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天气雷达回扫充电调制器的应用分析

时间:03-15 来源:互联网 点击:

摘要:为了提高发射机输出脉冲幅度的稳定度,研制了平均功率约30 kW的脉冲电源,采用回扫充电技术给线型调制器的脉冲形成网络充电。该电源充电、放电分时进行,可控制调制器连通以减小电源纹波影响调制器指标;采用IGBT作为充电开关。研究了临沂新一代天气雷达回扫充电调制器的工作原理和电路组成,最后还阐述了回扫充电电源中重要参数指标。
关键词:天气雷达;回扫充电调制器;人工线;脉冲电源

0 引言
现代雷达对发射机输出脉冲幅度稳定度提出越来越高的要求,当要求发射系统改善因子大于50 dB时,输出脉冲的脉问幅度稳定度需要大于1‰。临沂CINRAD/SC天气雷达采用了先进的回扫充电技术。
回扫充电电路是开关电源用于脉冲调制器的一种特殊形式,与传统的线型调制器的谐振充电或等待充电方式相比,人工线(PFN)充电电源采用回扫充电具有许多优点:可省略体积庞大的输入电源变压器,直接输入380V交流电源;回扫变压器具有隔离作用,调制器脉冲输出与直流电源向回扫变压器储能在时间上是错开的,故调制器不易连通,可以减小电源纹波对调制器指标的影响,具有很强的承受正/负失配的能力;输出脉冲幅度调节方便,可通过控制赋能电流与赋能脉冲宽度间的闭环来控制人工线(PFN)的充电电压精度。

1 回扫充电调制器的组成
回扫充电调制器简单分为充电和放电两部分,充电部分采用一种类似于单端反激式开关电源的电路拓扑形式,通过控制储能电感电流来完成对人工线充电电压的精确控制;放电部分是包含人工线(PFN)、放电开关管、脉冲变压器等的标准放电电路。它们通过充电变压器和充电续流钳位二极管链接为一个整体。回扫充电调制器简图如图1所示。


2 回扫充电调制器的工作原理
当定时脉冲送入赋能控制器,由赋能控制器产生赋能脉冲,经脉冲驱动器隔离放大后,加至回扫充电模块中开关管(IGBT)V1,V2的基极,并使其导通。50 Hz电源整流滤波的直流电源VDC(510 V)经V1,V2加到充电变压器初级绕组两端,由于充电变压器工作在线形状态(不饱和),初级绕组直流i1呈线性上升,呈锯齿形,由电流互感器对i1进行取样,取样信号送入比较器,当i1上升到所需额定值i1max时,比较器发出赋能结束指令,赋能控制脉冲结束,开关管V1,V2关断,充电变压器把电能转换为磁能。

图2为回扫充电调制器波形图,从定时器发出赋能指令开始到比较器发出赋能结束指令止,储存在充电变压器中的能量不断增加,这段时间称为赋能时间,用T1表示。赋能结束后加到开关管充电变压器的初级电流i1max应突降为零,但由于充电变压器漏感的存在,初级电流的下降有一过程。初级电流的快速降落,充电变压器的电感产生反电动势,由于初级已关断,电流只能通过次级向人工线充电。次级电流由零突上升为i2,设充电变压器次级对初级的升压比为n,则i2=i1max/n,i2经充电二极管向人工线电容器C充电,人工线电压UC逐渐升高,而i2逐渐减小,充电变压器中的储能逐渐转化为人工线储能,直至i2为零,人工线电压达到最大值UCmax,人工线完成了一个充电周期,这段时间为人工线的充电时间,用T2表示。事实上,由于存在漏感,在T1时间内,电流i1的下降有个过程,在这段时间里,漏感中的储能通过回授二极管VD1,VD2返回510 V直流电源,调制器中的充电二极管VD5阻止人工线通过变压器次级绕组放电。在T1时间,电流i1将能量以磁场储入充电变压器,称为赋能电流;i2流过回授二极管,将能量返回直流电源称为回授电流。通过控制赋能电流值,保证了在任一重复周期内人工线得到相同的能量,实现稳压的目的。

3 回扫充电调制器的保护电路
回扫充电电路具有完善的保护电路,主要包括赋能过流保护、反馈过流保护、充电过压保护、IGBT过流保护,这些保护电路保证充电赋能电路正常工作,提高了电路的可靠性、稳定性。

4 回扫充电调制器的工作指标参数
充电电流:130~140 A(窄),190~200 A(宽);
赋能脉冲:210~230μs(窄),340~360 μs(宽);
充电变压器:电感约为0.8 mH,升压比:13;
人工线电容:0.4μF(窄),1μF(宽);
人工线电压:4.8~5.3 kV;
人工线充电电流有效值:4.7~5 A(窄),5.8~6 A(宽);
赋能电流平均值不大于17 A。

5 结语
临沂新一代天气雷达自从2002年安装以来,工作一直比较稳定,回扫充电调制器也只出现过一次故障,说明回扫充电调制器的电路设计是成功的。

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