雷達電源保護電路設計

0 引言

隨著相控陣雷達技術的迅速發(fā)展，相控陣雷達技術被廣泛用于地面防御系統(tǒng)中.然而，在目前有源相控陣雷達中去掉了傳統(tǒng)雷達中的大功率發(fā)射機電源，由原來的大功率發(fā)射機電源改為向各個T/R組件供電，雷達的二次電源數(shù)量明顯增多，電源系統(tǒng)越來越復雜，故障率明顯增多.由于軍用雷達常常工作在惡劣環(huán)境下，雷達電源的常見故障如過壓.欠壓.過熱.短路.缺相等，往往難以避免.因此，對雷達電源系統(tǒng)故障的快速定位.電源保護.故障報警成為獲取電源故障信息，保證電源系統(tǒng)安全運行的關鍵.國內采用的保護技術，解決方案多數(shù)是在線路入口處設置斷路器，當線路過壓或欠壓時切斷線路，而當電壓恢復正常時需手動使斷路器復位.

本文在分析了相控陣雷達陣面電源的特點以及傳統(tǒng)雷達電源保護電路基礎上，設計了簡單實用的雷達電源保護電路，實現(xiàn)了雷達一次電源故障中的過.欠壓保護和二次電源缺相保護.該電源保護電路具有抗干擾能力強.靈敏度高等特點.可實現(xiàn)集成化自復位電源故障報警功能，提高了雷達電源系統(tǒng)的可靠性及靈敏度.

1 電源系統(tǒng)簡介

雷達主電源系由康明斯30 kW柴油發(fā)電機組.總控配電機柜.50 kW變頻發(fā)電機組(兩臺)與變頻機控制柜.ATS切換柜.電力變壓器.發(fā)電機組本機控制柜.通信及監(jiān)控系統(tǒng)構成.在電源系統(tǒng)中，柴油發(fā)電機組與市電互為備份，當市電不能正常使用的時候開啟柴油發(fā)電機對雷達系統(tǒng)進行工頻供電，控制系統(tǒng)分為手動方式和自動方式(手動系統(tǒng)享有最高優(yōu)先級).系統(tǒng)結構如圖1所示.

2 基本參數(shù)確定

2.1 門限電壓定義

在電源故障報警技術指標中，報警電路的窗口電壓(上，下門限電壓)是主要參數(shù)指標.該指標根據(jù)雷達電源的使用條件，決定報警電路的試用范圍，保證雷達系統(tǒng)的正常工作.

門限電壓的定義：指被監(jiān)測的電源受到內部或外部的原因，電壓突然達到了供電電源電壓的極限值，同時激活報警電路到工作狀態(tài)，由報警器發(fā)出信號報警(如聲，光等)，或將報警信號送入上位機做后續(xù)處理，這個電壓值就稱作門限電壓.

2.2 報警電路基準電壓的確定與靈敏度調整

2.2.1 基準電壓的計算

報警器窗口電壓的極限系數(shù)為ε ,被測電源電壓的標稱值為U0 ,報警器的門限電壓為Ug ,則有如下關系表達式：

用Us 表示過壓門限電壓;UL 為欠壓門限電壓.則：

式中：ε0 是對報警電路系統(tǒng)指標重要影響的參數(shù).

下面根據(jù)某型號雷達技術指標確定ε0 = 5% ,可由式(1)求出中頻報警窗口電壓(門限電壓);將U0 = 220 V,ε0 = 5% ,帶入式(1)，得：

同理工頻報警窗口電壓：

根據(jù)上式所述，當被測電源電壓處在(Us – UL ) 的范圍內，則視為系統(tǒng)正常工作，若超出此范圍則需要立即對故障進行報警.ε0 可由用戶根據(jù)需求以及報警電路所需技術指標所確定，設計者可根據(jù)用戶對電源報警的需要去確定ε0.U0 ,進而確定報警電路的窗口電壓.

圖2為報警參數(shù)曲線圖.

2.2.2 報警電路靈敏度

報警電路的靈敏度是當報警電路對被測電源電壓在門限電壓臨界值之外變化時，報警電路所根據(jù)實際情況所反映出的靈敏程度.這一指標主要取決于運放開環(huán)直流差模增益，實際應為差分放大的兩個輸入電壓( Ao d 在理想的運放中應為無窮大)，只要有及其微小的差別，也會使輸出電壓有很大的幅度變化，因此，調整Δ(Vi1 – Vi2) 的值，可以保證報警器的靈敏度.