于黑灯丝状态时，若需要可在2分钟左右投入播音，这种结构对代波机是非常有利的，平时耗电低，整机运转设备较少，也极大的降低了维护量。

2.3.3 关机

在发射机处于全灯丝状态时，若发出黑灯丝指令，则系统开始将灯丝由全灯丝位置降到黑灯丝，在到达黑灯丝位置后，保留全灯丝冷却系统，延迟12分钟后断开全灯丝冷却系统，同时启动黑灯丝冷却系统，正常情况灯丝降到黑灯丝位置后就一直保留此状态，若需检修等因素需要关闭整机电源时，系统在收到关机指令后将灯丝由黑等丝位置降到零位，灯丝到达零位后，关闭黑等丝冷却系统。

2.3.4 快速灯丝

短波发射机基本都具备2路供电，若电力系统出现故障后自动切换到另外一路继续保持供电，此时发射机降出现短暂停电，原老系统在电力恢复后，至少需要3分钟以上的时间才能恢复播音，但针对灯丝特性，系统设置了12秒内恢复播音的设置，因为在播音状态，若短暂掉电，则灯丝依然是热灯丝，在停电时，系统立即降灯丝控制设置到零位，在电力恢复后，以较高的控制频率，在12秒内将灯丝由零位升到全灯丝状态，并恢复播音。

2.3.5 灯丝稳压

灯丝电压一般不得超过额定电压的5%，若灯丝电压过低倘若造成灯丝发热不足就会使灯丝中毒，若灯丝电压过高则会极大降低灯丝的寿命。在灯丝到达全灯丝位置后，为防止电力波动导致灯丝电压波动，系统设计了灯丝自由设置的灯丝稳压，若灯丝电压超稳压范围100毫秒后自动将灯丝电压控制到指定位置，若灯丝控制到高限设置后仍然不能满足需求则立即发出告警。为尽量延长电子管的使用寿命，针对新管在上机后至少在全灯丝状态加热30分钟后方可进入播音；同时因为灯丝的原设计电子发射效率有一定的储备，适当调低依然可以满足束电流的要求，所以一开始使用时可适当调低电子管的灯丝电压，如果电子管已使用到晚期，为了维持继续使用亦可将灯丝电压调高，乃至高于额定电压。

3 结语

高频大功率电子管价格较昂贵，本文对延长和保护电子管的寿命的基础上，利用黑灯丝技术降低功耗、维护量以及能及时投入播音，同时如何尽量降低停播率做了全面的阐述。

作者单位

国家新闻出版广电总局501台 云南省安宁市市 650302