Лекции 14-16 - Конспекты (1095384), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В этот момент открываетсятранзистор VT3 и фиксирует это напряжение (формируется пауза). К моментуоткрывания VT3 напряжение на нём близко к нулю, поэтому процесс еговключения происходит практически без потерь. При скважности болееq 2 транзистор VT3 может закрываться, а смещение будет обеспечиватьсячерез высокоомный резистор Rсм.Рассмотрим потери, возникающие в данной схеме.
Их можно разделитьнадинамическиеистатические.Динамические43потериобусловленыЭлектропитание РЭАГлава 8перезарядом выходной ёмкости транзисторов двунаправленных ключей VT1,VT2. Статические потери обусловлены протеканием контурного тока черезэквивалентное сопротивление транзисторов VT1, VT2.
Схема, приведённая нарисунке 8.21, обеспечивает значительное снижение потерь по сравнению страдиционной.Такимобразом,применениесовременнойполупроводниковойэлементной базы, а также использование передовых схемотехническихрешенийпозволяетразрабатыватьиконструироватьвысоконадёжныемалогабаритные ИМ для нужд радиолокации и других областей науки итехники, где требуется формирование мощных высоковольтных импульсов.В настоящее время фирма "DTI" (США) серийно выпускает ряд ИМ длямощных РЛС и для проведения научных экспериментов, где необходимымощные высоковольтные импульсы. Модуль ИМ фирмы "DTI" позволяеткоммутировать напряжение 9 кВ с током 30 А.
Максимальная частотаповторения импульсов составляет 40 кГц, при этом минимальная длительностьсоставляет 1 мкс. Длительность фронта формируемого импульса 100-500 нс.Структурная схема модуля типа "direct-switched" показана на рисунке 8.22a.Модуль построен на мощных высоковольтных IGBT транзисторах. Так какмаксимально допустимое рабочее напряжение каждого транзистора составляет1700-3500 В, то для увеличения напряжения они соединяются последовательно.Охлаждение силовых элементов схемы производится с помощью массивныхметаллических радиаторов.На базе таких модулей путём последовательного или параллельногосоединения строят сборки анодных или сеточных ИМ на требуемое напряжениеи ток.
В результате возможно получение рабочих напряжений ИМ до 150 кВ итоков до 5000 А.Модулитипа"hybrid",выпускаемые"DTI",имеютструктуру,представленную на рисунке 8.22б. Такие модули наиболее эффективны при44Электропитание РЭАГлава 8работе с малой скважностью, в частности, при формировании пачекзондирующих радиоимпульсов в РЛС.а)б)Рисунок 8.22 – Схемы модулей электропитания типа "direct-switched" (а) и"hybrid" (б)Однако при необходимости использования в ИМ более одного модуля,значительно увеличиваются общие габариты устройства. В конечном итоге этоприводит к увеличению паразитной ёмкости на "землю", что затрудняетполучение высоких частот повторения импульсов и ведёт к снижению общейэффективности ИМ и увеличению тепловыделения в ключевых элементах.В последнее время в радиолокации часто используют сложные сигналы свысокой частотой повторения и широкой полосой рабочих частот.
Дляусиления таких сигналов, как правило, используют лампы бегущей волны(ЛБВ)иликлистроны.Напряженияэлектропитаниятакихустройствсоставляют 20-40 кВ, что при высоких частотах повторения импульсовзатрудняет использование для них анодной модуляции. В таких приборахиспользуется сеточная модуляция. На рисунке 8.23 представлена типичнаясхема усилителя с сеточным управлением.45Электропитание РЭАГлава 8Рисунок 8.23 – Структура ПУ с сеточным управлением лампыУправление ЛБВ происходит путём подачи на управляющий электродлибоотрицательногозапирающегонапряжениясмещения,либоположительного открывающего напряжения превышения. Рабочие напряжениясеточных модуляторов составляют 1-5 кВ, что позволяет получить частотыповторения импульсов вплоть до 1 МГц при минимальной длительностиимпульса в 40 нс.
Длительности фронта и спада при этом не превышают 25 нс.Применение ПУ, построенных на базе ЛБВ с твердотельными сеточнымимодуляторами, способными формировать наносекундные импульсы, позволяетзначительно увеличить разрешающую способность РЛС по дальности иувеличить число одновременно обрабатываемых целей.Так как при использовании сеточной модуляции к электровакуумномуприбору непрерывно подводится высокое напряжение электропитания катода,то оказывается возможным возникновение пробоя внутри лампы. При такихпробоях энергия, запасённая в НЭ, выделяется на электродах, что можетпривести к необратимым разрушениям. Для защиты электровакуумногоприбора от последствий пробоев применяют специальные защитные ключи,включаемые последовательно с нагрузкой. В нормальном режиме защитныйключ находится в замкнутом состоянии.
При возникновении пробоя в лампезащитный ключ размыкается, прерывая протекание тока разряда через46Электропитание РЭАГлава 8электровакуумный прибор. Таким образом, использование защитных ключейдля СВЧ электровакуумных приборов с сеточным управлением уменьшаетэнергию, выделяемую в этих приборах при пробоях, и, следовательно,увеличивает срок их службы.Б. Модуляторы с дополнительным регулятором напряженияВ основе современных регулируемых ИМ лежит модуляционныйпринцип формирования отдельных параметров видеоимпульсов напряжения.Кроме неуправляемых формирующих элементов, они содержат управляемыеформирующиеиликоммутирующиеэлементы,либоихкомбинацию,посредством которых осуществляется модуляция видеоимпульсов напряжения.Вместе с тем управление параметрами выходных импульсов может бытьосуществлено за счёт применения дополнительного регулятора напряжения(как правило, импульсного), устанавливаемого между НЭ и нагрузкой.Структура такого ИЭП приведена на рисунке 8.24.Рисунок 8.24 – ИЭП с ИМ и дополнительным регулятором напряженияUвх – напряжение на выходе источника электроэнергии; ЗУ – зарядное устройство;НЭ – накопитель электроэнергии; РУ – разрядное сопротивление; ИРН – импульсныйрегулятор напряжения; RН – сопротивление нагрузки.В частности, введение в состав ИМ дополнительного регуляторанапряжения при проектировании ПУ современных РЛС требуется:- при формировании зондирующего радиоимпульса с прямоугольной47Электропитание РЭАГлава 8огибающей достаточно большой длительности (сотни микросекунд) с цельюулучшения массогабаритных характеристик НЭ;- при формировании зондирующего радиоимпульса с огибающей,отличной от прямоугольной.8.2.4Особенностипостроенияустройствимпульсногоэлектропитания в радиолокацииИЭП выходного усилительного каскада радиолокационного ПУ входит всостав энергетической подсистемы РЛС и предназначен для преобразованияэлектроэнергии, поступающей от системы электроснабжения (СЭС) РЛС (илиносителя в случае бортовой РЛС) или одной из шин системы электропитания(СЭП), в электроэнергию, необходимую для формирования огибающейзондирующего радиоимпульса.
При этом КПД ИЭП должен быть максимален, аего масса и габариты минимальны.Электропитание выходного усилительного каскада ПУ осуществляютразличными способами, в общем случае зависящими от следующих требованийи ограничений:- ограничения по массе СЭП (особенно в РЛС с АФАР, у которых СЭПразмещается на антенном полотне);- требования к надёжности СЭП;- требования к энергетической эффективности СЭП;- требования к роду тока первичной питающей сети;- ограничения по пульсации потребляемого тока из первичной питающейсети;- требования к наличию специальных функциональных возможностей(например, оперативное управление выходной мощностью ПУ).В зависимости от типа передающего тракта РЛС (распределённого,сосредоточенного,свысоковольтнымигенераторнымиприборами,снизковольтными транзисторами) сильно различается и тип используемого48Электропитание РЭАИЭП,Глава 8обеспечивающегоэлектропитаниегенераторного(усилительного)прибора. Рассмотрим далее наиболее типовой случай: импульсная РЛС сполностью твердотельной АФАР.Структурная схема типового ИЭП, используемого для электропитанияпередающего канала приёмо-передающего модуля (ППМ) АФАР, приведена нарисунке 8.25.
В основу такого ИЭП положен принцип заряда НЭ споследующим разрядом последнего на нагрузку.ХарактеристикиСЭС(СЭП),способзарядаНЭ,величинывходного/выходного напряжения и мощности ИЭП, возможность регулировкивыходного напряжения, а также требования к его КПД, ЭМС, надёжности имассогабаритным характеристикам определяют топологию и схемотехническиерешения ЗУ.Рисунок 8.25 – Структура типового ИЭП передающего канала приёмопередающего модуля АФАРUСЭС – напряжение системы электроснабжения; ЗУ – зарядное устройство;НЭ – накопитель электроэнергии; ИЭП – источник электропитания; Uвых – напряжение навыходе источника электропитания.ВкачествеЗУобычноиспользуютимпульсныйстабилизаторнапряжения, рассчитанный на среднюю мощность, потребляемую нагрузкой, сустановленным на его выходе дросселем. Дроссель при этом служит дляограничения пульсации тока, потребляемого от стабилизатора, и, как следствиетока, потребляемого от СЭС. Также возможно реализовать электронноеограничение зарядного тока и отказаться от дополнительного дросселя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
