Источники электропитания.Зарядный Накопитель для приемно передающего модуля АФАР

Введение
В настоящее время радиолокационные станции нового поколения с антеннами с активной фазовой решеткой (АФАР) все чаще используются в таких ответственных областях, как системы воздушно-космической обороны, навигационные системы, беспилотные летательные аппараты и т. д. [3] .
Основное отличие РЛС с АФАР от станций предыдущих поколений, в которых использовались зеркальные и щелевые антенные решетки, а также пассивная фазированная антенная решетка (ПФАР), заключается в том, что передающие и приемные блоки (ППМ), каждый из которых работает в комбинированном режиме, с одним передатчиком радиосигнала, расположены в блоке антенного устройства (рис. 1).

Рис. 1. АФАР авиационная РЛС
Эта особенность предъявляет жесткие требования к массогабаритным характеристикам и надежности системы питания, при этом количество каналов питания определяется количеством блоков приемопередатчика и увеличивается на несколько порядков по сравнению с РЛС, в которой ПФАР используется.
Для системы электропитания передатчик радиосигнала представляет собой активную низковольтную линейную нагрузку с высокими требованиями к стабильности напряжения накопительного конденсатора [3].
Несоблюдение этих требований может повлиять на такой важный параметр, как амплитудно-фазовая стабильность выходных СВЧ-радиоимпульсов канала передающего устройства, что в конечном итоге отразится на селекции движущихся радиолокационных объектов [3].
организация электропитания модулей АФАР ППМ, а также выбор соответствующей базы данных.











1.1 Принципы построения системы электропитания АФАР
В настоящее время перед разработчиками таких систем стоит ряд задач: обеспечение необходимого диапазона выходных напряжений и минимальных электрических потерь, организация гальванической развязки блоков передающей и приемной аппаратуры, а также, по возможности, минимизация финансовых затрат.
С этой точки зрения необходимо уделить особое внимание организации системы электроснабжения путем правильного выбора ее архитектуры.
Среди основных требований к системе электроснабжения можно выделить следующие [4]:
• минимальные параметры массы и габаритов.
• максимальная надежность системы.
• максимальная производительность;
• простота обслуживания.
Система электроснабжения может быть построена по различным схемам, но, как правило, за основу принимается централизованная или децентрализованная схема строительства или одна из их модификаций.
Центральная система
Все агрегаты питаются от нескольких мощных преобразователей напряжения, обеспечивающих в системе все необходимые значения напряжения и тока (рис. 4).
Данные блоки питания представляют собой одноканальные стабилизированные DC-DC преобразователи с диапазоном входного напряжения от 18 до 40 В.
Устройства имеют встроенную защиту от короткого замыкания и перегрузки в цепях нагрузки, а также возможность дистанционного включения/выключения. Входные и выходные цепи блоков гальванически изолированы друг от друга и изолированы от корпуса. Устройства имеют герметичный металлический корпус прямоугольной формы, нижняя поверхность которого рассеивает тепло.
Агрегаты имеют следующие данные по надежности:
• интенсивность отказов во включенном состоянии при работе в номинальном режиме при температуре корпуса 85°С-
λ Р = 1·10–6 1/ч.
• интенсивность отказов во включенном состоянии при работе в легком режиме с коэффициентом нагрузки 0,8 и температурой корпуса не более 70°С
-λ Р = 0,68·10–6 1/ч.
• интенсивность отказов в режиме хранения, включая блоки, встроенные в оборудование, в остановленном состоянии λ ХР =11,6·10–8 1/ч.
Оценим Центральную систему снабжения (ЦС) АПАА по критериям, приведенным выше.
Для построения полностью централизованной энергосистемы необходимы три мощных источника питания для питания всех PPM АФАА и системы распределения.
Мощность таких источников питания будет
по каналу +10 В – 1462 Вт,
по каналу +5 В - 522 Вт,
по каналу -5 В - 209 Вт.
Более мощные источники питания, как правило, имеют несколько лучшие массогабаритные показатели, однако построение полностью централизованной системы электроснабжения АФАР ограничено следующим обстоятельством:
при достаточно низком напряжении питания основного канала ППМ (+10 В) и значительных геометрических размерах ткани АФАР невозможно обеспечить требуемую нестабильность напряжения питания ППМ из-за падения напряжения в цепи провода.
Рассмотрим выбор централизованной системы электроснабжения, при которой каждая колонна сети питается от трех мощных агрегатов СПН.
Расход для каждого СПН определяется исходя из исходных данных, приведенных выше.
Потребление на канал +10 В :
I +10= I ЦП n =0,28·29 = 8,12А;
Р +10=10·8,12=81,2Вт.
Потребление на канал +5 В :
I +5= I 1 n =0,2·29 = 5,8А;
Р +5 =5·5,8=29Вт.
Потребление на канал –5 В :
I -5= I 2 n =0,08·29 = 2,32 А ;
Р-5 =5·2,32=11,6Вт.

Таблица 1
Последовательные источники типа SPN Выходная мощность, Вт Диапазон выходных напряжений, В кг Габаритные размеры, мм
СПН03 3 5; 6; 9; 12; 15 0,042 50×32×12
СПН05 5 2,5; 3,3; 5; 6; 9; 12; 15; 27 0,052 58x34x12
СПН10 10 2,5; 3,3; 5; 6; 9; 12; 15; 27; 36 0,064 64×40×12
СПН10 100 36 0,280 122×84×1
Для такой системы можно выбрать серийные источники типа СПН производства компании Электронинвест :
• по каналу +10 В - СПН100 10-В-1 КЦАЯ.436434.001 ТУ;
канала +5 В - СПН50 05-В-1 КЦАЯ.436434.001 ТУ;
• для канала -5 В - СПН 15 05- В-1 КЦАЯ.436434.001 ТУ.
Учитывая данные, приведенные в табл. 1, общая масса всех источников составит 10,4 кг, без учета массы накопителей энергии, установленных в ЦБК.
Структурная схема такой системы электроснабжения представлена на рис. 2 .

Рис. 2. Схема центральной системы питания мачты антенной решетки и системы распределения

Давайте оценим надежность системы. Вероятность работы без отказа источника типа СПН:
р = е – λΡ t Р e – λΡΡ t ΡΡ = e -1·10-6·3000 e -11,6·10-8·40000 = 0,992
В этой системе сбой происходит при выходе из строя одного из источников.
Общее количество источников k =3× n =54. Вероятность работы центральной электросистемы без сбоев
P CS = pk = 0,99254 = 0,648.
Полученное значение вероятности безотказной работы энергосистемы крайне мало..
При необходимости здесь необходимо изменить выходные цепи блоков питания.
Осуществить это переключение с помощью электромеханического реле невозможно из-за низкой надежности таких реле. Использование развязывающих диодов также невозможно, так как при низких выходных напряжениях, возникающих в этом случае, невозможно обеспечить требуемые значения величины и нестабильность выходных напряжений источников питания.