基于IGBT的固态脉冲调制器设计与实现

以氢闸流管ZQM1-350/14型为例，其参数为14000V/350A，陶瓷外壳，需要12.6V/6A的灯丝电源。其关断时，高压电源经充电电感和变压器的原边给仿真线充电，氢闸流管接通时，仿真线经氢闸流管对变压器原边放电，在变压器的副边产生高压脉冲去调制磁控管。氢闸流调制器的结构如图2所示。

充氢闸流管是由阳极、阴极、栅极(控制栅，有的还具有预点火栅或分压栅等)组成，将所有电极用绝缘外壳密封，利用低压氢气(氘气)作为工作及灭弧绝缘介 质，是离子开关管中的一个分支，将触发脉冲(正极性)加到栅极，使阴-栅间隙产生辉光放电，放电扩展到阳栅间隙导致阳栅间隙击穿导通，使外电路通过阳极- 栅极-阴极放电，而输出脉冲电流，是具有正启动特性的脉冲电真空器件，具有工作电压高，脉冲电流大，触发电压低，脉冲宽度窄，电流上升快，点火稳定等特 点，广泛应用于国防、医疗、高能激光、科学研究等领域或场合。

氢闸流管作为开关时，开关的接通是由控制栅极上施加正触发脉冲来实现的。如果闸流管阳极具有足够高的正向电压，栅极一旦被触发，阳极-阴极之间将迅速导 通，栅极就失去了对放电的控制作用。只有阳极电压降得很低，不足以维持放电电流时，闸流管才会截止。闸流管在放电结束后，要经过一段消电离时间，栅极才能恢复原来的控制功能。因此，闸流管脉冲调制器形成的脉冲波形顶部抖动、后沿拖长。

况且真空管调制器由于电子管的外围电路有偏压、帘栅、 阳极等电源，这些电源是不可缺少且体积庞大的高压电源。调制器导通时的管压降较大，调制器效率较低。电子管极间电容的存在很难实现窄脉冲调制。另外由于电 子管在真空度变差情况下可能会出现打火等现象，严重影响雷达发射机的可靠性。电子管阴极的寿命较短，也制约着电子管在调制器中的使用。

全固态调制器与电子管调制器相比具有效率高、体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、维修费用低等优点。因此，研究固态调制器是一个极为重要的发展方向。3.2固态脉冲调制器

固态脉冲调制器就是以固态开关管IGBT替代电真空管的调制器。IGBT模块采用10只IGBT串联成网络使用，单片机驱动模块利用单片机形成统一的触发脉冲，经驱动模块M57962L同步触发IGBT网络。其结构如图3所示。

Tch等于调制器脉冲重复周期T0两倍，即调制器的脉冲重复频率是固定的。因此为了适应雷达工作于多种重复频率的要求，可在充电电路中串入一只二极管，称为充电二极管或保持二极管。这时只要充电电路的Tch值小于最小的脉冲重复周期就行了。

VD2和R1称为过电压保护电路，它的作用是防止仿真线上出现过高的电压而损坏功率管。当仿真线向接近短路的负载放电时，其上的电压会变成负极性，由于 功率管不能反向导电，这个负极性的电压不会消失，在下一个脉冲重复周期充电时，这个电压与电源电压的极性一致，所以仿真线将会充电到一个较高的电压值。如 果这时负载打火并未消失，那么这一过程将会继续下去。在理论上可以证明，仿真线上的电压将会达到电源电压的6倍之多。当电路中接入VD2和R1之后，只要 仿真线上出现负极性电压，就可以通过VD2放掉，从而防止了仿真线上过电压的产生。

R2C2称为反肩峰电路。当仿真线向不匹配的负载放电会在脉冲的前沿引起显著的肩峰。R2C2电路就是为了减小这种肩峰的，其电阻通常选择和负载阻抗相等，而电容的大小可按电路时间常数与脉冲前沿时间大致相当来确定。

功率开关管IGBT采用高速型MG400Q1US41，其参数为1 200V/400A，其参数如图4所示。工程中采用十管串联的方法以适应高电压的要求。驱动模块采用M57962L，其参数为1200V/400A。

十管串联需要保证串联的10个管子同时导通、同时截止，否则先导通或者后截止的管子就因为要承受高电压而击穿，进一步击穿所有的管子，而形成调制器故 障，造成不必要的损失。解决的办法是用单片机产生一路触发脉冲，同时触发驱动模块。因为驱动模块具有较高的输入阻抗，因此单片机的输出电流足够同时触发驱 动模块。10个驱动模块被同时触发，因其延迟的一致性，会使单片机的触发脉冲同时加到10个IGBT的栅极。根据调制器的要求，由单片机