Лекции 14-16 - Конспекты (1095384), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Структура такого ИЭПприведена на рисунке 8.28.В случае применения ИЭП с дополнительным ИРН в ИМ становитсявозможнымдопуститьзначительнобо́ льшийразряднакопительногоконденсатора. Кроме того, значение скола при этом будет практически равнонулю.Определим минимальное значение ёмкости накопительного конденсаторадля рассматриваемого ИЭП.Рисунок 8.28 – Структура ИЭП с дополнительным импульсным регуляторомнапряжения в ИМUСЭС – напряжение системы электроснабжения; ЗУ – зарядное устройство;НЭ – накопитель электроэнергии; Uвых – напряжение на выходе источника электропитания.При расчётах примем, что ИРН потребляет постоянную мощность от НЭв течение импульса.

Влияние тока, потребляемого от ЗУ в течение импульса, наскорость разряда НЭ учитывать не будем.Пусть конденсатор разряжается постоянной мощностью. ПренебрегаяКПД ИРН и приняв напряжение на выходе ИРН равным напряжению на НЭ вначале импульса, запишем следующее уравнение:56Электропитание РЭАГлава 82CU 02 C U 0  U С  U 02tи,22RН(8.33)откудаC2tи.2RНU С  U С 2U0  U0 (8.34)Определим коэффициент использования энергии накопителя KE. Значениеотносительного скола напряжения на накопительном конденсаторе возьмёмU С 0,5 , так как в настоящее время затруднительно создать ИРН,U0работающий в более широком диапазоне входных напряжений и обладающийвысоким КПД.Подставляя в выражение (8.32) значениеU С 0,5 , получим значениеU0КЕ, равное 0,75.Таким образом, коэффициент использования энергии накопительногоконденсатора в рассматриваемом ИЭП более чем на порядок превышаеткоэффициент использования энергии накопительного конденсатора в ИЭП бездополнительного ИРН.ЕщёоднимпреимуществомрассматриваемогоИЭПявляетсявозможность скоростного управления выходным напряжением, в том числе втечение импульса.

Это обусловлено, прежде всего, наличием относительномалой ёмкости на выходе ИРН.Основным же недостатком такой схемы построения ИЭП являетсянекоторое снижение КПД, а также повышенные пульсации выходногонапряжения.Таким образом, укажем основные преимущества ИЭП с ИРН перед ИЭП,структура которого была рассмотрена ранее:57Электропитание РЭАГлава 8- возможность динамического регулирования напряжения электропитанияусилительного каскада передающего канала ППМ независимо от величинынапряжения на НЭ, что позволяет формировать зондирующие сигналы,представляющиесобойамплитудно-модулированныеимпульсныепоследовательности, или практически мгновенно изменять амплитудноераспределение в раскрыве антенной решётки;-возможностьформироватьпрямоугольныезондирующиерадиоимпульсы с абсолютно плоской вершиной (без скола);-возможностьформироватьнепрямоугольныезондирующиерадиоимпульсы с широким динамическим диапазоном;- возможность более полного (до 80%) разряда НЭ без ухудшенияпараметров формируемых радиоимпульсов и, как следствие, значительноеуменьшение энергоёмкости и массы НЭ, особенно при формировании длинных(сотни микросекунд) зондирующих радиоимпульсов.Следует указать на то, что от ИРН при решении задачи управлениявыходной мощностью ППМ зависят:- скорость установки требуемой выходной импульсной мощности ППМ;- динамический диапазон формируемого зондирующего радиоимпульса (втом числе с непрямоугольной огибающей);- минимально возможная длительность формируемого зондирующегорадиоимпульса, ограниченная максимальной скоростью нарастания и спадавыходного напряжения ИЭП;- точность формирования огибающей формируемого зондирующегорадиоимпульса.Рассмотрим далее вопросы выбора топологии, рабочей частоты и способауправления регулирующим транзистором ИРН.1.

Выбор топологииУчитывая высокие значения требуемой импульсной мощности на выходе58Электропитание РЭАГлава 8ИЭП (сотни и тысячи ватт) и тока нагрузки (десятки и сотни ампер) наиболеецелесообразным является построение ИРН на основе дроссельного ПНпонижающего типа. В таком ИРН пиковое значение тока, протекающего черезрегулирующий транзистор, не превышает двукратного тока нагрузки.

С учётомпредставленных на рынке современных силовых транзисторов, в том числе наосновеширокозонныхполупроводниковыхматериаловсвысокойподвижностью электронов (AlGaN/GaN), реализация ИРН с высокимиэнергетическими характеристиками в настоящее время является достижимой.Другим преимуществом использования дроссельного ПН понижающеготипа является его хорошие массогабаритные показатели.2. Выбор рабочей частотыВ настоящее время рабочие частоты ИРН могут достигать сотен мегагерц.При этом с ростом рабочей частоты, с одной стороны, улучшаютсядинамические характеристики ИРН, а с другой, имеет место снижение КПД иззаростапотерьнапереключениерегулирующеготранзистораикоммутирующего диода.Рабочая частота ИРН выбирается обычно таким образом, чтобы снижениеКПД было незначительным или не превышало заданного (как правило, КПДИРН должен быть не ниже 95%).

Потери на переключение при заданнойрабочей частоте определяются, как правило, параметрами регулирующеготранзистора и коммутирующего диода. Как пример, при разработке ИРН суровнем выходной импульсной мощности единицы киловатт и напряжением навыходе 30…50 В на основе современных кремниевых МОП-транзисторовпрактически реализуема (при обеспечении КПД около 95%) рабочая частота неболее 1…2 МГц.3. Выбор способа импульсного регулированияПри разработке ИРН крайне важно большое внимание уделять егодинамическим характеристикам, к которым предъявляют экстремально высокие59Электропитание РЭАГлава 8требования.

Это связано с тем, что, с одной стороны, в начальный моментвремени ток нагрузки ИРН изменяется практически скачком от нуля дозначения, близкого к максимальному, что требует крайне малой величиныпереходного отклонения выходного напряжения ИРН. С другой стороны, из-затого что опорное напряжение ИРН может изменяться с высокой скоростью впределах длительности усиливаемого радиоимпульса, время установлениявыходного напряжения ИРН не должно превышать единиц микросекунд.Для обеспечения столь высоких динамических характеристик крайневажным является выбор типа и параметров контура ОС.

Быстродействиеклассической одноконтурной ОС по среднему значению напряжения или токуявляется неудовлетворительным для использования в ИРН. Вместе с темвведение дополнительной быстродействующей ОС, конечно, уменьшает времяреакции ИРН, но значительно усложняет его СУ, а в ряде случаев всё равно непозволяет достичь требуемых динамических характеристик.В то же время существуют и достаточно простые схемотехническиерешения, позволяющие значительно уменьшить время реакции ИРН. К такимрешениям, в частности, относится реализация релейной (гистерезисной) ОС понапряжению. Время реакции ИРН в этом случае не превышает 100 нс иопределяется в основном задержкой сигнала в цепи ОС и силовой части.В настоящее время в научно-технической литературе имеются сведения осоздании образцов ИЭП с ИРН, имеющих выходную мощность от десятков ваттдо единиц киловатт.

Выходные напряжения таких ИЭП могут изменяться отединиц до десятков вольт. Длительность формируемых радиоимпульсов приэтом составляет сотни и тысячи микросекунд (с непрямоугольной огибающей)и единицы и сотни микросекунд для радиоимпульсов с прямоугольнойогибающей. Достигнутый уровень КПД зависит преимущественно от рабочейчастоты и варьируется от 80% для ИЭП с рабочей частотой 100 МГц до 95%для ИЭП с рабочей частотой порядка единиц мегагерц.60Электропитание РЭАГлава 8Однако если возможности по улучшению энергетических и динамическиххарактеристик ИЭП без ИРН определяются, главным образом, успехами всовершенствовании элементной базы, то в случае ИЭП с ИРН следует говоритьоб их большом потенциале в части улучшения указанных характеристик в томчисле за счёт изменения структуры и алгоритмов управления составнымиузлами.Таким образом, основными направлениями совершенствования ИЭП с РУможно назвать следующие:- повышение КПД ИЭП за счёт совершенствования как элементной базы,так и схемотехнических решений;- увеличение уровня выходной мощности и выходного напряжения ИЭПдля электропитания перспективных мощных УМ, выполненных на основе GaNтранзисторов (до единиц киловатт и 100 В соответственно);- уменьшение пульсации выходного напряжения ИЭП за счёт увеличениярабочейчастотыИРНисовершенствованияспособовимпульсногорегулирования;-повышение быстродействия ИРН за счёт совершенствования способовимпульсного регулирования.8.2.5Электромагнитныепроцессывимпульсноммодуляторерадиолокационного передающего устройстваРассмотрим далее электромагнитные процессы, имеющие место в ИЭП,обеспечивающем электропитание передающего канала ППМ АФАР.Нарисунке8.29приведенаэквивалентнаяструктурнаясхемасоответствующей цепи электропитания.

Характеристики

Список файлов лекций