南京航空航天大學(xué)研究者在有源相控陣雷達電源研究上取得新進(jìn)展
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有源相控陣雷達是一種新型的固態(tài)雷達，具有多功能、多目標、高可靠性的特點(diǎn)。相控陣雷達憑借其高靈活性和高抗干擾能力的優(yōu)勢，正逐步取代傳統的機械掃描雷達。相控陣雷達中每個(gè)天線(xiàn)單元都裝配發(fā)射/接收（TR）組件。發(fā)射/接收組件是相控陣雷達的核心部件，其負載特性為周期性高頻脈沖負載，需要電源提供恒定電壓和脈沖電流。
圖1為相控陣雷達電源多數采用的分布式供電系統。該結構主要有有源功率因數校正（APFC）、一次DC-DC（中間母線(xiàn)變換器）和二次DC-DC（負載變換器）部分。傳統的雷達發(fā)射機一般會(huì )產(chǎn)生150～300 Hz的低頻脈沖，而相控陣雷達發(fā)射/接收組件脈沖重復頻率較高，可達20 kHz甚至更高，是傳統雷達重復頻率的近百倍。因此，相控陣雷達脈沖電流的變化率較大，這對其供電電源的負載動(dòng)態(tài)性能提出了很高要求。
圖1 某相控陣雷達電源示意圖
現有針對脈沖負載變換器的研究較少，且存在體積較大、響應較慢以及控制策略復雜等問(wèn)題；線(xiàn)性電路可以實(shí)現高動(dòng)態(tài)的負載響應速度，但存在電源效率低的問(wèn)題。南京航空航天大學(xué)江蘇省新能源發(fā)電與電能變換重點(diǎn)實(shí)驗室的樊靖軒、施佳楠等學(xué)者，針對高速負載切換的二次DC-DC電源，提出開(kāi)關(guān)線(xiàn)性復合并聯(lián)結構的脈沖負載變換器及其相應的控制策略，可顯著(zhù)提升了脈沖電源的動(dòng)態(tài)響應能力，增加了脈沖負載的供電穩定性。
圖2 高頻脈沖負載實(shí)現電路
研究者指出，基于器件級環(huán)路建模的方法有效提升了線(xiàn)性穩壓電路的環(huán)路帶寬，使其進(jìn)行快速功率跟蹤，并設計基于GaN的低阻抗交錯并聯(lián)Buck變換器，使其以較快的速度高效地提供主要脈沖功率。
圖3 脈沖負載變換器實(shí)驗樣機
針對重復頻率50 kHz、峰值功率120 W的高頻模擬雷達脈沖負載，他們搭建了脈沖電流上升下降時(shí)間50 ns以?xún)鹊拿}沖電源原理樣機。實(shí)驗結果表明，該架構下的脈沖電源能夠有效地跟蹤超快負載切換，相較于所提交錯并聯(lián)Buck變換器，開(kāi)關(guān)線(xiàn)性復合結構下動(dòng)態(tài)響應速度提升了5倍，電壓跌落減小了57%，為脈沖重復頻率更高、電流變化率更大的相控陣雷達電源研究奠定了基礎。
本工作成果發(fā)表在2024年第6期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標題為“基于GaN的開(kāi)關(guān)線(xiàn)性復合高速隨動(dòng)脈沖負載直流變換器”。本課題得到國家自然科學(xué)基金的支持。
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