高功率毫米波回旋管广泛应用于通信、陶瓷烧结、热核聚变、微波武器、毫米波雷达等国民经济和国防军工的领域,灯丝电源为回旋管阴极提供稳定的发射电子,是回旋管电源系统的重要组成部分之一。灯丝电源的输出性能不仅影响回旋管及灯丝的使用寿命,还影响回旋管是否能输出平稳的微波功率,因此要求灯丝电源具有抗干扰能力强、纹波小、宽范围输出、简单可调等特点。本文基于对回旋管灯丝电源使用中出现的输出电流稳定度不够、抗干扰性能弱、以及传输效率低等问题,设计并制作了一个性能优良的回旋管灯丝电源样机。首先通过对灯丝电源设计的基本理论进行研究,根据灯丝电源设计要求,确定了主电路拓扑结构,在传统单级全桥变换器的基础上,提出了一种新的灯丝电源拓扑,即两级式同步BUCK电压馈电全桥电路,以提高灯丝电源的变换效率,增加输出调节范围,使其对于不同的输入电压和负载具有更强的适用性;并对比了低压采样和高压采样的区别,然后提出了一种双闭环低压采样反馈控制方式,极大地提高了灯丝电源的稳定性和动态响应特性;之后通过对两级式同步BUCK电压馈电全桥电路以及变压器的研究,确定了各部分电路元件参数,以及详细阐述了变压器的参数设计过程,并通过PSpice仿真软件对灯丝电源主电路进行开环仿真,验证参数设计的合理性;建立了灯丝电源主电路的小信号模型,分析灯丝电源拓扑的幅频特性,设计双闭环反馈控制电路,引入补偿网络,并通过PSpice仿真软件对灯丝电源主电路进行闭环仿真,模拟电路参数发生突变时灯丝电源的动态响应特性,验证双闭环反馈控制回路的效果;最后通过灯丝电源样机测试,测量样机中重要节点的波形,同时采集不同输出电流下的电路节点数据来分析样机的工作效率,为进一步优化电路设计提供依据,充分验证设计过程的正确性。通过对灯丝电源的设计,结果显示,当灯丝电源主电路选用两级式同步BUCK电压馈电全桥拓扑和双闭环低压采样反馈控制方式时,灯丝电源的效率、稳定性都能满足设计要求。