SWP系列發射管燈絲專用電源原理??

1引言

隨著廣播電視事業的發展，廣播電視節目在不斷的增加，如何提高發射管的使用壽命是具有重要意義的事情。當發射機的所有設備調整及維護都屬正常的前提下，使用發射管燈絲專用穩壓電源，對提高播出質量，延長發射管的壽命，節約有限的經費，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。而燈絲電源的質量將直接影響到電子管特別是大功率發射管的壽命，因此燈絲加熱電源應有一定程度的穩定性和精確度。一般大功率發射管的燈絲電源無較高精度的穩壓措施，無平滑加電壓的功能，起動時有浪涌電流沖擊，效率低。

某廠生產的10kW電視發射機末級大功率發射管燈絲的供電，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定度取決于電網電壓的穩定度，而目前我國一般工業用電電網電壓的穩定度約在10％～20％左右，電網電壓的波動直接影響著燈絲變壓器的輸出電壓，而燈絲電壓的不穩定就導致燈絲加熱溫度的變化，進而影響電子管的工作狀態的穩定。對于電網電壓波動較大的地區和使用三相電源的中功率發射差轉機，可以給燈絲電源采取單獨交流穩壓措施。

有的地方采用交流穩壓器對交流電源進行穩壓，此時的穩壓精度大約是2％～3％，只是相對改善了供電的穩定度，對于大功率發射管來說，不穩定的供電無論對發射管的工作狀態還是燈絲的壽命都會產生一定程度的影響。另外，處在真空狀態下的電子管燈絲在常溫或低溫狀態下，其電阻很小，而在高溫狀態下，其電阻要大得多，因此電子管起動的瞬間，穩定工作的燈絲電壓加在尚處于冷態甚至低溫狀態的發射管的燈絲上，會產生一個比正常工作電流大得多的浪涌電流，如圖2所示。雖然這個電流很快會因燈絲溫度的升高而下降，浪涌電流的沖擊會對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，而過多的熱量又會造成別的器件的老化或氧化，金屬的氧化層會引起觸點之間接觸電阻增加，從而增加損耗，并引發其他的故障。

圖1一般燈絲供電電路

圖2改進前后電流曲線

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軟起動電路示意

為了減小浪涌電流的沖擊，避免發射管提前損壞，已在大功率電視發射機上采取了一些改進的措施。主要有：采用分檔上燈絲電壓的方法，以解決燈絲冷態電阻小（往往是正常工作時熱阻阻值的1/7），開機時沖擊電流大，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。在燈絲供電系統作的另一項改進是采用了“黑燈絲”的方法。所謂黑燈絲是指發射機停播以后，只降低而不斷開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。

燈絲電壓對電子管壽命的影響可以從跟蹤調查的一批進口鎢陰極電子管使用情況中得知，當燈絲電壓超過額定值5％，電子管在國內條件下使用壽命由4000h以上降到了2500h左右。這個方法的缺點首先是浪費能源，其次帶電停機給例行維修帶來不便，再者發射管長期使用在欠壓狀態下，會造成陰極中毒，不利于發射管正常的工作特性的發揮。分檔加燈絲電壓的方法仍有小的浪涌電流，如圖3所示。發射管正常的工作電壓仍然不是穩定電壓狀態。

合肥步瑞祺電子通信有限公司生產的發射管燈絲專用穩壓電源有兩個特點：一是采用高精度的開關電源穩壓技術，穩壓精度高，效率高，節能；二是采用軟起動，從根本上解決浪涌電流沖擊的問題。

將開關穩壓電源電路與軟起動電路組合，開關穩壓電源提供高精度的穩壓輸出，軟起動電路采取從零開始平滑提升PWM輸出脈沖寬度的辦法，利用其輸出電壓隨PWM的脈寬相應改變的原理，達到輸出電壓從零平滑升高的目的。其基本的電路結構框圖如圖4所示。

隨著集成電路技術的不斷發展，脈寬調制（PWM）電路技術也得到很大提高，大部分開關電源的控制電路都采用PWM來作為控制電路。

它們的工作原理是：單相交流輸入電源直接經整流濾波得到300V直流高壓，然后分兩路輸出，一路為功率驅動電路提供電源，另一路產生12V～25V的輔助電源供PWM及其它電路。PWM電路產生一系列脈沖寬度可調的脈沖電壓，作為驅動電壓控制功率管的導通與截止，再經高頻變壓器隔離降壓后整流輸出。輸出電壓及電流信號經反饋電路送回PWM來自動調整輸出脈沖的寬度，從而穩定輸出電壓。保護電路負責檢測輸出電壓，電流的情況，當電壓及電流出現設計所不允許的異常值時，保護電路則給出控制信號，使PWM電路停止工作，以保護功率電路本身及負載。

軟起動電路的作用是對PWM電路進行控制，使輸出電壓逐步形成一個上升的曲線，上升時間的長短可以借助RC參數的調整而在較大的范圍內改變，剛開機時軟起動電路控制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電路的脈寬開始逐步增加，輸出電壓也在逐步提高，如圖5所示，當電容充滿電后，軟起動電路會自動斷開對PWM電路的控制。由于控制接入點的邏輯與關系，使得軟起動電路完全不影響電源反饋回路對PWM電路的控制作用。

根據不同的發射管工作特性，軟起動曲線可以調整為線性型、指數型、對數型等，軟起動時間一般在30s～300s左右，也可根據要求進行具體調整。

3使用效果

根據實驗和一批使用了燈絲專用電源的電視臺提供的數據表明，通過軟起動和穩壓供電可有效地改善發射管的工作條件，提高播出的質量。另外，效率的提高，既降低消耗又減少了發熱引起的諸如金屬表面氧化等帶來的維護工作量和故障率的增加。

通過對已長期使用該燈絲專用電源的用戶的調查，證實發射管延長了3倍以上的壽命，最長達標稱壽命的5倍，例如吉林扶余三岔河電視轉播臺早在1997年就購買了兩只SWP1079型號的電源，在當時已用了半年多的FU?10F管子上使用，又使用了兩年多至今仍在使用。再如河南省電視發射臺的一臺進口意大利泰克諾10kW發射機，其燈絲電源出了故障，原電源為美國LH電源，如果購買原裝的電源需要人民幣5萬元左右，該臺僅花費1萬多元從合肥步瑞祺電子通信公司訂購了1只燈絲專用電源后，經過三年多的使用一直工作正常，使原來已經工作了1萬多小時的TH371末級發射管又繼續使用了2年多，目前已達3萬6千多小時，超過其正常使用壽命1倍多，現仍在繼續使用中，為此該臺又分批訂購了6只大功率電源，逐步將末級的燈絲電源更換掉。有的電視臺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，但既節約了可觀的電子管經費，而且免除了不少因換管時重新調整發射機幅頻特性等工作，減少了維護工作量并降低了停播率，從而取得了很大的經濟效益和社會效益。