触发管在高压开关电源保护电路中的应用

不同曲线对应不同的负载。

在闭环条件下，若增益发生变化，驱动控制电路会在下一个开关周期开始对电路的占空比或频率进行调整，这种调整过程可能持续好几个开关周期。开关电源的稳压控制示意图如图3b所示。

图3a中，工作点A的电压增益为M1，对应的负载条件为Q1。如果负载条件由Q1变为Q2(负载电流减小)，在开环状态下，工作点将从A点跳变到B点，电压增益将明显增加。但通过开关电源的反馈控制，f增加，使电路工作在C点，则增益仍保持M1不变。因此正常条件下，即使负载发生变化，也不会出现过压问题。

但反馈电路的调整功能需要一定时间。调整速度首先与开关电源的工作频率有关，调整过程至少需要一个甚至多个完整的工作周期。另外信号从取样到调整完成，中间有一定的延时。设调整时间TA=nTs+TD，Ts为开关信号的周期，TD为取样到反馈的延时，n为调整所需开关周期数。

设从故障出现开始，电压上升到安全门限的时间为TK。若TATK，电路故障能自动排除，不会出现危险。否则，若TA>TK，输出端将会出现过压，使负载和电源产生危险。

如图4a所示，假设电路从A点开始出现故障，电压开始上升，沿A→B→C→D的路径发展。如果电路为开环状态，经TK后将到达安全门限(图中C点)，使电路发生危险。如果电路为闭环状态，反馈控制电路经过TA时间后，开始将电压减小，并最终达到正常值。只要TATK，电路就不会出现危险。

但有些负载，如行波管，负载变化速度非常快，以至于TKTA，在反馈电路起作用前，电压已经达到安全门限，并发生危险，如图4b所示。

在此情况下，触发管将很好地解决这个问题。触发管击穿速度非常快，一般在纳秒级。故障发生后，触发管在远小于TK的时间内发生击穿，使输出电压保持一个较低的电压值，并保持到TA以后，如图4b中A→E路径。TA以后，开关电源的稳压控制功能开始起作用，将电压下降到正常值，触发管任务完成。选择触发管时，应保证至少在TA时间内，触发管可一直吸收电源能量而不会损坏。

5 触发管保护功能的实验验证

实验电路原理如图5所示。实际行波管故障的发生具有不确定性，不便于实验，在此用触发管G2模拟行波管负载。该电路工作原理为：脉冲发生器产生一个触发脉冲加到G2触发极触发G2导通，G2导通一次相当于发生了一次行波管高压击穿，G2导通后，C2通过G2，R3，R4形成放电回路，在R3上产生一个高压脉冲触发G1导通，G1导通后可迅速泄放C1上能量，保护行波管和电源不受损坏。

实验中，在撬棒电路的输入端加上直流高压，输入电压Uin从3．6 kV变化到5．4 kV。然后通过示波器检测触发管上的电压u、触发管电流i和负载电流iL，其波形如图6所示。

由图可知，当Uin=3．6 kV时，触发管的导通延迟时间为△t=t1-t2=4．87．8 ns，完全可以在电压上升到安全门限前将其限制。触发管只要工作几十个微秒，开关稳压电源的反馈控制起作用，其使命就完成了。所以实际的触发管所吸收的功率虽然很高，但由于时间短暂，其消耗的能量并不大，不会因热效应而损坏。

6 结论

以上分析过程中，都是以行波管作为负载来介绍的。实际上，对负载的保护不一定局限于行波管。行波管是高压电源中极不稳定的负载，触发管能实现对行波管负载保护，也可以实现其他高压负载保护。通过合理设定参数，触发管不但可以保护负载，还可以保护电源本身的安全。