Лекции 14-16 - Конспекты (1095384), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

На49Электропитание РЭАГлава 8практике допустимые пульсации тока, потребляемого ЗУ от СЭС (СЭП),ограничены на уровне не более 10…20% от средней мощности потребления.В качестве НЭ обычно используют батареи конденсаторов. Их размеры имасса определяются удельной энергоёмкостью и значением необходимойнакапливаемой электроэнергии. При этом, очевидно, чем больше длительностьформируемого зондирующего радиоимпульса, тем больше требуемая ёмкостьНЭ при прочих равных условиях.На практике в НЭ применяют электролитические конденсаторы.Технология их изготовления постоянно совершенствуется, увеличивается ихудельная энергоёмкость, растут показатели надёжности. Однако следуетпризнать, что темпы увеличения их удельных показателей существенноотстают от темпов роста удельных показателей ИЭП.Недостатком электролитических конденсаторов является относительнобольшая величина их эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС),которая только увеличивается при низких температурах окружающей среды.Вместе с тем ЭПС большой величины приводит к уменьшению КПД ИЭП.В ряде случаев, когда требуется относительно малая ёмкость НЭ, атребуемая величина разрядного тока НЭ может значительно превышатьдопустимыезначениядляэлектролитическихконденсаторовобщегоприменения, используют конденсаторы с высокими разрядными токами.

Такиеконденсаторывыпускаютсякакотечественной,такизарубежнойпромышленностями. Среди них, например, К52-21 ("Элеконд") и MLS("Cornell-Dubiler"). Как правило, они имеют более низкие удельные показатели,чем электролитические конденсаторы общего применения. Однако ЭПС такихконденсаторов хоть и ниже, чем у конденсаторов общего применения, но всё жевызывает заметное снижение КПД ИЭП при больших разрядных токах.Внастоящеевремяведущимпроизводителямкерамическихмногослойных конденсаторов удалось значительно повысить их удельную50Электропитание РЭАГлава 8ёмкость.

Современные керамические конденсаторы с диэлектриком типа X7Rпоудельнойёмкостивплотнуюприблизилиськэлектролитическимконденсаторам. Отличительной особенностью керамических конденсаторовявляется крайне малые величины их ЭПС. Этот факт позволяет рассматриватьсовременные многослойные керамические конденсаторы как основу НЭ дляперспективных ИЭП с высоким КПД и большими разрядными токами дляжёстких условий эксплуатации.ИЭП, выполненные по схеме, представленной на рисунке 8.25, широкоприменяют в современных РЛС с АФАР при формировании огибающейзондирующих сигналов прямоугольной формы. Как правило, транзисторывыходных усилительных каскадов передающих каналов ППМ в этом случаеработают в режиме С и без подачи на вход усилительного каскада сигналапрактически не потребляют ток по цепи электропитания.Отметим, что в ряде случаев между НЭ и нагрузкой требуется установкакоммутирующего элемента – как правило, электронного ключа.

Главнымобразом, необходимость в коммутирующем элементе возникает в случае, когдатранзисторы выходных усилительных каскадов ППМ работают в режимах ABили B с ненулевым начальным током.Так как выходная мощность ППМ при организации электропитания посхеме, приведённой на рисунке 8.25, зависит от величины напряжения на НЭ,тодляформированияогибающейзондирующихрадиоимпульсовсдопустимыми искажениями необходимо обеспечить снижение напряженияэлектропитания к концу радиоимпульса не более чем на 1…5% от напряжения вего начале. Как пример, форма напряжения электропитания передающегоканала ППМ, формирующего прямоугольный зондирующий радиоимпульсдлительностью 100 мкс, приведена на осциллограмме рисунка 8.26.Указанное выше обстоятельство в случае формирования зондирующихрадиоимпульсов большой длительности (сотни микросекунд) обуславливаетнеобходимость применения НЭ со значительной энергоёмкостью. Однако такой51Электропитание РЭАГлава 8НЭ обычно имеет значительные габариты, при этом электроэнергия,накопленная в нём, используется в процессе работы не более чем на 10%.Рисунок 8.26 – Форма напряжения электропитания передающего канала ППМОпределим минимальное значение ёмкости НЭ, необходимое длявыполнения требований по точности формирования огибающей зондирующегорадиоимпульса.При расчётах примем, что выходной усилительный каскад передающегоканала ППМ, как нагрузка, представляет собой активное постоянноесопротивление.

Влияние тока, потребляемого от ЗУ в течение импульса, наскорость разряда НЭ учитывать не будем.Таким образом, задача сводится к случаю разряда ёмкости на активноесопротивление. Напряжение на конденсаторе в течение импульса описываетсякакt uC  U 0 exp  , RН C (8.30)где С – ёмкость конденсатора НЭ; RН – сопротивление нагрузки; U0 –напряжение на конденсаторе в момент начала импульса.Определим значение С, при котором напряжение uС уменьшится назначение UС , называемое обычно сколом (спадом, скосом) импульса, за времяtи:52Электропитание РЭАГлава 8Ctи U С RН ln 1 U0 .(8.31)Из полученного выражения видно, что величина ёмкости С прямопропорциональна длительности импульса tи и имеет близкую к обратнойзависимость от относительного напряжения сколаU С.U0В качестве примера рассмотрим расчёт ёмкости НЭ, необходимой дляформирования огибающей прямоугольного зондирующего радиоимпульса.Исходными данными для расчёта являются:U С 1% , U вых  36 В , I Н  20 А ,U выхtи  100 мкс .

Согласно выражению (8.31), значение необходимой ёмкостисоставитCtи U С RН ln 1  U вых 100  106 5600 мкФ .36ln 1  0,0120Обычно при жёстких требованиях к сколу напряжения на накопительномконденсаторе проявляется основной недостаток схемы ИЭП, приведённой нарисунке 8.25, – неполное использование энергии, запасённой в НЭ.Для оценки полноты использования энергии, накопленной в конденсатореНЭ, введём коэффициент KE, определяемый как отношение энергии,расходуемойвтечениеимпульса,ковсейэнергии,накопленнойвконденсаторе:2CU 02 C U 0  U С 2UUСС2KE  22 .2CU 0U0  U 0 253(8.32)Электропитание РЭАГлава 8Подставив в выражение (8.32) значениеU С, равное 0,01, чтоU0соответствует сколу напряжения 1%, получим значения КЕ, равное 0,02.Таким образом, работа рассматриваемого ИЭП с малыми значениямискола характеризуется крайне малым коэффициент использования энергии НЭ.В свою очередь, чтобы обеспечить требуемое значение скола, приходитсязначительно увеличивать ёмкость накопительного конденсатора, что приводитк увеличению массы НЭ.

Особенно остро эта проблема встаёт приформировании длинных радиоимпульсов (сотни микросекунд и более).Другая проблема, связанная с рассматриваемой схемой ИЭП, заключаетсяв невозможности высокоскоростного управления выходным напряжением.Оперативное управление выходным напряжением ИЭП передающегоканалаППМявляетсянеотъемлемымтребованием,предъявляемымксовременным и перспективным РЛС с АФАР, где важно обеспечить:- высокоскоростное изменение амплитудного распределения в раскрывеантенной решётки (при этом величина изменения выходной импульсноймощности отдельного ППМ может достигать 10 дБ, а время перестройки бытьсравнимо с паузой между зондирующими радиоимпульсами);-формированиеогибающейзондирующегорадиоимпульсанепрямоугольной формы.С целью управления выходным напряжением ИЭП, как правило,используют ЗУ с регулируемым выходным напряжением, при этом еговеличина задаётся контроллером ППМ.

Однако быстродействие такого ИЭПневелико из-за достаточно большой энергоёмкости НЭ, а также ограниченноймощности ЗУ, которое не может изменить напряжение на НЭ с достаточновысокой скоростью. Как следствие, время установления требуемого уровнямощности на выходе ППМ соответствует нескольким десяткам или дажесотням периодов следования зондирующих радиоимпульсов.

Как пример,54Электропитание РЭАГлава 8форма тока нагрузки ИЭП в этом случае будет иметь вид, показанный нарисунке 8.27.Очевидно, недостаточная скорость изменения выходного напряженияИЭП обуславливает искажение требуемого амплитудного распределения враскрывеАФАР,атакженевозможностьформированияогибающейзондирующих радиоимпульсов специальной формы.Рисунок 8.27 – Форма напряжения электропитания при управлении выходноймощностью ППМТаким образом, вышеописанная схема ИЭП выходного усилительногокаскада передающего канала ППМ, широко применяемая в настоящее время, непозволяет эффективно реализовать такие важные функции как:- быстрая (за время паузы между зондирующими радиоимпульсами)регулировка выходного напряжения;- формирование напряжения требуемой формы в течение длительностизондирующего радиоимпульса.Кроме того, при формировании зондирующих радиоимпульсов спрямоугольнойогибающейдостаточнобольшойдлительности(сотнимикросекунд) НЭ таких ИЭП имеет неудовлетворительные массогабаритныехарактеристики из-за низкой степени использования запасённой в нёмэлектроэнергии.55Электропитание РЭАГлава 8Техническим решением, направленным на устранение описанных вышенедостатков ИЭП, является использование в его составе дополнительногоимпульсного регулятора напряжения (ИРН), обеспечивающего высокий КПД вшироком диапазоне входных/выходных напряжений.

Характеристики

Список файлов лекций