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。當發(fā)射機的所有設(shè)備調(diào)整及維護都屬正常的前提下，使用發(fā)射管燈絲專用穩(wěn)壓電源，對提高播出質(zhì)量，延長發(fā)射管的壽命，節(jié)約有限的經(jīng)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(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)射管的燈絲電源無較高精度的穩(wěn)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(chǎn)的10kW電視發(fā)射機末級大功率發(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)定就導致燈絲加熱溫度的變化，進而影響電子管的工作狀態(tài)的穩(wěn)定。對于電網(wǎng)電壓波動較大的地區(qū)和使用三相電源的中功率發(fā)射差轉(zhuǎn)機，可以給燈絲電源采取單獨交流穩(wěn)壓措施。

有的地方采用交流穩(wěn)壓器對交流電源進行穩(wěn)壓，此時的穩(wěn)壓精度大約是2％～3％，只是相對改善了供電的穩(wěn)定度，對于大功率發(fā)射管來說，不穩(wěn)定的供電無論對發(fā)射管的工作狀態(tài)還是燈絲的壽命都會產(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，會產(chǎn)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(fā)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(fā)射管提前損壞，已在大功率電視發(fā)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(tài)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(tǒng)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(fā)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(diào)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(nèi)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(fā)射管長期使用在欠壓狀態(tài)下，會造成陰極中毒，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)壓電源有兩個特點：一是采用高精度的開關(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，從根本上解決浪涌電流沖擊的問題。

將開關(guān)穩(wěn)壓電源電路與軟起動電路組合，開關(guān)穩(wěn)壓電源提供高精度的穩(wěn)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(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，大部分開關(guān)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(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)動電壓控制功率管的導通與截止，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經(jīng)反饋電路送回PWM來自動調(diào)整輸出脈沖的寬度，從而穩(wěn)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(xiàn)設(shè)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(shù)的調(diào)整而在較大的范圍內(nèi)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(guān)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(jù)不同的發(fā)射管工作特性，軟起動曲線可以調(diào)整為線性型、指數(shù)型、對數(shù)型等，軟起動時間一般在30s～300s左右，也可根據(jù)要求進行具體調(diào)整。

3使用效果

根據(jù)實驗和一批使用了燈絲專用電源的電視臺提供的數(shù)據(jù)表明，通過軟起動和穩(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(diào)查，證實發(fā)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(zhuǎn)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(fā)射臺的一臺進口意大利泰克諾10kW發(fā)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(jīng)過三年多的使用一直工作正常，使原來已經(jīng)工作了1萬多小時的TH371末級發(fā)射管又繼續(xù)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(xiàn)仍在繼續(xù)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(jié)約了可觀的電子管經(jīng)費，而且免除了不少因換管時重新調(diào)整發(fā)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(jīng)濟效益和社會效益。