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.[!--empirenews.page--]

3 電源電壓保護電路設計

自復位保護電路的過.欠壓保護部分，亦可用于電壓精密檢測電路，當出現(xiàn)故障時實現(xiàn)報警，也可將報警信號送入上位機做處理，作為電壓前端檢測電路.過.欠壓保護電路原理圖如圖3所示.

電壓值比較器的功能其實是由雙運放完成的.圖中IC1A,IC1B為過壓.欠壓采樣比較器.D41,D42兩個開關二極管，在電源保護電路中起輸出整流.限幅作用.

如果開關二極管處于低電壓狀態(tài)時(一般小于0 V)或為負電壓時，對接口電路中的邏輯電路產(chǎn)生影響，從而導致系統(tǒng)不能正常工作.

D10,D11在系統(tǒng)有效地防止輸出負電平損壞其后續(xù)的接口電路.保護電路中RP1.RP2 兩個電位器組成有效的分壓器，VrefG,VrefQ 為IC1B 和IC1A 過欠比較器的基準電壓，R10,R11 在被檢測電源電壓采樣電路中起分壓作用.

計算公式如下：

式中：U取樣為經(jīng)過R10,R11 分壓后R11 上的電壓;U入為被檢測電源電壓值.

當輸入電壓采樣問題成功解決后，此過程為，設計人員拿預先設定的保護基準電壓與采樣電壓進行數(shù)值比較.IC1B 輸出低電平時異名端的電平比同名端高.

當設計一個電源電壓保護電路時，電源系統(tǒng)正常工作時需要重點考慮如下問題，送到IC1B 的電壓經(jīng)過采樣器分壓電路之后，3腳的電壓值必須低于的IC1B 2腳的電壓.(1腳為輸出端，3腳為同名端，2腳為異名端).只要采樣得到的電壓小于設置的基準電壓，IC1A 就會產(chǎn)生欠壓保護信號，同理如果采樣電壓大于設置的基準電壓，IC1B 就會產(chǎn)生過壓保護信號.需要注意設計人員在計算采樣電壓時，一定要同時考慮和分析過壓與欠壓基準電壓值.

被檢測電源經(jīng)過整流電路后，就可以分別與被測電源基準電壓進行比較，若被監(jiān)測的電源電壓均在正常工作的窗口電壓之內，則系統(tǒng)工作正常無需要報警.如果被測電源突然出現(xiàn)故障(不論過壓或欠壓)比較電路的輸出端便立即送出報警信號，以便在毫秒級內完成故障排除故障.

4 輸入缺相保護電路設計原理

為了減小電源的體積和降低電源損耗，檢測部分采用無損電容器替換傳統(tǒng)的電阻器.由于電網(wǎng)自身和人為的接線問題，可能會導致被測電源出現(xiàn)缺相運行的狀況，且缺相不太容易被及時發(fā)現(xiàn).如果突然遇到電源掉相時，缺相保護電路中整流橋的其中一橋臂無電流，同時逆變器出現(xiàn)工作異常，而現(xiàn)其他橋臂過流，甚至導致電源與設備的嚴重損壞.因此，在進行有效的缺相保護設備安全中顯得尤為重要.圖4是陣面電源(雷達二次電源)的缺相保護電路原理圖.

當被檢測中線不流過電流，及系統(tǒng)正常三相平衡，三個電容器的節(jié)點H 點的電壓為零.當光藕副邊不流過電流，即采樣電阻R2 上電壓為0.當系統(tǒng)處于缺相運行時，光藕有電流流過，H 點電壓會立即升高.電阻R2上則產(chǎn)生電壓，此電壓通過C4 濾波后，與R4,R5 產(chǎn)生的電源基準電壓進行有效的比較;當電源系統(tǒng)直接掉相或三相嚴重不平衡時，系統(tǒng)立即產(chǎn)生高電平保護信號，保護電路當即立即禁止電源輸出.電源系統(tǒng)如果運行在缺相時，光藕的原邊電流Ic 取5~10 mA(H 點的電位最高，為線電壓的1 2)，所以電容器的交流阻抗為：

5 結語

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，結合雷達電源系統(tǒng)的研制，設計了簡單實用的雷達電源保護電路.該電路可實現(xiàn)雷達一次電源故障中的過.欠壓保護和二次電源缺相保護.實際應用表明，該保護電路工作穩(wěn)定可靠，靈敏度高，能夠準確地對變頻發(fā)電機組與柴油發(fā)電機組進行過.欠壓報警，同時對陣面電源(二次電源)進行缺相保護，虛警率≤3%,故障報警率≥98%,故障隔離率≥96%,達到了對雷達電源保護的要求.