王榮飛

摘 要 電子管燈絲的作用是加熱陰極，使陰極電子更容易逃脫陰極在柵極的控制作用下飛向陽(yáng)極，然而大功率短波發(fā)射機(jī)燈絲加熱電流非常大，多在400A以上，發(fā)射機(jī)由開(kāi)機(jī)到播音階段主要等待時(shí)間就是在燈絲控制上，本文講述了利用可控硅調(diào)壓器控制電子管燈絲電壓延長(zhǎng)電子管使用壽命、降低停播率等方面的設(shè)置。

【關(guān)鍵詞】大功率電子管 燈絲 可控硅調(diào)壓器

大功率高頻電子管的成本相當(dāng)高，陰極是電子管的電子源，發(fā)射機(jī)管的工作首先決定于陰極，它與其他電級(jí)相比較為脆弱，斷燈絲、陰極發(fā)射效率低是電子管的常見(jiàn)故障，如何提高電子管的使用壽命、減少停播率、在需要時(shí)能盡快投入播音，正常的做法是將電子管設(shè)置在全燈絲狀態(tài)，但這種狀態(tài)第一是全燈絲狀態(tài)冷卻系統(tǒng)和燈絲系統(tǒng)全開(kāi)，對(duì)沒(méi)有播音任務(wù)的發(fā)射機(jī)也需要消耗大量電力，同時(shí)若長(zhǎng)時(shí)間處于全燈絲狀態(tài)對(duì)電子管壽命也有影響，系統(tǒng)采用FPGA接收人機(jī)接口單元的設(shè)定值，通過(guò)DA轉(zhuǎn)換輸出0-20mA的電流控制可控硅調(diào)壓器完成燈絲電壓的調(diào)整，并設(shè)置有黑燈絲及快速恢復(fù)功能，讓發(fā)射機(jī)在沒(méi)有播音任務(wù)時(shí)處于黑燈絲狀態(tài)延長(zhǎng)電子管的壽命，在需要播音時(shí)，能迅速將燈絲升到全燈絲投入播音。

1 大功率電子管燈絲特性

高頻大功率電子管是發(fā)射機(jī)高周系統(tǒng)的核心部件，其價(jià)格較昂貴，工作在高電壓、大電流、強(qiáng)激勵(lì)、大功率輸出的狀態(tài)下，較易引發(fā)各類(lèi)故障損傷電子管，況且大功率電子管本身的壽命就是燈絲的壽命，保護(hù)高頻大功率電子管陰極，以維持和延長(zhǎng)其陰極電子發(fā)射能力的有效時(shí)間是很多工程技術(shù)人員關(guān)心的焦點(diǎn)。原老的燈絲系統(tǒng)均是用機(jī)械調(diào)壓器，其相應(yīng)速度慢，因機(jī)械部位動(dòng)作平凡，維護(hù)量高，特別是在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障切換后，不能立即恢復(fù)播音，可控硅交流調(diào)壓器，是一種以可控硅為基礎(chǔ)，以智能數(shù)字控制電路為核心通過(guò)控制移相角達(dá)到改變電壓的目的電源功率控制電器，具有效率高、無(wú)機(jī)械噪聲和磨損、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

2 燈絲控制

2.1 燈絲的控制

燈絲的控制是FPGA通過(guò)系統(tǒng)邏輯判斷允許升燈絲后，通過(guò)FPGA按照SPI三線制串行接口控制AD5628輸出0-2.5V模擬量，利用ADA4000進(jìn)行4倍放大輸出0-10V；為防止可控硅調(diào)壓器影響系統(tǒng)內(nèi)部的工作，利用2000V隔離的ISO124U進(jìn)行隔離耦合，經(jīng)過(guò)LF355進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后輸出。因電子管燈絲阻抗非常低，全燈絲狀態(tài)時(shí)其燈絲電流在400A以上，若控制不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致沖擊電流大影響電子管燈絲壽命，為此系統(tǒng)在對(duì)燈絲進(jìn)行升降控制時(shí)是穩(wěn)步進(jìn)行的。

2.2 燈絲電流、電壓檢測(cè)

燈絲電流是通過(guò)電流互感器輸出4-20mA進(jìn)行取樣的，燈絲電壓進(jìn)行分壓進(jìn)行分壓后輸出的，為防止信號(hào)因走線過(guò)長(zhǎng)受到干擾，系統(tǒng)采用平衡輸入方式輸入，經(jīng)過(guò)平衡運(yùn)算放大器跟隨后，輸入3倍放大器進(jìn)行放大，因燈絲供電有交流供電和直流供電，所以系統(tǒng)設(shè)置AD536A進(jìn)行交流/直流轉(zhuǎn)換，輸出的直流信號(hào)經(jīng)過(guò)10HZ低通濾波后送到AD7328進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA按照SPI3線制結(jié)構(gòu)按照500K的采樣速率進(jìn)行采樣13BIT的數(shù)字信號(hào)，在FPGA內(nèi)部作為控制燈絲的基準(zhǔn)。

2.3 燈絲控制流程

主要是允許開(kāi)機(jī)、黑燈絲、全燈絲3個(gè)流程。

2.3.1 黑燈絲

在系統(tǒng)加電發(fā)出黑等絲指令后，開(kāi)始判斷發(fā)射機(jī)低壓供電及緊急關(guān)斷等允許開(kāi)機(jī)邏輯是否成立，若成立，則合上黑燈絲泵，在系統(tǒng)檢測(cè)到黑等絲冷卻正常后，開(kāi)始進(jìn)行升燈絲控制，因冷燈絲時(shí)燈絲阻抗較低，為盡量延長(zhǎng)電子管燈絲壽命，在由燈絲零位到黑燈絲過(guò)程時(shí)，燈絲的控制頻率相對(duì)較低，大概需要3分鐘左右才到達(dá)黑燈絲位置，在燈絲到達(dá)黑燈絲位置后，系統(tǒng)進(jìn)行黑燈絲預(yù)熱延遲，一般在30分鐘左右，在黑燈絲預(yù)熱完成后整機(jī)進(jìn)入待命狀態(tài)。

2.3.2 全燈絲

在系統(tǒng)發(fā)出全燈絲指令后，系統(tǒng)合上全燈絲冷卻系統(tǒng)，主要是高速水泵和燈絲冷卻風(fēng)機(jī)，斷開(kāi)黑燈絲冷卻系統(tǒng)，在全燈絲冷卻正常后，系統(tǒng)開(kāi)始由黑燈絲到全燈絲進(jìn)行升燈絲控制，因黑燈絲位置的預(yù)熱準(zhǔn)備，燈絲溫度具備快速升到全燈絲狀態(tài)，為此系統(tǒng)由黑燈絲到達(dá)全燈絲位置的控制時(shí)長(zhǎng)大概在2分鐘左右，當(dāng)燈絲到達(dá)全燈絲位置后，發(fā)出燈絲完成指令，在發(fā)出高壓指令后，系統(tǒng)完成高周控制開(kāi)始播音，也就是說(shuō)在發(fā)射機(jī)處于黑燈絲狀態(tài)時(shí)，若需要可在2分鐘左右投入播音，這種結(jié)構(gòu)對(duì)代波機(jī)是非常有利的，平時(shí)耗電低，整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備較少，也極大的降低了維護(hù)量。

2.3.3 關(guān)機(jī)

在發(fā)射機(jī)處于全燈絲狀態(tài)時(shí)，若發(fā)出黑燈絲指令，則系統(tǒng)開(kāi)始將燈絲由全燈絲位置降到黑燈絲，在到達(dá)黑燈絲位置后，保留全燈絲冷卻系統(tǒng)，延遲12分鐘后斷開(kāi)全燈絲冷卻系統(tǒng)，同時(shí)啟動(dòng)黑燈絲冷卻系統(tǒng)，正常情況燈絲降到黑燈絲位置后就一直保留此狀態(tài)，若需檢修等因素需要關(guān)閉整機(jī)電源時(shí)，系統(tǒng)在收到關(guān)機(jī)指令后將燈絲由黑等絲位置降到零位，燈絲到達(dá)零位后，關(guān)閉黑等絲冷卻系統(tǒng)。

2.3.4 快速燈絲

短波發(fā)射機(jī)基本都具備2路供電，若電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障后自動(dòng)切換到另外一路繼續(xù)保持供電，此時(shí)發(fā)射機(jī)降出現(xiàn)短暫停電，原老系統(tǒng)在電力恢復(fù)后，至少需要3分鐘以上的時(shí)間才能恢復(fù)播音，但針對(duì)燈絲特性，系統(tǒng)設(shè)置了12秒內(nèi)恢復(fù)播音的設(shè)置，因?yàn)樵诓ヒ魻顟B(tài)，若短暫掉電，則燈絲依然是熱燈絲，在停電時(shí)，系統(tǒng)立即降燈絲控制設(shè)置到零位，在電力恢復(fù)后，以較高的控制頻率，在12秒內(nèi)將燈絲由零位升到全燈絲狀態(tài)，并恢復(fù)播音。

2.3.5 燈絲穩(wěn)壓

燈絲電壓一般不得超過(guò)額定電壓的5%，若燈絲電壓過(guò)低倘若造成燈絲發(fā)熱不足就會(huì)使燈絲中毒，若燈絲電壓過(guò)高則會(huì)極大降低燈絲的壽命。在燈絲到達(dá)全燈絲位置后，為防止電力波動(dòng)導(dǎo)致燈絲電壓波動(dòng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了燈絲自由設(shè)置的燈絲穩(wěn)壓，若燈絲電壓超穩(wěn)壓范圍100毫秒后自動(dòng)將燈絲電壓控制到指定位置，若燈絲控制到高限設(shè)置后仍然不能滿足需求則立即發(fā)出告警。為盡量延長(zhǎng)電子管的使用壽命，針對(duì)新管在上機(jī)后至少在全燈絲狀態(tài)加熱30分鐘后方可進(jìn)入播音；同時(shí)因?yàn)闊艚z的原設(shè)計(jì)電子發(fā)射效率有一定的儲(chǔ)備，適當(dāng)調(diào)低依然可以滿足束電流的要求，所以一開(kāi)始使用時(shí)可適當(dāng)調(diào)低電子管的燈絲電壓，如果電子管已使用到晚期，為了維持繼續(xù)使用亦可將燈絲電壓調(diào)高，乃至高于額定電壓。

3 結(jié)語(yǔ)

高頻大功率電子管價(jià)格較昂貴，本文對(duì)延長(zhǎng)和保護(hù)電子管的壽命的基礎(chǔ)上，利用黑燈絲技術(shù)降低功耗、維護(hù)量以及能及時(shí)投入播音，同時(shí)如何盡量降低停播率做了全面的闡述。

作者單位

國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái) 云南省安寧市市 650302