第五章 前饋補償電路實現與實驗驗證
5.3 實測波形分析
實測部分所加入的輻射脈波波形，仍以第三章中表 3-1 所列舉的波形 來進行脈波輻射加載及離載測試，以觀察前饋補償器的穩壓效果，圖 5-9 為前饋補償輸出電路示意圖，Vff 為前饋補償器的比例輸出補償電壓，Vea 為原高壓回授控制器之誤差電壓信號，而 Vc 則是 Vff與 Vea 比例加總後送 入 PWM 控制 IC 的控制電壓，與鋸齒波比較後得出 PWM 信號，控制降壓 開關之導通與關閉時間。
圖 5-9 前饋補償輸出電路示意圖
測試脈波波形如下：
1. 1%：PW 2u，PRI 200us，PRF 5kHZ，高頻率 2. 2%：PW 30u，PRI 1500us，667HZ
3. 3%：PW 30u，PRI 1000us，1kHZ
4. 4%：PW 250u，PRI 6250us，160HZ，長脈波 5. 5%：PW 150u，PRI 3000us，333HZ
6. 6%：PW 150u，PRI 2500us，400HZ，最重載
測試項目如下：
ㄧ、測試行波管輻射啟動，有/無前饋補償時之 PWM 控制電壓的差異，以 驗證前饋補償電路於輻射啟動瞬間之 PWM 控制電壓工作情形。
二、測試行波管輻射結束，有/無前饋補償時之 PWM 控制電壓的差異，以 驗證前饋補償電路於輻射結束瞬間之 PWM 控制電壓工作情形。
三、測試行波管輻射啟動，有/無前饋補償時之輸出電壓變動情形，以驗證 前饋補償電路於輻射啟動瞬間之穩壓性能。
四、測試行波管輻射結束，有/無前饋補償時之輸出電壓變動情形，以驗證 前饋補償電路於輻射結束瞬間之穩壓性能。
測試結果如下：
■ 測試項目ㄧ：PWM 控制電壓比較(行波管輻射啟動)
圖 5-10 至 5-22 為測試 1~6%行波管輻射啟動時之 PWM 控制電壓(Vc) 的變動情形，從測試波形觀察可以發現當加入前饋補償器後，其 PWM 控 制電壓很快到達該脈波負載所需之準位(小於 200us，此延遲時間主要來自 PWM IC 前之 R3、C1濾波電路的 RC 時間，參考圖 5-9)，而無前饋補償器 時，則 PWM 控制電壓至穩態值時間至少需要 72ms，這延遲時間主要來自 於高壓回授控制器之積分時間。此測試結果符合先前之設計構想，乃藉由 前饋補償器提供補償電壓至 PWM IC 輸入端，以快速得到該脈波負載所需 之 PWM 寬度，控制降壓開關的導通來對高壓儲能電容儲能。相關測試結 果整理於表 5-1，高壓回授誤差信號 Vea 保持於高壓無載狀態下電壓準位，
而前饋補償電壓隨脈波工作比增大而逐步增加。
表 5-1 PWM 控制電壓比較(行波管輻射啟動)
無前饋補償 有前饋補償
工作比 Vea Vc
上升時間 波形圖 Vea Vff Vc
上升時間 波形圖
高壓 4.9V 0.86V 圖 5-10 4.9V 0V 0.860V 圖 5-10 1% 7.7V 1.68V
(146ms) 圖 5-11 4.9V 4.4V 1.6V
(200us) 圖 5-12 2% 8.3V 1.78V
(100ms) 圖 5-13 5V 5.1V 1.78V
(200us) 圖 5-14 3% 8.7V 1.88V
(84ms) 圖 5-15 5.6V 5.5V 1.82V
(200us) 圖 5-16 4% 9.1V 1.94V
(72ms) 圖 5-17 5V 5.9V 1.96V
(200us) 圖 5-18
5% 9.2V 2V
(150ms) 圖 5-19 5V 6.2V 2V
(200us) 圖 5-20 6% 9.5V 2.06V
(240ms) 圖 5-21 5.7V 6.2V 2.06V
(200us) 圖 5-22
圖 5-10 PWM 控制電壓觀察(高壓無載)
CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-11 PWM 控制電壓觀察；1%脈波加載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-12 PWM 控制電壓觀察；1%脈波加載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-13 PWM 控制電壓觀察；2%脈波加載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-14 PWM 控制電壓觀察；2%脈波加載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-15 PWM 控制電壓觀察；3%脈波加載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-16 PWM 控制電壓觀察；3%脈波加載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-17 PWM 控制電壓觀察；4%脈波加載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-18 PWM 控制電壓觀察；4%脈波加載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-19 PWM 控制電壓觀察；5%脈波加載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-20 PWM 控制電壓觀察；5%脈波加載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-21 PWM 控制電壓觀察；6%脈波加載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
圖 5-22 PWM 控制電壓觀察；6%脈波加載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射啟動
■ 測試項目二：PWM 控制電壓比較(行波管輻射結束)
圖 5-23 至 5-34 為測試 1~6%行波管輻射結束時之 PWM 控制電壓(Vc) 變動情形，從測試波形觀察可以發現無前饋補償器時，在行波管輻射結束 瞬間將往負電壓走，之後在正電壓與負電壓中擺盪，經過幾次擺盪後才回 到高壓穩態值，此時之 PWM 信號呈現一開一關狀態，輸出電壓會呈現上 下擺盪現象。當有前饋補償器時，其 PWM 控制電壓快速回到高壓狀態之 電壓值，而不會上下變動，這意謂 PWM 信號將快速調整回高壓狀態時所 需之寬度，避免輸出電壓的變動，相關測試結果整理於表 5-2。
表 5-2 PWM 控制電壓比較(行波管輻射結束)
無前饋補償 有前饋補償
工作比 Vea Vc
下降時間 波形圖 Vea Vff Vc
下降時間 波形圖
1% -12V -0.48V
(400ms) 圖 5-23 4.9V 0V 0.86V
(200us) 圖 5-24 2% -12V -0.48V
(352ms) 圖 5-25 4.9V 0V 0.86V
(200us) 圖 5-26 3% -12V -0.48V
(304ms) 圖 5-27 4.9V 0V 0.86V
(200us) 圖 5-28 4% -12V -0.48V
(280ms) 圖 5-29 4.9V 0V 0.86V
(200us) 圖 5-30 5% -12V -0.48V
(252ms) 圖 5-31 4.9V 0V 0.86V
(200us) 圖 5-32 6% -12V -0.48V
(244ms) 圖 5-33 4.9V 0V 0.86V
(200us) 圖 5-34
圖 5-23 PWM 控制電壓觀察；1%脈波離載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-24 PWM 控制電壓觀察；1%脈波離載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-25 PWM 控制電壓觀察；2%脈波離載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-26 PWM 控制電壓觀察；2%脈波離載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-27 PWM 控制電壓觀察；3%脈波離載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-28 PWM 控制電壓觀察；3%脈波離載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-29 PWM 控制電壓觀察；4%脈波離載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-30 PWM 控制電壓觀察；4%脈波離載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-31 PWM 控制電壓觀察；5%脈波離載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-32 PWM 控制電壓觀察；5%脈波離載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-33 PWM 控制電壓觀察；6%脈波離載；無前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
圖 5-34 PWM 控制電壓觀察；6%脈波離載；前饋補償 CH1：高壓回授誤差信號 Vea CH2：前饋補償輸出電壓 Vff
CH3：PWM 控制電壓 Vc CH4：行波管輻射關閉
■ 測試項目三：輸出電壓變動比較(行波管輻射啟動)
圖 5-35 至 5-46 為測試 1~6%行波管輻射啟動時之輸出電壓變動幅度，
從測試波形觀察，無前饋補償器時之輸出電壓壓降甚大，從 1%的 807V 至 6%的 4266V，此乃因其一次側電感電流上升緩慢(超過 60ms 以上)，無法 立即補足高壓側儲能電容被行波管所抽取的能量所致。反觀當加入前饋補 償器後，由於快速提昇 PWM 控制電壓(Vc)至對應輻射工作比的穩態值，
使得一次側電感電流亦快速到達對應的穩態平均電流值(小於 1ms)，因此 能對高壓側儲能電容快速儲能，使得輸出電壓壓降大幅的降低，最高為 6%
的 920V。相關測試結果整理於表 5-3。
表 5-3 輸出電壓變動比較(行波管輻射啟動)
無前饋補償 有前饋補償
工作比 輸出電
壓壓降
電感電流
上升時間 波形圖 輸出電
壓壓降
電感電流
上升時間 波形圖
1% 807V 90A(peak)
150ms 圖 5-35 30V 50A
＜1ms 圖 5-36 2% 1388V 140A(peak)
100ms 圖 5-37 200V 80A
＜1ms 圖 5-38 3% 1890V 160A(peak)
80ms 圖 5-39 340V 110A
＜1ms 圖 5-40 4% 2651V 200A(peak)
74ms 圖 5-41 800V 140A
＜1ms 圖 5-42 5% 2880V 220A(peak)
68ms 圖 5-43 890V 160A
＜1ms 圖 5-44 6% 4266V 250A(peak)
68ms 圖 5-45 920V 180A
＜1ms 圖 5-46
圖 5-35 輸出電壓變動觀察；1%脈波加載；無前饋補償
CH1：輸出電壓 Vo’ (1V：1153V) CH3：PWM 控制電壓 Vc CH2：一次側電感電流iL1 (0.01V/1A) CH4：行波管輻射啟動
圖 5-36 輸出電壓變動觀察；1%脈波加載；前饋補償
CH1：輸出電壓 Vo’ (1V：1153V) CH3：PWM 控制電壓 Vc CH2：一次側電感電流iL1 (0.01V/1A) CH4：行波管輻射啟動
圖 5-37 輸出電壓變動觀察；2%脈波加載；無前饋補償
CH1：輸出電壓 Vo’ (1V：1153V) CH3：PWM 控制電壓 Vc CH2：一次側電感電流iL1 (0.01V/1A) CH4：行波管輻射啟動
圖 5-38 輸出電壓變動觀察；2%脈波加載；前饋補償
CH1：輸出電壓 Vo’ (1V：1153V) CH3：PWM 控制電壓 Vc CH2：一次側電感電流iL1 (0.01V/1A) CH4：行波管輻射啟動
圖 5-39 輸出電壓變動觀察；3%脈波加載；無前饋補償
CH1：輸出電壓 Vo’ (1V：1153V) CH3：PWM 控制電壓 Vc CH2：一次側電感電流iL1 (0.01V/1A) CH4：行波管輻射啟動
圖 5-40 輸出電壓變動觀察；3%脈波加載；前饋補償
CH1：輸出電壓 Vo’ (1V：1153V) CH3：PWM 控制電壓 Vc CH2：一次側電感電流iL1 (0.01V/1A) CH4：行波管輻射啟動
圖 5-41 輸出電壓變動觀察；4%脈波加載；無前饋補償
CH1：輸出電壓 Vo’ (1V：1153V) CH3：PWM 控制電壓 Vc CH2：一次側電感電流iL1 (0.01V/1A) CH4：行波管輻射啟動
圖 5-42 輸出電壓變動觀察；4%脈波加載；前饋補償
CH1：輸出電壓 Vo’ (1V：1153V) CH3：PWM 控制電壓 Vc CH2：一次側電感電流iL1 (0.01V/1A) CH4：行波管輻射啟動
圖 5-43 輸出電壓變動觀察；5%脈波加載；無前饋補償
CH1：輸出電壓 Vo’ (1V：1153V) CH3：PWM 控制電壓 Vc CH2：一次側電感電流iL1 (0.01V/1A) CH4：行波管輻射啟動
圖 5-44 輸出電壓變動觀察；5%脈波加載；前饋補償
CH1：輸出電壓 Vo’ (1V：1153V) CH3：PWM 控制電壓 Vc CH2：一次側電感電流iL1 (0.01V/1A) CH4：行波管輻射啟動