一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构，它包括控制器U1、LLC谐振电路、采样和保护电路和TR组件；所述控制器U1分别与LLC谐振电路和TR组件连接进行统一控制，所述采样和保护电路分别与所述控制器U1、LLC谐振电路和TR组件连接，实现电流电压的检测和限流过压保护。通过将传统射频电源管理芯片和TR组件控制芯片调整为同一的FPGA，同时对TR组件和LLC谐振电路统一控制，便于FPGA针对负载加载时间和时长实施更加智能的控制，同时避免了数字电路响应慢的缺点；可移植性强，针对不同的天线雷达阵列的供电，可以通过调整软件参数不需要更改硬件电路，可为后续电源和控制实现集成化。

A power supply circuit structure and control method for TR module of medium and high power active phased array radar

【技术实现步骤摘要】
一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构及控制方法
本专利技术涉及相控阵雷达
，尤其涉及一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构及控制方法。
技术介绍
有源相控阵天线设计的核心是T/R组件。T/R组件设计考虑的主要因素有：不同形式集成电路的个数，功率输出的高低，接收的噪声系数大小，幅度和相位控制的精度。一个T/R模块的基本芯片设置包括了3个MMIC组件和1个数字大规模集成电路(VLSI)。理想情况下，所有模块的电路需要集成到一个芯片上，在过去的几十年，大家也都在为这个目标而努力。然而，由于系统对不同功能单元需求的差别，现有的工程技术在系统性能与实现难度上进行了折衷的考虑，因此普遍的做法是将电路按功能进行了分类，然后放置于不同的芯片上，再通过混合的微电路进行连接。而其中PA功率放大器目前市场主要器件为第二代工艺GaAs，其主要的特点为供电电压5-8V,单个PA的功率普遍在10W以下。随着第三代半导体技术GaN的日趋成熟，GaN半导体MMIC将在有源相控阵领域逐渐取代GaAs器件。由于相较于GaAs的5-8V的工作电压，GaN的工作电压可以达到28V-50V，供电电压的上升，相较于以前输出小电压大电流的电源供电场合，可以供选择的电源拓扑变得更加广泛。在工业领域DCDC开关变换电路尤以LLC谐振回路最为热门，因为LLC谐振回路能够实现MOS管的软开通以及副边二极管的零电流关断，系统效率提高的同时能够提高系统的可靠性；能够减少对外的EMI辐射水平，使得EMC设计更加容易；因为输出本身为正弦波所以输出不需要加滤波电感；同时，由于本身LLC为隔离电路，能够更好的将输入和射频电源隔离起来。早期的GaAs器件，由于供电电压很小，所以输出电流非常大。如果使用LLC电路，输出电流过大的话会出现由于输出钽电容或者电解电容的内阻在纹波电流下发热过大，增加了系统的不可靠性。不得不增加大量的输出电容，使得射频电源的供电电路过于庞大。所以，早期的GaAs器件的PA放大器供电一般采用的是移相全桥的拓扑，而移相全桥拓扑的电源结构缺点有：轻载时工作在非软开关模式效率较低；副边二极管不能实现零电流关断且容易出现电压震荡；占空比容易丢失。除了变换器的拓扑外，在控制方案上面大功率的电源目前市场也在朝着数字化发展。小功率的DCDC开关电源主要还是模拟的PMIC芯片占主导地位。大功率电源数字化的主要原因在于控制更加智能化，像机场助航灯动则30KW的功率，也已经慢慢切换到数字电源；水利水电的操作电源由原来的模拟电路慢慢过渡到数字电源。在有源相控阵雷达领域，射频电源做的比较好的VICOR，实际使用过程中，还是会存在一些可靠性问题。以前的有源相控阵雷达的射频供电和移相器的数字控制处理器(VLSI)是两个完全不相干的电路。主要的供电方式和传统的UPS供电一致，射频供电电源根据输出电压或者电流的变化进行调节。针对新的半导体技术特点和供电智能化的需求，提出了新的雷达TR组件供电控制架构，并提出了相关的控制策略满足TR组件对射频供电的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构及控制方法，解决了传统相控阵雷达TR组件供电方法存在的缺陷。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构，它包括控制器U1、LLC谐振电路、采样和保护电路以及TR组件；所述控制器U1分别与LLC谐振电路和TR组件连接进行统一控制，所述采样和保护电路分别与所述控制器U1、LLC谐振电路和TR组件连接，实现电流电压的检测和限流过压保护。所述TR组件包括移相器、低噪声/功率放大器和有源相控天线阵列；所述移相器、低噪声/功率放大器和有源相控天线阵列依次连接，所述控制器U1与所述移相器控制连接；所述采样和保护电路与所述低噪声/功率放大器连接。所述LLC谐振电路包括MOS管Q1和Q2、二极管D1和D2、电感L1、电容C1和变压器T1；MOS管Q1和Q2的栅极通过隔离驱动IC与控制器U1连接，MOS管Q1的漏极与Q2的源极连接，MOS管Q2的漏极连接输入电压的负极；MOS管Q1和Q2的漏极连接到变压器T1的原边端，主要实现LLC谐振电路的开关，通过控制器U1发出的PWM波形产生方波信号经过LLC谐振电路的谐振网络实现能量从变压器T1原边端到副边端的传递；电感T1和电容C1形成一个串联谐振腔连接到MOS管Q1漏极与变压器T1原边端之间；二极管D1和D2的一端连接到变压器T1的副边端，另一端相互连接后与低噪声/功率放大器电源的输入端连接，变压器T1副边端的中点处连接到低噪声/功率放大器的电源输入端的负极；二极管D1和D2实现对LLC谐振电路输出波形的整流，减少对外的辐射并保证在关断时为零电流关断。还包括隔离驱动IC，连接在所述控制器U1与所述MOS管Q1和Q2的栅极之间；实现将所述控制器U1的两路PWM波形和所述LLC谐振电路进行隔离，以及增加驱动MOS管的电流；低噪声/功率放大器供电电源的负电压输出端连接MOS管Q2的漏极；所述滤波电容C2连接到二极管D1和D2与变压器T副边端中点处之间。所述采样和保护电路包括由器件U4、U5和U6组成的电流采样和限流保护电路，以及由器件U2和U3组成的输出电压采样和过压保护电路；器件U2的正负相输入端与C2的输出端连接，U2的输出端连接到器件U3的正相输入端和所述控制器U1的ADC口；器件U3的负相输入端接电压可调电路，U3输出端连接到所述控制器U1的IO口；器件U4的正相输入端连接到所述U5的输出口，负相输入端接电压可调电路，输出端连接到控制器U1的IO口；器件U5的正负相输入端与器件U6连接，输出端连接到控制器U1的ADC口；器件U6的输入端分别与所述MOS管Q1的源极和输入Vin+连接。器件U2和U5为运算放大器，负责将输出电压和输入电流经过放大或衰减为控制器U1的ADC口能够承受的电压，实时反馈输出电压和输入电流情况并在过压和过流情况下实施保护机制；器件U3和U4为比较器，将采样到的电压电流与设定的电压电流比较，如果超过设定允许的最大值时比较器发生反转，快速输入到控制器U1的IO口，实现控制器U1快速的采取保护机制。一种基于中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构的供电控制方法，所述供电控制方法包括：控制器U1分别控制移相器和LLC谐振电路的发波以及输出，实现统一控制；判断控制器U1控制信号的状态，当控制器U1为加载状态时采用定频加积分的控制策略进行供电调节。所述定频加积分控制策略包括以下步骤:空载：此时系统工作频率最大值，为了稳住输出电压不至于高于目标值，还存在脉冲模式发波，即PWM波不连续；加载：此时由上位机下发命令，会输出额定电流值，所以系统控制策略为定频，如果没有上位机下发指令，继续处于PID自适应调节模式，实际工作再频率最大值；定频F1：当上位机下发加载指令后，LLC控制系统会进行快速响应，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构，其特征在于：它包括控制器U1、LLC谐振电路、采样和保护电路以及TR组件；所述控制器U1分别与LLC谐振电路和TR组件连接进行统一控制，所述采样和保护电路分别与所述控制器U1、LLC谐振电路和TR组件连接，实现电流电压的检测和限流过压保护。/n

【技术特征摘要】
1.一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构，其特征在于：它包括控制器U1、LLC谐振电路、采样和保护电路以及TR组件；所述控制器U1分别与LLC谐振电路和TR组件连接进行统一控制，所述采样和保护电路分别与所述控制器U1、LLC谐振电路和TR组件连接，实现电流电压的检测和限流过压保护。


2.根据权利要求1所述的一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构，其特征在于：所述TR组件包括移相器、低噪声/功率放大器和有源相控天线阵列；所述移相器、低噪声/功率放大器和有源相控天线阵列依次连接，所述控制器U1与所述移相器控制连接；所述采样和保护电路与所述低噪声/功率放大器连接。


3.根据权利要求2所述的一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构，其特征在于：所述LLC谐振电路包括MOS管Q1和Q2、二极管D1和D2、电感L1、电容C1和变压器T1；MOS管Q1和Q2的栅极通过隔离驱动IC与控制器U1连接，MOS管Q1的漏极与Q2的源极连接，MOS管Q2的漏极连接输入电压的负极；MOS管Q1和Q2的漏极连接到变压器T1的原边端，主要实现LLC谐振电路的开关，通过控制器U1发出的PWM波形产生方波信号经过LLC谐振电路的谐振网络实现能量从变压器T1原边端到副边端的传递；电感T1和电容C1形成一个串联谐振腔连接到MOS管Q1漏极与变压器T1原边端之间；
二极管D1和D2的一端连接到变压器T1的副边端，另一端相互连接后与低噪声/功率放大器电源的输入端连接，变压器T1副边端的中点处连接到低噪声/功率放大器的电源输入端的负极；二极管D1和D2实现对LLC谐振电路输出波形的整流，减少对外的辐射并保证在关断时为零电流关断。


4.根据权利要求3所述的一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构，其特征在于：还包括隔离驱动IC，连接在所述控制器U1与所述MOS管Q1和Q2的栅极之间；实现将所述控制器U1的两路PWM波形和所述LLC谐振电路进行隔离，以及增加驱动MOS管的电流；低噪声/功率放大器供电电源的负电压输出端连接MOS管Q2的漏极；所述滤波电容C2连接到二极管D1和D2与变压器T副边端中点处之间。


5.根据权利要求3所述的一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构，其特征在于：所述采样和保护电路包括由器件U4、U5和U6组成的电流采样和限流保护电路，以及由器件U2和U3组成的输出电压采样和过压保护电路；
器件U2的正负相输入端与C2的输出端连接，U2的输出端连接到器件U3的正相输入端和所述控制器U1的ADC口；器件U3的负相输入端接电压可调电路，U3输出端连接到所述控制器U1的IO口；
器件U4的正相输入端连接到所述U5的输出口，负相输入端接电压可调电路，输出端连接到控制器U1的IO口；器件U5的正负相输入端与器件U6连接，输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕清刚，李伟，汪渊，邱忠云，邓方科，余浪，
申请(专利权)人：成都华芯天微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51