韩啸
南京鑫轩电子系统工程有限公司 江苏南京 210000
摘要：雷达电源主要是为了雷达供电系统和其他零部件提供电能，满足雷达工作要求。随着雷达技术的发展，雷达的探测、搜索跟踪能力不断提升，雷达搭载平台设备越来越多，雷达电源系统逐渐复杂化，对电源兼容性、稳定性提出了更高的要求，以免造成电源电路故障，影响到雷达的正常工作。本文基于相控阵雷达阵面电源的特点和传统电源保护电路设计方案基础上进行优化设计，可以对雷电电源电路的欠压、过压电源提供保护，确保雷电电路正常运行。
关键词：雷达电源；保护电路设计；兼容性
引言：
雷达由发射机、发射天线、接收机、处理装置、电源设备、抗干扰设备等构成，通过无线电探测目标和空间位置，最早用于军事领域。经过100多年的发展，雷达技术不断发展，根据雷达天线扫描方式分成机械扫描雷达和相控阵雷达。相控阵雷达是通过改变雷达波相位达到改变波束方向达到不同位置进行探测，提高了雷达探测工作效率。相控阵雷达的二次电源比较多，雷达工作环境比较恶劣，往往用于高空、地下等复杂环境作业，对雷达电源影响比较大，容易出现过压、欠压、短路等故障。传统的电源保护方式是在电源线路设置断路器，如果出现过压、欠压、短路故障时，断路器自动断开，保护电源。电压正常时，需要手动恢复断路器，操作十分麻烦。因此，需要进一步优化电源保护系统，实现继电器电源故障自动断开、复位以及报警等功能，满足雷达探测各项工作要求。
1.雷达电源设计
雷达电源包括汽油机发电、柴油发电、燃气轮机发电三种常用的发电方式，随着电池技术的发展，出现了化学雷达电池、太阳能电池和蓄能器等新型的电源。本文设计的雷达电源系统采用柴油发电机组，主电源由柴油发电机组，变频器、变压器、控制柜、通信系统、总控、控制系统等构成。控制系统采用PLC控制器，可以取代继电器的工作性能，完成逻辑、运算、计时等顺序控制，抗干扰能力强、适应性好、编程简单等优点[1]。控制系统设计为手动和自动两种方式，手动为优先级。雷达电源系统与市政供电系统连接，如果电源不足的情况，可以直接接入市政电源供电，确保雷达系统的正常工作。下图为电源系统结构图
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图1 电源系统结构
2.雷达电源系统的基本参数设计
雷达电源主系统为30KW柴油发电机组，控制器为西门子控制器，门限电压指电源系统监测到电源突然达到了供电电源电压的限值，报警器会自动发出报警。电压设计为220V，过电压定值为231V，欠压定值设计为210V。根据设计的上下限电压，一旦发现电压超过系统设置的限值，则系统自动报警，控制器接收到报警信息后，立即自动断开电路，直到电压恢复正常后，自动复位。报警电路的灵敏度是根据报警电路被测电源电压在门限电压限值时，报警装置发出的报警信息号，这与报警电路灵敏度有关。电源电压系统采用三相四线，功率因素大于0.9，均流不一致性小于5%，电源冗余度大于20%，可以完成输出过压保护、欠压警告、输出过流保护功能。为了减少电网谐波影响，提高电源电压的稳定性，可以选择AC/DC电源，这种电源的输入电压为176-264V单相交流电，选择三个电源，每一个电源用一相电，达到三相四线设计要求。
3.电源电压保护电路设计
电源电压保护电路设计是让电路发生欠压、过压、短路故障时，断路器可以自动复位，采用电压精密检测电路，如果出现故障，可以自动检测发出报警信号，让上位机进行处理。电源电压保护电路设计原理如下：
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图2电源电压保护电路设计原理图
图2总的IC1A、IC1B是电源电压采样器，D41、D42是开关二极管，如果电源电压的输出电流、电压超过设计限值，则可以完成输出整流、限幅作用。如果D41、D42是低于0V时或者负电压，则影响到接口逻辑电路，导致电压系统无法正常工作。D10、D11在电压电路保护过程中可以防止系统输出负电平，影响到接口逻辑电路的正常运行。R10、R11可以将检测电源电压进行分压，避免某一条线路电压过大。在电源电压系统正常运转的情况下，IC1B输出电平的异名端电平高于同名端电平。经过IC1B采样器进行分压后，那么IC1B3脚的电压值低于IC1B2脚的电压（其中1脚为输出端电压，2脚为异名端，3脚为同名端电压）。采样器采集的电压小于设置基准电压，则IC1A出现欠压保护信号，接收器接收大欠压信号发送到继电器，继电器进行断开[2]。被检测的电源经过开关二极管进行整流后，将其与基准电压进行比较，如果监测的电压在正常电压范围内，则断路器不会发出报警信息，如果被监测的电源发生过压、欠压信号，则输出端将信号发送到继电器，断路器可以对电路故障进行排除，判断电源故障发生的原因。
4.输入缺相保护电路设计
雷达电源系统采用三相四线设计，在运行过程中，受到线路影响，可能导致电源出现缺相状态，不容易被监测系统监测到缺相信号，如果电源缺相则可能导致桥臂过流，对设备造成严重的损坏。因此，雷达电源系统必须做好缺相保护电路设计。雷达电源信号受到传输距离、传输介质的影响，会造成一定的电能损耗，影响到雷达正常运行。因此，为了减少电源损耗，在雷达电源系统安装无损电容器，无损电容器作为电容补偿装置，避免雷达工作环境对继电器的影响，提高电源电路的适应能力。根据雷达电源系统运行工作要求，安装三个电容器，如果在电源系统运行正常，三相平衡的情况下，电容器的节点电压一般为0，电流不会流经光耦，采样电阻的电压为0。如果电源系统三相不平衡，存在缺相情况下，那么电流经过光耦，电容器节点电压升高，电源系统发出高电平保护信号，则继电器立即禁止电源输出[3]。
5.雷达电源电路监控设计
雷达工作环境复杂，周围环境对电源系统影响比较大，为了提高电源系统的稳定性，需要做好雷达电源系统的监控保护，减少雷达电源系统故障。根据雷达电源工作要求，采用单片机监控系统，在每一个阵面电源安装一个监控板，每一个监控板控制阵面电源开关，并实时监测阵面电源的输出电流、电压，监控板与总线进行连接，可以与总控制台进行实时通讯，按照总控台的要求，控制电源状态。
结束语：
雷达电源系统的稳定性、可靠性和安全性，直接关系到雷各分系统的正常工作。雷达电源系统受到电网谐波、电磁辐射等方面的影响，导致电源系统出现过电压、过电流等问题。雷达电源系统电路保护设计必须根据雷达电源系统的工作环境，提高电源系统的适应性、抗干扰能力。
参考文献：
[1]刘欣,张梁娟,朱俊.星载雷达电源环境适应性结构设计与验证[J].现代雷达,2020,42(12):92-98.
[2]夏亮,杨江平,邓斌, 等.雷达站电源综合防雷系统研究与设计[J].电力系统保护与控制,2019,47(16):143-150.
[3]黄虎城.雷达电源保护电路设计浅析[J].数字化用户,2018,23(38):69-69.