• для канала +5 В — СПН 03 05- В-1 КЦАЯ.436434.001 ТУ;
• для канала -5 В — СПН 03 05- В-1 КЦАЯ.436434.001 ТУ.
Суммарная масса источников питания в этом случае будет
M = N×3x0,042 = 64,76 кг.
Структурная схема такой системы электропитания приведена на рис. 2.
Таким образом масса системы питания при децентрализованной схеме составит 64,8 кг без учета массы накопителей энергии, установленных в ППМ.
Рассмотрим систему электропитания с частичной централизацией (ЧЦ). При таком построении системы питание ППМ можно осуществить несколькими способами.
Рассмотрим вариант (первый способ), когда дополнительные напряжения +5 и -5 В формируются от источников, питающихся от цепи основного канала +10 В. При таком построении в источниках +5 и -5 В не требуется гальванической развязки входных и выходных цепей и они могут быть выполнены на основе импульсных стабилизаторов, имеющих существенно меньшую массу и больший КПД по сравнению с СПН, так как их схема управления более простая и в них отсутствует трансформатор. Предварительные расчеты показали, что плата ИСН с двумя выходными напряжениями +5 и -5 В при ее размещении внутри ППМ будет иметь массу 0,025 кг и габаритные размеры 50×35×10 мм. КПД такого ИСН составит не менее 80%. Тепловыделение этой платы не будет превышать 0,35 Вт. В этом случае ППМ питается только от напряжения +10 В с током потребления I+10 = 0,28+0,175 = 0,455 А и потребляемой мощностью 4,55 Вт.
При втором способе построения схемы с частичной централизацией при котором вспомогательные напряжения +5 и –5 В для каждого ППМ вырабатываются импульсным стабилизатором напряжения, расположенным в корпусе ППМ, а напряжение +10 В осуществляется мощным СПН, обеспечивающим питание всего столбца. Из расчетов, проведенных выше имеем мощность, потребляемую одним ППМ, равную 4,55 Вт. Тогда мощность СПН составит 4,55×29= 132 Вт.
Серийно СПН на данную мощность не выпускаются, поэтому такой источник должен специально разрабатываться.
Сначала оценим надежность системы без резервирования. Примем вероятность безотказной работы данного СПН по аналогии с серийными СПН равной 0,992. Вероятность безотказной работы системы в этом случае будет
PЧЦ = pn =0,99218 =0,865.
Для повышения надежности применим пассивное резервирование, которое возможно, если включить все восемнадцать СПН, питающих столбцы ППМ параллельно по выходу. В этом случае в схему управления каждого СПН должно быть включено специальное устройство выравнивания токов (УВТ), обеспечивающее равномерное распределение тока нагрузки между параллельно работающими СПН [4]. При таком резервировании при выходе из строя одного или нескольких источников нагрузка перераспределяется между оставшимися исправными источниками. Очевидно, что в данном случае СПН должны иметь определенный запас по мощности, который зависит от допустимого числа неисправных источников.
Вероятность безотказной работы системы при пассивном резервировании определяется выражением
где п — число параллельно включенных источников (число столбцов); l — число источников, при которых система сохраняет работоспособность.
Таблица 2. Значения вероятности безотказной работы системы и требуемой мощности СПН для различных значений числа l
| Число источников l | Мощность СПН, Вт | Вероятность безотказной работы системы |
|---|---|---|
| 18 | 132 | 0,8650 |
| 17 | 140 | 0,9910 |
| 16 | 148 | 0,9996 |
| 15 | 158 | 0,9999 |
Из табл. 2 видно, что уже при l=17 (допускается выход из строя одного СПН) надежность системы соответствует заданному значению. Мощность СПН при этом составляет 140 Вт. Учитывая возможную неравномерность в распределении токов между СПН принимаем требуемую мощность каждого СПН равной 150 Вт. Масса такого источника составит 0,42 кг.
Оценим массу источников системы с учетом ИСН, расположенных внутри каждого ППМ
M = 0,025×N + 0,42×n = 20,4 кг.
Каждый ППМ потребляет ток 0,455 А, а один столбец ППМ будет потреблять ток 13,2 А. С учетом этого масса проводов равна 2,2 кг.
Таким образом, масса системы питания полотна антенной решетки и распределительной системы составит 22,6 кг без учета массы накопителей энергии, установленных в ППМ и при вероятности безотказной работы системы не менее 0,99. Такое построение системы питания обеспечивает наименьшую массу при заданной надежности.
Структурная схема системы питания с частичной централизацией приведена на рис. 3. Из рисунка видно, что ИСН для получения вспомогательных напряжений +5 и –5 В расположен внутри герметичного корпуса ППМ. Накопитель может располагаться как внутри, так и снаружи ППМ. В последнем случае необходимо обеспечить минимальную длину проводов между ППМ и накопителем. Все 18 мощных ППМ работают на общую шину. Равномерное распределение нагрузки обеспечивается устройствами выравнивания токов (УВТ), которыми снабжен каждый ППМ.
Рис. 3. Схема частично централизованной системы питания полотна антенной решетки и распределительной системы
На выходе каждого ППМ установлены плавкие предохранители F. Установка предохранителей связана со следующим обстоятельством.
Выход из строя источников питания часто связан с пробоем и закорачиванием выходного конденсатора. При отсутствии специальных защитных мер это может привести к выходу из строя всей системы питания. При установленных предохранителях короткое замыкание на выходе СПН приведет к выгоранию соответст вующего предохранителя и автоматическому от ключению неисправного СПН от общей шины.
Таблица 3. Параметры рассмотренных систем электропитания
| Тип системы электропитания | Расчетная масса системы**,кг | Надежность системы |
|---|---|---|
| Централизованная | 29,8 | 0,996* |
| Децентрализованная | 64,8 | 1 |
| Частично централизованная с пассивным резервированием | 22,6 | 0,991 |
*Данная вероятность безотказной работы на практике не реализуема из-за низкой надежности узлов коммутации, необходимых для резервирования источников питания. **Без учета массы накопителей энергии
• Централизованная система электропитания обладает неплохими массогабаритными параметрами, но практически труднореализуема из-за низкой надежности устройств коммутации, необходимых для резервирования источников питания, децентрализованная система обеспечивает максимальную надежность системы питания АФАР, но при этом обладает наихудшими массогабаритными показателями.
Наилучшими массогабаритными параметрами при обеспечении заданной надежности обладает частично централизованная система с пассивным резервированием. Основной проблемой при построении систем с пассивным резервированием является необходимость выравнивания токовой нагрузки между источниками. Таким образом, наиболее подходящим вариантом системы электропитания для данной АФАР является частично централизованная система питания с пассивным резервированием. Такая система имеет наименьшую массу, при обеспечении заданной надежности. Хотя реализация такой системы питания и связана с проблемами выравнивания токовой нагрузки между источниками, но эта проблема решаема.
1. Братчиков Л.И. и др. Активные фазированные антенные решетки — М. Радиотехника, 2004.