Модули имеют следующие данные по надежности:
• интенсивность отказов во включенном состоянии при работе в номинальном режиме при температуре корпуса 85°C-λР = 1·10–6 1/ч;
• интенсивность отказов во включенном состоянии при работе в облегченном режиме с коэффициентом нагрузки 0,8 и при температуре корпуса не более 70°C-λР = 0,68·10–6 1/ч;
• интенсивность отказов в режиме хранения, в том числе и вмонтированных в аппаратуру модулей в выключенном состоянии λХР=11,6·10–8 1/ч;
Оценим централизованную систему (ЦС) электропитания АФАР по критериям приведенным выше.
Для построения полностью централизованной системы электропитания необходимо три мощных источника питания, которые будут обеспечивать питание всех ППМ АФАР и распределительной системы. Мощности таких источников питания составят по каналу +10 В — 1462 Вт, по каналу +5 В — 522 Вт, по каналу -5 В — 209 Вт.
Более мощные источники питания имеют, как правило, несколько лучшие массогабаритные показатели, однако построение полностью централизованной системы питания АФАР ограничивается следующим обстоятельством:
• при довольно низком напряжении питания основного канала ППМ (+10 В) и значительных геометрических размерах полотна АФАР невозможно обеспечить требуемого значения нестабильности питающих напряжений ППМ из-за падения напряжения на проводах.
Рассмотрим вариант централизованной системы электропитания, в котором каждый столбец решетки питается от трех мощных модулей СПН.
Потребление по каждому СПН определяем из исходных данных, приведенных выше.
Потребление по каналу +10 В:
I+10=IСРn=0,28·29 = 8,12А; Р+10 =10·8,12=81,2 Вт.
Потребление по каналу +5 В:
I+5=I1n=0,2·29 = 5,8А; Р+5 =5·5,8=29 Вт.
Потребление по каналу –5 В:
I-5=I2n=0,08·29 = 2,32А; Р-5 =5·2,32=11,6 Вт.
Таблица 1. Типономиналы модулей ЗАО «Электронинвест»
| Серийные источники типа СПН | Выходная мощность, Вт | Ряд выходных напряжений, В | Масса, кг | Габаритные размеры, мм |
|---|---|---|---|---|
| СПН03 | 3 | 5; 6; 9; 12; 15 | 0,042 | 50×32×12 |
| СПН05 | 5 | 2,5; 3,3; 5; 6; 9; 12; 15; 27 | 0,052 | 58×34x12 |
| СПН10 | 10 | 2,5; 3,3; 5; 6; 9; 12; 15; 27; 36 | 0,064 | 64×40×12 |
| СПН15 | 15 | 2,5; 3,3; 5; 6; 9; 12; 15; 27; 36 | 0,086 | 71×44x×14 |
| СПН25 | 25 | 3,3; 5; 6; 9; 12; 15; 27; 36 | 0,160 | 89×54×16 |
| СПН50 | 50 | 5; 6; 9; 12; 15; 27; 36 | 0,210 | 98×61×16 |
| СПН10 | 100 | 36 | 0,280 | 122×84×1 |
Для такой системы можно выбрать серийные источники типа СПН, выпускаемые предприятием «Электронинвест»:
• для канала +10 В — СПН100 10- В-1 КЦАЯ.436434.001 ТУ;
• для канала +5 В — СПН50 05-В-1 КЦАЯ.436434.001 ТУ;
• для канала -5 В — СПН 15 05- В-1 КЦАЯ.436434.001 ТУ.
С учетом данных, приведенных в табл. 1, общая масса всех источников составит 10,4 кг без учета массы накопителей энергии, установленных в ППМ. Структурная схема такой системы электропитания приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема централизованной системы питания полотна антенной решетки и распределительной системы
Оценим надежность системы. Вероятность безотказной работы одного источника типа СПН:
p = e–λРtРe–λХРtХР = e-1·10-6·3000e-11,6·10-8·40000 = 0,992
В данной системе отказ наступает при выходе из строя любого из источников. Общее число источников k=3×n=54. Вероятность безотказной работы централизованной системы питания
PЦС =pk=0,99254 =0,648.
Полученное значение вероятности безотказной работы системы питания является крайне низким. Резервирование источников питания в данной системе практически не представляется возможным по следующим причинам.
При резервировании здесь требуется коммутировать выходные цепи источников питания. Производить данную коммутацию с помощью электромеханического реле невозможно из-за низкой надежности таких реле Применение развязывающих диодов также невозможно, поскольку при низких выходных напряжениях, имеющих место в данном случае, нельзя обеспечить требуемые значения величины и нестабильности выходных напряжений источников питания.
Рис. 2. Схема децентрализованной системы питания полота антенной решетки и распределительной системы
Для сравнения параметров этой схемы электропитания с другими вариантами примем надежность узла коммутации (УК) равной единице. Тогда надежность централизованной системы электропитания с резервированием будет PЦСрез= 0,996.
Приняв массу узла коммутации равной 0,15 кг, получим массу такой системы, равной 28,9 кг.
Оценим децентрализованную систему (ДС) электропитания. При таком построении системы электропитание каждого ППМ осуществляется от своих маломощных источников питания, которые в свою очередь питаются непосредственно от бортсети. В данной системе отсутствует централизованная часть системы питания, соответственно ее надежность при сравнительном анализе равна единице.
Исходя из требований к питающим напряжениям ППМ, в качестве источников питания здесь можно использовать три преобразователя СПН:
• для канала +10 В — СПН 03 10- В-1 КЦАЯ.436434.001 ТУ;
• 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