Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 1’2009<br />
Источники питания<br />
›‚ÓβˆËˇ<br />
ËÏÔÛθÒÌ˚ı ËÒÚÓ˜ÌËÍÓ‚ ‚ÚÓapple˘ÌÓ„Ó ˝ÎÂÍÚappleÓÔËÚ‡Ìˡ:<br />
ÓÚ ÔappleÓ¯ÎÓ„Ó Í ·Û‰Û˘ÂÏÛ. ◊‡ÒÚ¸ 2<br />
А<strong>в</strong>торы продолжают анализ истории раз<strong>в</strong>ития импульсных источнико<strong>в</strong> <strong>в</strong>торичного<br />
электропитания (ИВЭ). Анализируются особенности но<strong>в</strong>ого класса импульсных ИВЭ,<br />
начиная с 1970 годо<strong>в</strong>. Рассмотрены пер<strong>в</strong>ые источники электропитания,<br />
построенные на осно<strong>в</strong>е <strong>в</strong>ысокочастотных транзисторных преобразо<strong>в</strong>ателей<br />
с питанием от <strong>в</strong>ыпрямленного сете<strong>в</strong>ого напряжения. Этот класс ИВЭ, динамично<br />
раз<strong>в</strong>и<strong>в</strong>аясь, постепенно стал доминиро<strong>в</strong>ать на миро<strong>в</strong>ом рынке средст<strong>в</strong> <strong>в</strong>торичного<br />
электропитания. Обращено <strong>в</strong>нимание на общие проблемы и закономерности,<br />
<strong>в</strong>озникающие <strong>в</strong> процессе их со<strong>в</strong>ершенст<strong>в</strong>о<strong>в</strong>ания. Подчерки<strong>в</strong>ается, что постоянное<br />
улучшение параметро<strong>в</strong> блоко<strong>в</strong> питания <strong>в</strong> части массо-габаритных показателей,<br />
экономичности и надежности есть результат успешного решения многих научнотехнических<br />
проблем раз<strong>в</strong>ития сило<strong>в</strong>ой электроники. Среди них <strong>в</strong>ажнейшими<br />
я<strong>в</strong>ляются непреры<strong>в</strong>ное раз<strong>в</strong>итие компонентной базы и со<strong>в</strong>ершенст<strong>в</strong>о<strong>в</strong>ание<br />
технологии изгото<strong>в</strong>ления ИВЭ.<br />
Саркис Эраносян, к. т. н.<br />
sergera840@mail.ru<br />
Владимир Ланцо<strong>в</strong><br />
vvlantsov@list.ru<br />
Со<strong>в</strong>ершенст<strong>в</strong>о<strong>в</strong>ание компонентной базы<br />
на рубеже 1970–1980 гг<br />
В этот период поя<strong>в</strong>ились кремние<strong>в</strong>ые мезапланарные<br />
переключательные NPN-транзисторы по<strong>в</strong>ышенной<br />
мощности. У таких транзисторо<strong>в</strong> были у<strong>в</strong>еличенные<br />
значения предельных параметро<strong>в</strong>: U CE0<br />
до 80–200 В, I C до 8–15 А и P C (P tot ) — до 40–60 Вт.<br />
Другие параметры транзисторо<strong>в</strong> также были на приемлемом<br />
уро<strong>в</strong>не. В частности, h 21E —статический коэффициент<br />
усиления транзисторо<strong>в</strong> по току (<strong>в</strong> схеме<br />
с общим эмиттером — ОЭ) был ра<strong>в</strong>ен 10–50. Кроме<br />
того, было по<strong>в</strong>ышено быстродейст<strong>в</strong>ие транзисторо<strong>в</strong>:<br />
<strong>в</strong>ремя <strong>в</strong>ключения/<strong>в</strong>ыключения (спада) соста<strong>в</strong>ляло<br />
(t on /t off ) 0,1–0,3 мкс, <strong>в</strong>ремя рассасы<strong>в</strong>ания t s — 0,75–3 мкс.<br />
Наряду с более со<strong>в</strong>ершенными транзисторами, за рубежом<br />
стали <strong>в</strong>ыпускаться и быстродейст<strong>в</strong>ующие диоды,<br />
у которых <strong>в</strong>ремя <strong>в</strong>осстано<strong>в</strong>ления обратного сопроти<strong>в</strong>ления<br />
(t rr ) было 0,3–0,5 мкс. Среди отечест<strong>в</strong>енных транзисторо<strong>в</strong><br />
указанного <strong>в</strong>ида отметим транзисторы типа 2Т803<br />
(КТ803), 2Т808 (КТ808), 2Т903(КТ903), 2Т908(КТ908),<br />
2Т926(КТ926), 2Т945(КТ945). При<strong>в</strong>едем для примера осно<strong>в</strong>ные<br />
параметры для ряда транзисторо<strong>в</strong>:<br />
• транзистор 2Т808А (КТ808): U CE0 = 120–130 В (допустимое<br />
напряжение <strong>в</strong> импульсе U CESM до 250 В,<br />
при коэффициенте заполнения не более 0,15),<br />
I C = 10 А, напряжение насыщения коллектор-эмиттер<br />
U CE sat = 1–2, 5 В (I C = 5 А, I B = 1 А), постоянная<br />
рассеи<strong>в</strong>аемая мощность P c до 50 Вт (с теплоот<strong>в</strong>одом)<br />
при Т к ≤ 50 °С;<br />
• транзистор 2Т945А (КТ945А): U CE0 = 150–200 В,<br />
I C = 15 А, I C.ИМП = 25 А, U CE sat = 1–2,5 В, P C до 50 Вт,<br />
при Т к ≤ 50 °С, <strong>в</strong>ремя рассасы<strong>в</strong>ания t s = 0, 75–1,1 мкс.<br />
На таких транзисторах можно было разрабаты<strong>в</strong>ать<br />
более мощные (до 100–150 Вт) импульсные стабилизаторы<br />
с по<strong>в</strong>ышенным <strong>в</strong>ыходным напряжением<br />
до 60 В и рабочей частотой коммутации сило<strong>в</strong>ых<br />
транзисторо<strong>в</strong> до 15–30 кГц. Надо отметить, что с 1968<br />
по 1975 год формиро<strong>в</strong>алась и оттачи<strong>в</strong>алась теория<br />
ключе<strong>в</strong>ых (импульсных) транзисторных стабилизаторо<strong>в</strong><br />
(КСН) постоянного напряжения. Причем подчеркнем<br />
приоритет наших отечест<strong>в</strong>енных ученых<br />
и разработчико<strong>в</strong> КСН <strong>в</strong>о многих аспектах раз<strong>в</strong>ития<br />
теории и практики данного класса ИВЭ. Раз<strong>в</strong>итие<br />
схемотехники ключе<strong>в</strong>ых стабилизаторо<strong>в</strong> происходило<br />
по мере раз<strong>в</strong>ития компонентной базы. Эти сило<strong>в</strong>ые<br />
структуры различались как конфигурацией<br />
сило<strong>в</strong>ого ключа (СК) по отношению к нагрузке (последо<strong>в</strong>ательный/параллельный),<br />
так и по типу системы<br />
регулиро<strong>в</strong>ания <strong>в</strong>ыходного напряжения КСН.<br />
Применялись разные способы модуляции СК: ШИМ,<br />
ЧИМ, комбиниро<strong>в</strong>анные системы, наконец, релейный<br />
тип регулиро<strong>в</strong>ания, <strong>в</strong> том числе и его разно<strong>в</strong>идность<br />
— стабилизация <strong>в</strong>ыходного напряжения<br />
с устана<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>аемой частотой а<strong>в</strong>токолебаний релейного<br />
элемента. Оптимальный <strong>в</strong>ыбор <strong>в</strong>ида модуляции<br />
ключа обосно<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>ался как стремлением получить<br />
максимальный КПД стабилизатора, так и желанием<br />
упростить его схему упра<strong>в</strong>ления. В ряде<br />
случае<strong>в</strong> одно<strong>в</strong>ременно сохранялась устойчи<strong>в</strong>ая работа<br />
стабилизатора при широких изменениях <strong>в</strong>ходного<br />
питающего напряжения и нагрузки, <strong>в</strong>плоть<br />
до холостого хода. Это обеспечи<strong>в</strong>ало улучшение статических<br />
и динамических параметро<strong>в</strong> стабилизаторо<strong>в</strong>,<br />
а также по<strong>в</strong>ышало надежность работы КСН,<br />
<strong>в</strong> том числе и при <strong>в</strong>озникно<strong>в</strong>ении перегрузок по току,<br />
которые могли быть обусло<strong>в</strong>лены спецификой<br />
работы функциональных узло<strong>в</strong>. Например, когда<br />
КСН предназначался для питания устройст<strong>в</strong> памяти<br />
цифро<strong>в</strong>ых <strong>в</strong>ычислительных систем РЭА. По мере<br />
<strong>в</strong>недрения но<strong>в</strong>ых типо<strong>в</strong> сило<strong>в</strong>ых транзисторо<strong>в</strong>,<br />
более мощных и <strong>в</strong>ысокочастотных, по<strong>в</strong>ышался КПД<br />
сило<strong>в</strong>ой части стабилизатора. Если у транзистора<br />
2Т908А были параметры h 21E ≥ 10, напряжение насыщения<br />
U CE sat ≤ 0,8 В (при I C =10 А, I B = 1,2 А),<br />
то <strong>в</strong> но<strong>в</strong>ых разработках транзисторо<strong>в</strong>, например,<br />
у 2Т935А, уже h 21E ≥ 25, U CE sat ≤ 0,5 В (при I C = 10 А,<br />
I B = 0,7 А). Из этих данных следует, что суммарные<br />
20 www.power-e.ru
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 1’2009<br />
www.power-e.ru<br />
Источники питания<br />
потери <strong>в</strong> сило<strong>в</strong>ом ключе только <strong>в</strong> статике снижаются<br />
≈ 1,6 раза.<br />
К сожалению, <strong>в</strong> то <strong>в</strong>ремя <strong>в</strong> Со<strong>в</strong>етском Союзе<br />
была большая проблема с <strong>в</strong>ыпуском кремние<strong>в</strong>ых<br />
быстродейст<strong>в</strong>ующих диодо<strong>в</strong> средней мощности.<br />
Долгое <strong>в</strong>ремя разработчикам приходилось<br />
применять среднечастотный диод типа<br />
2Д206 (А, Б, В) с допустимым напряжением<br />
400–600 В, на ток 5 А, пользуясь тем, что <strong>в</strong> его<br />
ТУ указы<strong>в</strong>алось, что его можно использо<strong>в</strong>ать<br />
и на более <strong>в</strong>ысоких рабочих частотах. При расчете<br />
потерь мощности <strong>в</strong> этом случае учиты<strong>в</strong>ались<br />
такие параметры, как длительность импульса<br />
прямого и обратного тока, напряжение<br />
на диоде прямое (импульсное и устано<strong>в</strong>и<strong>в</strong>шееся)<br />
и обратное, а также частота работы.<br />
Пытаясь разрешить проблему коммутирующего<br />
диода, разработчики применяли различные<br />
нетрадиционные решения. Так, например,<br />
для стабилизатора с низким <strong>в</strong>ыходным<br />
напряжением 5(6) В и токах нагрузки до 5 А<br />
использо<strong>в</strong>алось параллельное соединение германие<strong>в</strong>ых<br />
импульсных плоскостных диодо<strong>в</strong><br />
типа Д310. Эти диоды имели следующие параметры:<br />
максимальное обратное напряжение<br />
U RRM = 20 В, максимальный прямой ток<br />
I FAV = 0,5 А (<strong>в</strong> импульсе I FSM = 0,8 А), t rr ≤ 0,3 мкс.<br />
А<strong>в</strong>торам <strong>в</strong>стречались разработки КСН, <strong>в</strong> которых<br />
<strong>в</strong> качест<strong>в</strong>е замыкающего (нуле<strong>в</strong>ого) диода<br />
применялись быстродейст<strong>в</strong>ующие транзисторы<br />
<strong>в</strong> диодном <strong>в</strong>ключении. Естест<strong>в</strong>енно, что<br />
<strong>в</strong> этом случае напряжение на таком «к<strong>в</strong>азидиоде»<br />
не должно было пре<strong>в</strong>ышать допустимого<br />
обратного напряжения перехода база-эмиттер.<br />
Одно<strong>в</strong>ременно с сило<strong>в</strong>ой частью стабилизатора<br />
со<strong>в</strong>ершенст<strong>в</strong>о<strong>в</strong>ались схемы упра<strong>в</strong>ления<br />
и защиты по току. Эти схемы прошли э<strong>в</strong>олюцию<br />
от простых структур с упра<strong>в</strong>ляемым<br />
блокинг-генератором (триггером Шмитта,<br />
ждущим мульти<strong>в</strong>ибратором и т. п.) до комбиниро<strong>в</strong>анных<br />
схем на осно<strong>в</strong>е монолитных<br />
интегральных усилителей постоянного тока.<br />
Это были операционные усилители (ОУ) типа<br />
μА702 (1964 г.) и μА709 (1965 г.) [1]. Усилитель<br />
μА709 стал классическим и <strong>в</strong>ыпускался<br />
огромными тиражами: например, <strong>в</strong> 1970 т.<br />
ежегодный миро<strong>в</strong>ой <strong>в</strong>ыпуск оцени<strong>в</strong>ался<br />
на уро<strong>в</strong>не 20 млн шт. Применение ОУ упростило<br />
схемы упра<strong>в</strong>ления импульсных КСН<br />
и преобразо<strong>в</strong>ателей напряжения, <strong>в</strong> пер<strong>в</strong>ую очередь<br />
это коснулось схемы усилителя обратной<br />
с<strong>в</strong>язи. Кроме того, поя<strong>в</strong>илась <strong>в</strong>озможность<br />
на осно<strong>в</strong>е ОУ <strong>в</strong>ыполнять некоторые функциональные<br />
узлы: генераторы импульсо<strong>в</strong>, компараторы<br />
напряжения и таймеры. Серийное<br />
ос<strong>в</strong>оение отечест<strong>в</strong>енного интегрального<br />
ОУ типа 1УТ401А (тема ОКР «Исток») произошло<br />
<strong>в</strong> 1974 году. Общее стремление разработчико<strong>в</strong><br />
было напра<strong>в</strong>лено на упрощение схем<br />
упра<strong>в</strong>ления и уменьшение тока потребления<br />
от пер<strong>в</strong>ичного источника энергии.<br />
Читателю может показаться странным детальное<br />
изложение <strong>в</strong>опросо<strong>в</strong> по истории раз<strong>в</strong>ития<br />
импульсных стабилизаторо<strong>в</strong>. Однако<br />
а<strong>в</strong>торы у<strong>в</strong>ерены, что именно на этом этапе раз<strong>в</strong>ития<br />
транзисторной ключе<strong>в</strong>ой электроники<br />
был заложен необходимый фундамент научной<br />
и схемной эрудиции специалисто<strong>в</strong>. Благодаря<br />
этому стал <strong>в</strong>озможен качест<strong>в</strong>енный переход<br />
к но<strong>в</strong>ому классу транзисторных <strong>в</strong>ысокочастотных<br />
преобразо<strong>в</strong>ателей с питанием<br />
от <strong>в</strong>ыпрямленного сете<strong>в</strong>ого напряжения.<br />
Именно <strong>в</strong> период с 1969 по 1974 год был накоплен<br />
большой опыт работы с сило<strong>в</strong>ыми<br />
транзисторами <strong>в</strong> ключе<strong>в</strong>ом режиме. При этом<br />
детально изучались особенности работы транзисторо<strong>в</strong><br />
при <strong>в</strong>ысоких частотах коммутации<br />
от единиц килогерц до 10–15 кГц. Стало оче<strong>в</strong>идным,<br />
что надо уменьшать не только потери<br />
<strong>в</strong> статическом режиме работы транзистора<br />
(снижать напряжение насыщения), но и уменьшать<br />
его динамические потери. Последнее обстоятельст<strong>в</strong>о<br />
тесно с<strong>в</strong>язано с <strong>в</strong>еличиной <strong>в</strong>ремени<br />
рассасы<strong>в</strong>ания избыточных (неосно<strong>в</strong>ных)<br />
носителей, которые накапли<strong>в</strong>аются <strong>в</strong> базе биполярного<br />
транзистора. Для по<strong>в</strong>ышения надежности<br />
работы СК, особенно <strong>в</strong> переходных<br />
режимах, например, заряд конденсатора нагрузки<br />
импульсным током или скачок <strong>в</strong>ходного<br />
питающего напряжения, надо осущест<strong>в</strong>ить<br />
электронную защиту от перегрузки<br />
по току сило<strong>в</strong>ого транзистора, чтобы предот<strong>в</strong>ратить<br />
его по<strong>в</strong>реждение. Это необходимо<br />
именно для транзисторного СК, <strong>в</strong> то <strong>в</strong>ремя как<br />
при использо<strong>в</strong>ании магнитных ключей <strong>в</strong> сило<strong>в</strong>ой<br />
части КСН достаточно было, чтобы при<br />
срабаты<strong>в</strong>ании защиты по току контактором<br />
отключать питающее <strong>в</strong>ходное напряжение стабилизатора.<br />
Наконец, необходимо подчеркнуть, что<br />
к концу 1974 года <strong>в</strong>озникло устойчи<strong>в</strong>ое ощущение<br />
о предельных параметрах КСН. Речь<br />
идет о том, что <strong>в</strong> структуре сило<strong>в</strong>ого контура<br />
стабилизатора, а именно: сило<strong>в</strong>ой сете<strong>в</strong>ой<br />
трансформатор (СТ) → низко<strong>в</strong>ольтный <strong>в</strong>ыпрямитель<br />
(НВ) → сглажи<strong>в</strong>ающий фильтр →<br />
КСН, самыми консер<strong>в</strong>ати<strong>в</strong>ными я<strong>в</strong>ляются пер<strong>в</strong>ые<br />
три з<strong>в</strong>ена. Они остаются неизменными неза<strong>в</strong>исимо<br />
от схемы стабилизатора, его рабочей<br />
частоты и используемой компонентной<br />
базы. Особенно это стало оче<strong>в</strong>идным после<br />
разработки ряда унифициро<strong>в</strong>анных ИВЭ, построенных<br />
на осно<strong>в</strong>е применения КСН для аппаратуры<br />
морского базиро<strong>в</strong>ания <strong>в</strong> одном<br />
из моско<strong>в</strong>ских НИИ. При сете<strong>в</strong>ом питающем<br />
напряжении 220 В, 400 Гц были получены <strong>в</strong>ысокие<br />
для того <strong>в</strong>ремени удельные показатели<br />
p v = 15÷25 Вт/дм 3 . Как следует из предыдущего<br />
соображения, обязательность <strong>в</strong> этом типе ИВЭ<br />
сете<strong>в</strong>ого трансформатора стано<strong>в</strong>ится непреодолимым<br />
и объекти<strong>в</strong>ным препятст<strong>в</strong>ием для значительного<br />
уменьшения объема и массы источнико<strong>в</strong><br />
электропитания. За<strong>в</strong>ершая тему применения<br />
КСН <strong>в</strong> импульсных ИВЭ, отметим<br />
большой <strong>в</strong>клад <strong>в</strong> теорию и практику их применения<br />
отечест<strong>в</strong>енных специалисто<strong>в</strong> по средст<strong>в</strong>ам<br />
электропитания [2–7]. Среди них —<br />
Е. С. Грей<strong>в</strong>ер, А. Г. Виленкин, А. И. Гинзбург,<br />
В. А. Горбенко, В. А. Голо<strong>в</strong>ацкий, Э. М. Ромаш,<br />
А. А. Бокуняе<strong>в</strong> и др. Отметим, что <strong>в</strong> 1979 году<br />
<strong>в</strong>едущий специалист по средст<strong>в</strong>ам электропитания<br />
В. Г. Простако<strong>в</strong> <strong>в</strong>месте с одним из а<strong>в</strong>торо<strong>в</strong><br />
предложил оригинальную схему упрощения<br />
релейных стабилизаторо<strong>в</strong>. В этой схеме<br />
обеспечи<strong>в</strong>алась принудительная устано<strong>в</strong>ка частоты<br />
а<strong>в</strong>токолебаний релейного элемента <strong>в</strong> номинальном<br />
режиме работы стабилизатора [8].<br />
Однако дальнейшее раз<strong>в</strong>итие КСН при<strong>в</strong>ело<br />
<strong>в</strong>едущих разработчико<strong>в</strong> ИВЭ к тому, что есть<br />
предел их улучшения, и бесперспекти<strong>в</strong>но продолжать<br />
работы <strong>в</strong> этом напра<strong>в</strong>лении, <strong>в</strong> частности<br />
для сете<strong>в</strong>ых импульсных ИВЭ. Кардинальные<br />
перемены бук<strong>в</strong>ально находились «на<br />
кончике пера» у лучших специалисто<strong>в</strong> и проектиро<strong>в</strong>щико<strong>в</strong><br />
ИВЭ. Далее будет показано, как<br />
но<strong>в</strong>ые идеи прет<strong>в</strong>орялись <strong>в</strong> жизнь. На транзисторах<br />
с по<strong>в</strong>ышенным напряжением U CE0 ,<br />
например, типа КТ808 (или на транзисторе<br />
2N3739), <strong>в</strong>ыполнялись, <strong>в</strong> частности, импульсные<br />
ИВЭ по структуре, близкой к со<strong>в</strong>ременной<br />
[9]. То есть такая структура <strong>в</strong>ключала <strong>в</strong> себя:<br />
сете<strong>в</strong>ой <strong>в</strong>ыпрямитель → низкочастотный<br />
фильтр → понижающий ключе<strong>в</strong>ой стабилизатор<br />
напряжения (ПКСН) → <strong>в</strong>ысокочастотный<br />
преобразо<strong>в</strong>атель с сило<strong>в</strong>ым трансформатором<br />
(СТ) → низко<strong>в</strong>ольтный <strong>в</strong>ыпрямитель<br />
<strong>в</strong>о <strong>в</strong>торичной обмотке СТ → <strong>в</strong>ыходной фильтр.<br />
На <strong>в</strong>ыходе пред<strong>в</strong>арительного регулятора ПКСН<br />
поддержи<strong>в</strong>алось постоянное напряжение<br />
U 0 = 100–120В. Это поз<strong>в</strong>оляло использо<strong>в</strong>ать,<br />
например, д<strong>в</strong>ухтактный нерегулируемый преобразо<strong>в</strong>атель,<br />
работающий на частоте переключения<br />
20 кГц. В нерегулируемом преобразо<strong>в</strong>ателе<br />
при <strong>в</strong>ходном напряжении U 0 = 100–120 В<br />
можно было применить транзисторы с напряжением<br />
U CE0 = 250–320 В. Конечно, такие структуры<br />
<strong>в</strong> дальнейшем из-за сложности, с<strong>в</strong>язанной<br />
с д<strong>в</strong>ойным преобразо<strong>в</strong>анием энергии,<br />
не получили широкого раз<strong>в</strong>ития.<br />
Отметим одну <strong>в</strong>ажную особенность, характерную<br />
для раз<strong>в</strong>ития полупро<strong>в</strong>однико<strong>в</strong>ых<br />
и других компоненто<strong>в</strong> <strong>в</strong> Со<strong>в</strong>етском Союзе. Дело<br />
<strong>в</strong> том, что <strong>в</strong> СССР но<strong>в</strong>ые перспекти<strong>в</strong>ные<br />
компоненты разрабаты<strong>в</strong>ались <strong>в</strong> пер<strong>в</strong>ую очередь<br />
для аппаратуры <strong>в</strong>оенного назначения. Такие<br />
компоненты при их <strong>в</strong>ыпуске <strong>в</strong> дополнение<br />
к приемке ОТК (приемка «1») под<strong>в</strong>ергались<br />
приемке предста<strong>в</strong>ителя заказчика<br />
(приемка «5...9»). В усло<strong>в</strong>иях тотального дефицита<br />
материало<strong>в</strong> и компоненто<strong>в</strong> разработчикам<br />
приходилось постоянно согласо<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>ать<br />
<strong>в</strong>озможность применения компоненто<strong>в</strong> и материало<strong>в</strong><br />
именно для того типа аппаратуры<br />
специального назначения, <strong>в</strong> которую <strong>в</strong>страи<strong>в</strong>ались<br />
ИВЭ. При этом надо было так обосно<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>ать<br />
использо<strong>в</strong>ание но<strong>в</strong>ого компонента<br />
(транзистора, диода, конденсатора, материала<br />
магнитопро<strong>в</strong>ода, изоляционной прокладки<br />
из окиси бериллия и т. д.), чтобы специалисты<br />
профильных подразделений ЦНИИ 22 МО<br />
(Министерст<strong>в</strong>а обороны) просто «<strong>в</strong>ынуждены»<br />
были да<strong>в</strong>ать разрешение на применение.<br />
Конечно, <strong>в</strong>се это созда<strong>в</strong>ало большие проблемы<br />
для <strong>в</strong>сех разработчико<strong>в</strong>, <strong>в</strong> том числе и для<br />
тех, которые проектиро<strong>в</strong>али импульсные ИВЭ.<br />
На Западе <strong>в</strong>се было иначе. Сначала, как пра<strong>в</strong>ило,<br />
созда<strong>в</strong>ались компоненты для применения<br />
<strong>в</strong> коммерческой и промышленной аппаратуре,<br />
а затем самые удачные и надежные<br />
компоненты до<strong>в</strong>одились для использо<strong>в</strong>ания<br />
<strong>в</strong> аппаратуре <strong>в</strong>оенного назначения, то есть<br />
до уро<strong>в</strong>ня Military стандарто<strong>в</strong>. Это было логично,<br />
поскольку «общедоступные» компоненты<br />
проходили не только испытания на серийном<br />
за<strong>в</strong>оде, но также имели значительный<br />
опыт эксплуатации <strong>в</strong> конкретной аппаратуре<br />
широкого (массо<strong>в</strong>ого) потребления.<br />
Еще одно уточнение. В СССР, <strong>в</strong> отличие<br />
от Запада, раз<strong>в</strong>итие электронных и других<br />
компоненто<strong>в</strong> для источнико<strong>в</strong> питания проис-<br />
21
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 1’2009<br />
ходило по остаточному принципу (стояло<br />
на <strong>в</strong>тором плане), по сра<strong>в</strong>нению с усилиями<br />
по прод<strong>в</strong>ижению цифро<strong>в</strong>ой и аналого<strong>в</strong>ой микроэлектроники.<br />
Следует подчеркнуть, что только<br />
<strong>в</strong> США разработкой изделий электронной<br />
техники занималось около десятка фирм<br />
(Solitron, Delco, Westinghouse El., International<br />
Rectifier, Motorola, IXYS, National Semiconductor,<br />
Cherry Semiconductor, Lambda Semic., Linear<br />
Technology, Micro Linear, Siliconix, Silicon General,<br />
Texas Instruments, Unitrode и др.). В Е<strong>в</strong>ропе тоже<br />
было несколько крупных компаний (SGS —<br />
Thomson Microelectronics, Siemens, Philips<br />
Semiconductors, SEMIKRON и др.).<br />
Несмотря на это, <strong>в</strong>се же для нужд ВПК<br />
<strong>в</strong> СССР разрабаты<strong>в</strong>алось много но<strong>в</strong>ых компоненто<strong>в</strong>.<br />
Конечно, номенклатура но<strong>в</strong>ых компоненто<strong>в</strong>,<br />
по сра<strong>в</strong>нению с их зарубежным разнообразием,<br />
была <strong>в</strong>есьма ограничена. Однако<br />
она поз<strong>в</strong>оляла созда<strong>в</strong>ать <strong>в</strong> то <strong>в</strong>ремя такие компоненты,<br />
с помощью которых уда<strong>в</strong>алось разрабаты<strong>в</strong>ать<br />
отечест<strong>в</strong>енные импульсные ИВЭ<br />
для РЭА <strong>в</strong>оенного назначения, <strong>в</strong>полне конкурентоспособные<br />
по сра<strong>в</strong>нению с американскими.<br />
Причем надо отметить, что электронные<br />
компоненты разрабаты<strong>в</strong>ались <strong>в</strong> осно<strong>в</strong>ном<br />
<strong>в</strong> МЭП (Министерст<strong>в</strong>е электронной промышленности),<br />
а изделия, имеющие большую<br />
мощность, — <strong>в</strong> Министерст<strong>в</strong>е электротехнической<br />
промышленности. Унифициро<strong>в</strong>анные<br />
магнитные компоненты, например, трансформаторы<br />
и дроссели, <strong>в</strong> осно<strong>в</strong>ном разрабаты<strong>в</strong>ались<br />
<strong>в</strong>о ВНИИРК (Всесоюзный Научно-исследо<strong>в</strong>ательский<br />
институт радиокомпоненто<strong>в</strong>).<br />
Кроме этого, <strong>в</strong> качест<strong>в</strong>е изделий частного применения<br />
<strong>в</strong> многочисленных НИИ, на опытных<br />
и серийных за<strong>в</strong>одах профильных министерст<strong>в</strong><br />
проектиро<strong>в</strong>ались различные узлы<br />
и компоненты, которые применялись <strong>в</strong> отдельных<br />
комплексах РЭА оборонного назначения<br />
(космос, а<strong>в</strong>иация, флот, с<strong>в</strong>язь, наземные стационарные<br />
и под<strong>в</strong>ижные системы).<br />
Необходимо заметить, что большинст<strong>в</strong>о<br />
компоненто<strong>в</strong>, разрабаты<strong>в</strong>аемых <strong>в</strong> СССР, имели<br />
достаточно <strong>в</strong>ысокий уро<strong>в</strong>ень. Для но<strong>в</strong>ых<br />
изделий усло<strong>в</strong>ием успешной приемки заказчика<br />
было обязательное требо<strong>в</strong>ание: но<strong>в</strong>ый<br />
прибор (элемент) должен иметь параметры<br />
не хуже лучших зарубежных приборо<strong>в</strong>,<br />
а по ряду параметро<strong>в</strong> должен быть лучше иностранных<br />
аналого<strong>в</strong>. В пер<strong>в</strong>ой части статьи а<strong>в</strong>торы<br />
уже упоминали отечест<strong>в</strong>енные мощные<br />
тиристоры, которые поста<strong>в</strong>лялись на экспорт.<br />
А<strong>в</strong>торы считают, что отечест<strong>в</strong>енные магнитные<br />
материалы, а также унифициро<strong>в</strong>анные<br />
дроссели и трансформаторы имели <strong>в</strong>ысокие<br />
удельные объемные показатели. Отметим, что<br />
серийные трансформаторы и дроссели серии<br />
«Габарит», предназначенные для работы <strong>в</strong> сетях<br />
220(127) В с частотой 50, 400 Гц, по осно<strong>в</strong>ным<br />
техническим параметрам были лучшими<br />
<strong>в</strong> мире. Разработка этих изделий была <strong>в</strong>ыполнена<br />
<strong>в</strong>о ВНИИРК под руко<strong>в</strong>одст<strong>в</strong>ом <strong>в</strong>едущих<br />
специалисто<strong>в</strong> по проектиро<strong>в</strong>анию моточных<br />
изделий Е. И. Каретнико<strong>в</strong>ой и Е. С. Бландо<strong>в</strong>ой.<br />
Так как <strong>в</strong> эти годы за рубежом еще не были<br />
разработаны специализиро<strong>в</strong>анные микросхемы<br />
для импульсных ИВЭ, то схемы упра<strong>в</strong>ления<br />
<strong>в</strong> блоках питания разрабаты<strong>в</strong>ались на осно<strong>в</strong>е<br />
«рассыпных» дискретных компоненто<strong>в</strong>.<br />
Таблица. Параметры зарубежных <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтных транзисторо<strong>в</strong> <strong>в</strong> 1970–1972 гг.<br />
Тип<br />
транзистора Фирма Мощность<br />
P CE max , Вт<br />
Ток I C , А<br />
В с<strong>в</strong>язи с этим схемная архитектура источнико<strong>в</strong><br />
питания на осно<strong>в</strong>е использо<strong>в</strong>ания КСН<br />
у американце<strong>в</strong> и у нас была <strong>в</strong>есьма близка.<br />
Применяя из<strong>в</strong>естную <strong>в</strong> 1970-х годах технологию<br />
печатного монтажа, наши <strong>в</strong>едущие специалисты<br />
из голо<strong>в</strong>ных НИИ оборонного комплекса,<br />
имеющие более широкую эрудицию<br />
и изобретательность, созда<strong>в</strong>али серийные отечест<strong>в</strong>енные<br />
блоки питания, которые были не хуже<br />
западных, практически по <strong>в</strong>сем параметрам.<br />
В пользу этого го<strong>в</strong>орит тот факт, что <strong>в</strong> это <strong>в</strong>ремя<br />
сущест<strong>в</strong>о<strong>в</strong>али научные школы по решению<br />
технических проблем различных устройст<strong>в</strong><br />
электропитания. Эти научные центры были сосредоточены<br />
<strong>в</strong> НИИ, КБ и передо<strong>в</strong>ых <strong>в</strong>узах различных<br />
городо<strong>в</strong> СССР: <strong>в</strong> Ленинграде, Моск<strong>в</strong>е,<br />
Рязани, Томске, Но<strong>в</strong>осибирске, Нижнем Но<strong>в</strong>городе,<br />
Кие<strong>в</strong>е, Ере<strong>в</strong>ане и др.<br />
Но<strong>в</strong>ый этап <strong>в</strong> раз<strong>в</strong>итии<br />
импульсных источнико<strong>в</strong> питания<br />
Итак, мы подошли к началу следующего<br />
крупного этапа раз<strong>в</strong>ития средст<strong>в</strong> электропитания<br />
— созданию но<strong>в</strong>ого класса импульсных<br />
ИВЭ. Рассмотрим прохождение этого этапа<br />
подробнее на примере разработки конкретного<br />
сете<strong>в</strong>ого импульсного блока питания ИВЭ<br />
<strong>в</strong> ленинградском ЦНИИ «Гранит», поскольку<br />
это наглядно иллюстрирует сложности, которые<br />
приходилось преодоле<strong>в</strong>ать <strong>в</strong> те годы.<br />
В середине 1972 года поя<strong>в</strong>ились опытные образцы<br />
пер<strong>в</strong>ого отечест<strong>в</strong>енного сило<strong>в</strong>ого транзистора<br />
— А539 (ОКР «Программа 1»), разработанного<br />
<strong>в</strong> моско<strong>в</strong>ском НПО «Пульсар» под<br />
руко<strong>в</strong>одст<strong>в</strong>ом <strong>в</strong>едущего специалиста по разработке<br />
мощных транзисторо<strong>в</strong> Л. Н. Афонина.<br />
Эти транзисторы были напра<strong>в</strong>лены <strong>в</strong> ЦНИИ<br />
«Гранит» для испытаний <strong>в</strong> разрабаты<strong>в</strong>аемых<br />
но<strong>в</strong>ых схемах блоко<strong>в</strong> питания РЭА. Таким образом,<br />
была начата разработка регулируемого<br />
преобразо<strong>в</strong>ателя на осно<strong>в</strong>е <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтных<br />
отечест<strong>в</strong>енных транзисторо<strong>в</strong>. Один из а<strong>в</strong>торо<strong>в</strong><br />
был осно<strong>в</strong>ным разработчиком блоко<strong>в</strong> питания<br />
но<strong>в</strong>ого типа. Эти ИВЭ созда<strong>в</strong>ались под руко<strong>в</strong>одст<strong>в</strong>ом<br />
к. т. н. А. И. Гинзбурга и при акти<strong>в</strong>ном<br />
участии специалиста по импульсным блокам<br />
питания Б. Н. Жура<strong>в</strong>ле<strong>в</strong>а.<br />
Охарактеризуем для сра<strong>в</strong>нения положение<br />
дел с разработкой <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтных транзисторо<strong>в</strong><br />
на этом же промежутке <strong>в</strong>ремени<br />
<strong>в</strong> США. Осно<strong>в</strong>ные параметры по некоторым<br />
зарубежным транзисторам предста<strong>в</strong>лены<br />
<strong>в</strong> таблице.<br />
Как <strong>в</strong>идно из таблицы, <strong>в</strong> период с 1970<br />
по 1972 г. за рубежом были разработаны сило<strong>в</strong>ые<br />
транзисторы, <strong>в</strong> большинст<strong>в</strong>е имеющие<br />
Напряжение.<br />
U CE , В<br />
Источники питания<br />
Граничная<br />
частота, МГц<br />
DTS – 401 Delco – 5 400 –<br />
DTS – 402 Delco 100 10 700 –<br />
DTS – 804 Delco 100 5 1400 1,5<br />
JAN 2N3902<br />
Delco<br />
4<br />
без охладителя<br />
5 700 2,5<br />
Источник информации<br />
General motors corp. Delco electronics<br />
Electronics. 1970, № 10<br />
Selection Guide Data Application Notes.<br />
SSD-205,1972<br />
JAN 2N5241 Delco 150 10 400 2,5 Microelectronics and Reliability. 1970, vol. 9<br />
SDT – 5865 Solitron 300 10 400 15 Electronics, Design.1972, № 19<br />
SDT – 5655 Solitron 300 60 500 15 Electronics, Design. 1972, № 19<br />
допустимое напряжение от 400 до 1400 В на токи<br />
от 1,5 до 15 А.<br />
О пер<strong>в</strong>ом отечест<strong>в</strong>енном мощном<br />
<strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтном транзисторе<br />
Параметры пер<strong>в</strong>ого отечест<strong>в</strong>енного кремние<strong>в</strong>ого<br />
<strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтного меза-планарного<br />
n-p-n-транзистора 2Т809А были следующие:<br />
• максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер<br />
U CER = 400 В при R BЕ = 10 Ом<br />
и t пер до 100 °С;<br />
• максимально допустимый импульсный ток<br />
коллектора I Cmax = 5 А при τ и ≤ 400 мкс<br />
и ск<strong>в</strong>ажности Q ≥ 10;<br />
• максимально допустимый постоянный ток<br />
коллектора I C = 3 А;<br />
• максимально допустимая мощность на коллекторе<br />
P Cmax = 40 Вт при температуре корпуса<br />
до 50 °С с теплоот<strong>в</strong>одом;<br />
• <strong>в</strong>ремя <strong>в</strong>ключения t on ≤ 0,3 мкс, <strong>в</strong>ремя спада<br />
≤ 0,3 мкс, <strong>в</strong>ремя рассасы<strong>в</strong>ания t s ≤ 3 мкс при<br />
I C = 2 А и коэффициенте насыщения К н =2;<br />
• пико<strong>в</strong>ая мощность P Cпик = 300 Вт при длительности<br />
перегрузки не более 0,5 мкс (по<br />
уро<strong>в</strong>ню 0,5), частоте не более 5 кГц и температуре<br />
корпуса не более 90 °С;<br />
• допускалось использо<strong>в</strong>ание транзисторо<strong>в</strong> с импульсным<br />
током до 7 А при Q ≥ 2, при этом<br />
P Cпик не должно пре<strong>в</strong>ышать 100 Вт <strong>в</strong> течение<br />
не более 5 мкс и ск<strong>в</strong>ажности не менее 10;<br />
• U BEmax = 4 В, но <strong>в</strong> импульсных схемах допускается<br />
обратное напряжение U BE до 8,0 В, при<br />
этом ток через переход база-эмиттер не должен<br />
пре<strong>в</strong>ышать 1 А, Q ≥ 2, а частота f ≤ 30 кГц;<br />
• статический коэффициент передачи <strong>в</strong> схеме<br />
с общим эмиттером <strong>в</strong> режиме большого<br />
сигнала — 100 ≥ h 21E ≥ 15;<br />
• емкость коллектора C C = 100 пф при U C = 50 В;<br />
• напряжение коллектор-эмиттер <strong>в</strong> режиме<br />
насыщения U CE sat = 1,5 В при I C = 2 А,<br />
I B = 0,4 А;<br />
• максимальная температура корпуса 125 °С,<br />
перехода 150 °С, диапазон изменения окружающей<br />
температуры –60… + 125 °С.<br />
В соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ии с параметрами но<strong>в</strong>ого транзистора<br />
была определена частота работы преобразо<strong>в</strong>ателя<br />
<strong>в</strong> блоке питания: при P Cпик = 300 Вт<br />
частота может быть до 5 кГц, а при P Cпик —<br />
больше 100 Вт, но меньше 200 Вт, частота может<br />
быть <strong>в</strong>ыше. Однако этот режим необходимо<br />
было согласо<strong>в</strong>ать с разработчиком транзистора.<br />
В качест<strong>в</strong>е структуры сило<strong>в</strong>ой части<br />
была <strong>в</strong>ыбрана мосто<strong>в</strong>ая схема преобразо<strong>в</strong>ателя<br />
с ШИМ-регулиро<strong>в</strong>анием. В мосто<strong>в</strong>ой схеме<br />
импульсное напряжение на транзисторе<br />
не пре<strong>в</strong>ышает питающее <strong>в</strong>ходное напряжение<br />
22 www.power-e.ru
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 1’2009<br />
(U 0 ), а постоянное напряжение (<strong>в</strong> режиме ожидания)<br />
устана<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>ается на уро<strong>в</strong>не 0,5 U 0 . Если<br />
речь идет о <strong>в</strong>озникно<strong>в</strong>ении подмагничи<strong>в</strong>ания,<br />
которое характерно для схем д<strong>в</strong>ухтактных<br />
транзисторных преобразо<strong>в</strong>ателей и подробно<br />
рассмотрено <strong>в</strong> статье [10], то опыт предыдущих<br />
разработок показал следующее. Комбинируя<br />
<strong>в</strong>ыбором частоты работы, материалом<br />
магнитопро<strong>в</strong>ода (наклонная петля перемагничи<strong>в</strong>ания),<br />
а также параметрами сило<strong>в</strong>ого трансформатора<br />
(уменьшение L S ), <strong>в</strong>озможно получить<br />
схему мосто<strong>в</strong>ого преобразо<strong>в</strong>ателя, <strong>в</strong> котором<br />
опасное подмагничи<strong>в</strong>ание сердечника<br />
трансформатора практически отсутст<strong>в</strong>ует.<br />
После про<strong>в</strong>едения макетной проработки<br />
блока питания на максимальную <strong>в</strong>ыходную<br />
мощность 400 Вт (80 В, 5 А) была окончательно<br />
определена частота работы преобразо<strong>в</strong>ателя:<br />
F р = 6,5 кГц. В конце 1972 года ЦНИИ «Гранит»<br />
про<strong>в</strong>ел комплексные испытания полученных<br />
опытных образцо<strong>в</strong> транзисторо<strong>в</strong><br />
по теме «Программа 1» <strong>в</strong> схеме преобразо<strong>в</strong>ателя<br />
на мощность 400 Вт с питанием от напряжения<br />
U 0 = + 300 В. Испытания про<strong>в</strong>одились<br />
на макете источника питания по схеме мосто<strong>в</strong>ого<br />
преобразо<strong>в</strong>ателя, содержащего сило<strong>в</strong>ой<br />
трансформатор, <strong>в</strong>торичная обмотка которого<br />
была нагружена на <strong>в</strong>ыпрямитель с индукти<strong>в</strong>ной<br />
реакцией фильтра, работающий на акти<strong>в</strong>ную<br />
нагрузку. Отдельно на быстрой раз<strong>в</strong>ертке<br />
осциллографа 0,5 мкс/см были при<strong>в</strong>едены<br />
осциллограммы переходных процессо<strong>в</strong> коммутации<br />
«Вкл./Откл.» для транзистора, который<br />
имел самый тяжелый режим, как по импульсу<br />
тока коллектора, так и по мгно<strong>в</strong>енной<br />
(пико<strong>в</strong>ой мощности). Преобразо<strong>в</strong>атель работал<br />
<strong>в</strong> режиме ШИМ с рабочей частотой 7,0 кГц.<br />
При амплитуде импульса тока коллектора до 4 А,<br />
а <strong>в</strong> режиме коммутационного тока (процесс<br />
запирания диодо<strong>в</strong> <strong>в</strong>ыпрямителя) — до 6,5 А<br />
транзисторы обеспечи<strong>в</strong>али устойчи<strong>в</strong>ую работу<br />
преобразо<strong>в</strong>ателя. Максимальная мгно<strong>в</strong>енная<br />
мощность на коллекторе транзистора оцени<strong>в</strong>алась<br />
на уро<strong>в</strong>не 500–600 Вт (по осциллограммам<br />
тока и напряжения, снятым с помощью д<strong>в</strong>ухлуче<strong>в</strong>ого<br />
осциллографа). Потом <strong>в</strong> окончательном<br />
<strong>в</strong>арианте режим работы транзистора <strong>в</strong> разработанном<br />
блоке питания (ток коллектора<br />
и мгно<strong>в</strong>енная мощность), работающего на частоте<br />
7 кГц, был согласо<strong>в</strong>ан с предста<strong>в</strong>ителем заказчика.<br />
В результате было получено разрешение<br />
на использо<strong>в</strong>ание транзистора 2Т809А <strong>в</strong> аппаратуре,<br />
разрабаты<strong>в</strong>аемой ЦНИИ «Гранит».<br />
В начале 1973 г. на предприятии полупро<strong>в</strong>однико<strong>в</strong>ых<br />
приборо<strong>в</strong> <strong>в</strong> г. Фрязино Моско<strong>в</strong>ской<br />
области было начато серийное ос<strong>в</strong>оение<br />
<strong>в</strong>ыпуска но<strong>в</strong>ого <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтного транзистора.<br />
В этой с<strong>в</strong>язи предста<strong>в</strong>ляют определенный<br />
интерес несколько эпизодо<strong>в</strong>, с которыми имел<br />
дело один из а<strong>в</strong>торо<strong>в</strong> статьи (С. А. Эраносян).<br />
Речь шла о поста<strong>в</strong>ке для ЦНИИ «Гранит»<br />
опытных образцо<strong>в</strong> но<strong>в</strong>ого транзистора с целью<br />
обеспечения изгото<strong>в</strong>ления образцо<strong>в</strong> блоко<strong>в</strong><br />
питания, <strong>в</strong>ходящих <strong>в</strong> но<strong>в</strong>ейшие разработки<br />
РЭА. Гла<strong>в</strong>ный конструктор ОКБ за<strong>в</strong>ода<br />
Н. Г. Кухаре<strong>в</strong> сето<strong>в</strong>ал на технологические<br />
проблемы серийного ос<strong>в</strong>оения <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтного<br />
транзистора. Одна из них заключалась<br />
<strong>в</strong> достижении заданного напряжения U CER , так<br />
как <strong>в</strong>се изгото<strong>в</strong>ленные образцы под<strong>в</strong>ергались<br />
www.power-e.ru<br />
испытанию именно на 400 В и отбрако<strong>в</strong>ка<br />
на меньшее напряжение не допускалась. На резонный<br />
<strong>в</strong>опрос о <strong>в</strong>озможности изгото<strong>в</strong>ления<br />
модификаций транзистора на 200 и 300 В, так<br />
как <strong>в</strong> стране не было таких приборо<strong>в</strong>, гла<strong>в</strong>ный<br />
конструктор от<strong>в</strong>етил, что проти<strong>в</strong> этого <strong>в</strong>ыступает<br />
предста<strong>в</strong>итель заказчика (ПЗ). В то же<br />
<strong>в</strong>ремя он сообщил, что разрешенный <strong>в</strong>ыход<br />
годных изделий, по отношению ко <strong>в</strong>сем изгото<strong>в</strong>ленным,<br />
соста<strong>в</strong>ляет не менее 6%, и, кстати,<br />
у американце<strong>в</strong> он тоже был не<strong>в</strong>ысок: 8–10%.<br />
После этого было аналогичное обращение к<br />
ПЗ с доба<strong>в</strong>лением о несомненной практической<br />
пользе при <strong>в</strong><strong>в</strong>едении модификаций для но<strong>в</strong>ого<br />
транзистора. На эти <strong>в</strong>опросы был получен неожиданный<br />
от<strong>в</strong>ет от ПЗ: «Если это сделать,<br />
то ЦНИИ «Гранит» получит 400-В транзистор<br />
не скоро, так как <strong>в</strong>ольно или не<strong>в</strong>ольно для изгото<strong>в</strong>ителя<br />
будет исключен осно<strong>в</strong>ной стимул<br />
со<strong>в</strong>ершенст<strong>в</strong>о<strong>в</strong>ания технологии изгото<strong>в</strong>ления<br />
но<strong>в</strong>ых полупро<strong>в</strong>однико<strong>в</strong>ых приборо<strong>в</strong>».<br />
Надо отдать должное, что <strong>в</strong> его сло<strong>в</strong>ах была<br />
большая доля пра<strong>в</strong>ды, с которой разработчики<br />
но<strong>в</strong>ых изделий часто сталки<strong>в</strong>ались при серийном<br />
их ос<strong>в</strong>оении. Это, <strong>в</strong> пер<strong>в</strong>ую очередь,<br />
боязнь <strong>в</strong>сего но<strong>в</strong>ого, необычного, что <strong>в</strong>сегда<br />
<strong>в</strong>ходит <strong>в</strong> проти<strong>в</strong>оречие с относительно комфортным<br />
трудом по <strong>в</strong>ыпуску уже серийно ос<strong>в</strong>оенных<br />
на за<strong>в</strong>оде изделий. Именно для преодоления<br />
таких естест<strong>в</strong>енных проти<strong>в</strong>оречий на <strong>в</strong>сех<br />
предприятиях дейст<strong>в</strong>о<strong>в</strong>али специальные планы<br />
по ос<strong>в</strong>оению но<strong>в</strong>ой техники, с отдельной<br />
строкой финансиро<strong>в</strong>ания, которая предусматри<strong>в</strong>ала,<br />
<strong>в</strong> том числе, и материальное стимулиро<strong>в</strong>ание<br />
этих работ из центра. Несмотря<br />
на трудности серийного ос<strong>в</strong>оения уже через месяц<br />
разработчики стали получать опытные образцы<br />
(Я111) с за<strong>в</strong>ода-изгото<strong>в</strong>ителя <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтного<br />
транзистора. Это поз<strong>в</strong>олило ЦНИИ<br />
«Гранит» разрабаты<strong>в</strong>ать блоки питания но<strong>в</strong>ого<br />
типа практически одно<strong>в</strong>ременно с разработкой<br />
функциональной аппаратуры, то есть начиная<br />
с этапа разработки эскизного проекта.<br />
Разработка пер<strong>в</strong>ого<br />
отечест<strong>в</strong>енного импульсного<br />
источника питания но<strong>в</strong>ого типа<br />
После определения параметро<strong>в</strong> элементной<br />
базы сило<strong>в</strong>ой части преобразо<strong>в</strong>ателя настала<br />
очередь разработки его схемы упра<strong>в</strong>ления.<br />
В этот момент у разработчико<strong>в</strong> преобразо<strong>в</strong>ателя<br />
на <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтных транзисторах <strong>в</strong>озникла<br />
дилемма: использо<strong>в</strong>ать наработки предыдущих<br />
лет и построить схему упра<strong>в</strong>ления<br />
на дискретных элементах [11, 12] или применить<br />
только что поя<strong>в</strong>и<strong>в</strong>шиеся интегральные<br />
микросхемы. Согласитесь, <strong>в</strong> усло<strong>в</strong>иях дефицита<br />
<strong>в</strong>ремени для но<strong>в</strong>ой разработки — <strong>в</strong>ыбор<br />
не из легких. Реши<strong>в</strong>шись на применение но<strong>в</strong>ого<br />
сило<strong>в</strong>ого транзистора <strong>в</strong> схеме преобразо<strong>в</strong>ателя,<br />
питающегося от напряжения 300 В,<br />
по сущест<strong>в</strong>у разработчики <strong>в</strong>торглись <strong>в</strong> но<strong>в</strong>ую<br />
область сило<strong>в</strong>ой электроники, которая практически<br />
не была изучена. В дальнейшем проблемные<br />
<strong>в</strong>опросы этого типа преобразо<strong>в</strong>ателей<br />
стали настолько оче<strong>в</strong>идными, что ряд специалисто<strong>в</strong><br />
счел целесообразным «по<strong>в</strong>ременить»<br />
с разработкой таких блоко<strong>в</strong> питания <strong>в</strong> но<strong>в</strong>ых<br />
комплексах РЭА.<br />
Источники питания<br />
Однако <strong>в</strong> ЦНИИ «Гранит» к этому <strong>в</strong>ремени<br />
уже была сформиро<strong>в</strong>ана научная школа по проектиро<strong>в</strong>анию<br />
ИВЭ на со<strong>в</strong>ременном техническом<br />
уро<strong>в</strong>не, которая успешно дополнялась молодым<br />
коллекти<strong>в</strong>ом энергичных инженеро<strong>в</strong><br />
и технико<strong>в</strong>, гото<strong>в</strong>ых к трудностям ос<strong>в</strong>оения но<strong>в</strong>ой<br />
компонентной базы, <strong>в</strong> том числе устройст<strong>в</strong><br />
импульсной техники с применением микросхем.<br />
Поэтому был <strong>в</strong>зят курс на построение схемы<br />
упра<strong>в</strong>ления (СУ) для блоко<strong>в</strong> питания<br />
но<strong>в</strong>ого класса с использо<strong>в</strong>анием микросхем,<br />
серийное <strong>в</strong>недрение которых происходило<br />
практически одно<strong>в</strong>ременно с ос<strong>в</strong>оением транзистора<br />
2Т809А. Причем никаких сомнений<br />
<strong>в</strong> реальных сроках ос<strong>в</strong>оения на серийных за<strong>в</strong>одах<br />
этих но<strong>в</strong>ых компоненто<strong>в</strong> как у руко<strong>в</strong>одителей,<br />
так и у исполнителей (разработчико<strong>в</strong> импульсных<br />
ИВЭ) не было. Тем более что это подт<strong>в</strong>ерждалось<br />
гарантийными письмами,<br />
фондами поста<strong>в</strong>ок от изгото<strong>в</strong>ителей компоненто<strong>в</strong>,<br />
подт<strong>в</strong>ержденными ПЗ соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ующих<br />
<strong>в</strong>едомст<strong>в</strong>. Отметим, что пер<strong>в</strong>ую открытую <strong>статью</strong><br />
[13] о разработке блока питания с использо<strong>в</strong>анием<br />
<strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтного отечест<strong>в</strong>енного<br />
транзистора опублико<strong>в</strong>ал Л. Н. Шаро<strong>в</strong> <strong>в</strong> 1974<br />
году <strong>в</strong> Моск<strong>в</strong>е. В этой статье го<strong>в</strong>орилось, что<br />
регулируемый преобразо<strong>в</strong>атель, питающийся<br />
от напряжения 300 В, построен на осно<strong>в</strong>е полумосто<strong>в</strong>ой<br />
схемы с рабочей частотой 10 кГц.<br />
Выходное стабилизиро<strong>в</strong>анное напряжение ра<strong>в</strong>но<br />
5 В при токе 10 А. Схема упра<strong>в</strong>ления этого<br />
блока состоит из задающего генератора, пуско<strong>в</strong>ой<br />
схемы, ждущего мульти<strong>в</strong>ибратора и импульсного<br />
усилителя с трансформаторным <strong>в</strong>ыходом.<br />
Все эти устройст<strong>в</strong>а построены на дискретных<br />
полупро<strong>в</strong>однико<strong>в</strong>ых приборах.<br />
Лабораторный макет стабилизиро<strong>в</strong>анного преобразо<strong>в</strong>ателя<br />
с бестрансформаторным <strong>в</strong>ходом<br />
имел объем 2,5 дм 3 , то есть его удельная мощность<br />
p v оцени<strong>в</strong>алась <strong>в</strong> 20 Вт/дм 3 . Подчеркнем<br />
еще одно обстоятельст<strong>в</strong>о, которое касается терминологии<br />
(наимено<strong>в</strong>ания) но<strong>в</strong>ого класса сете<strong>в</strong>ых<br />
импульсных ИВЭ.<br />
Как <strong>в</strong>идно из [13], здесь применен термин<br />
«стабилизиро<strong>в</strong>анный преобразо<strong>в</strong>атель с бестрансформаторным<br />
<strong>в</strong>ходом». Ключе<strong>в</strong>ое сло<strong>в</strong>о<br />
«бестрансформаторный» касается только того,<br />
что <strong>в</strong> источнике отсутст<strong>в</strong>ует сило<strong>в</strong>ой сете<strong>в</strong>ой<br />
трансформатор. Поэтому <strong>в</strong> этой статье<br />
примем, что <strong>в</strong>предь бестрансформаторные источники<br />
питания как но<strong>в</strong>ый класс сете<strong>в</strong>ых блоко<strong>в</strong><br />
питания будем имено<strong>в</strong>ать аббре<strong>в</strong>иатурой<br />
БИВЭ, которая поя<strong>в</strong>илась <strong>в</strong> монографии [14].<br />
Итак, но<strong>в</strong>ая СУ разрабаты<strong>в</strong>аемого <strong>в</strong> ЦНИИ<br />
«Гранит» блока питания была построена на осно<strong>в</strong>е<br />
гибридных пленочных микросхем, разработанных<br />
<strong>в</strong> Моск<strong>в</strong>е по серии 218 (тема «Терек 1»,<br />
изгото<strong>в</strong>итель — предприятие «Ангстрем»). Технология<br />
изгото<strong>в</strong>ления гибридных тонкопленочных<br />
микросхем <strong>в</strong> упрощенном <strong>в</strong>иде следующая:<br />
на керамическую подложку напыляются резисти<strong>в</strong>ные<br />
компоненты, а также соединительные<br />
про<strong>в</strong>одники. Затем на эту подложку монтируются<br />
бескорпусные транзисторы, диоды и др.<br />
В результате на подложке формируется соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ующая<br />
интегральная схема, например триггер,<br />
мульти<strong>в</strong>ибратор и т. п. Затем эта интегральная<br />
схема помещается <strong>в</strong> герметизиро<strong>в</strong>анный металлический<br />
корпус со штыре<strong>в</strong>ыми <strong>в</strong>ы<strong>в</strong>одами<br />
и <strong>в</strong> таком <strong>в</strong>иде поста<strong>в</strong>ляется заказчику.<br />
23
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 1’2009<br />
Описание схемы БИВЭ<br />
на <strong>в</strong>ыходную мощность 400 Вт<br />
Упрощенная схема БИВЭ на <strong>в</strong>ыходную мощность<br />
P <strong>в</strong>ых = 400 Вт изображена на рисунке.<br />
Как <strong>в</strong>идно на рисунке, на <strong>в</strong>ход блока подается<br />
трехфазное напряжение 220 В, 400 Гц (корабельная<br />
сеть) и упра<strong>в</strong>ляющее постоянное<br />
напряжение 27 В (борто<strong>в</strong>ая сигнальная сеть).<br />
Переменное напряжение поступает на схему<br />
через контакты сило<strong>в</strong>ого контактора (К). Контактор<br />
упра<strong>в</strong>ляется релейной схемой (Узел реле),<br />
которая при замкнутом состоянии тумблера<br />
«ВКЛ» обеспечи<strong>в</strong>ает после подачи сигнального<br />
напряжения «Борт. сеть 27 В»<br />
замыкание контакто<strong>в</strong> «к». При этом напряжение<br />
через предохранители (F1–F3) поступает<br />
на трехфазный сете<strong>в</strong>ой <strong>в</strong>ыпрямитель (СВ),<br />
<strong>в</strong> <strong>в</strong>иде моста Ларионо<strong>в</strong>а. Выпрямленное постоянное<br />
напряжение с переменной соста<strong>в</strong>ляющей<br />
частотой 2400 Гц поступает на сглажи<strong>в</strong>ающий<br />
фильтр (L1–C1), на <strong>в</strong>ыходе которого<br />
формируется постоянное напряжение U 0 ,<br />
порядка 300 В. Это напряжение через датчик<br />
тока R ш поступает на <strong>в</strong>ход мосто<strong>в</strong>ого преобразо<strong>в</strong>ателя<br />
напряжения, который <strong>в</strong>ыполнен<br />
на <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтных транзисторах Т1–Т4. В диагонали<br />
регулируемого преобразо<strong>в</strong>ателя на осно<strong>в</strong>е<br />
ШИМ-упра<strong>в</strong>ления через дроссель с самонасыщением<br />
(ДН) <strong>в</strong>ключен сило<strong>в</strong>ой трансформатор<br />
(Тр. с). Его <strong>в</strong>торичная обмотка W 2<br />
через мосто<strong>в</strong>ой <strong>в</strong>ыходной <strong>в</strong>ыпрямитель (ВВ)<br />
нагружена на сглажи<strong>в</strong>ающий фильтр (L2–C2),<br />
на <strong>в</strong>ыходе которого формируется <strong>в</strong>ыходное<br />
постоянное напряжение U <strong>в</strong>ых , максимальное<br />
значение которого может достигать 85 В.<br />
Источники питания<br />
Подчеркнем необычный характер нагрузки<br />
этого блока питания. Выходное напряжение<br />
блока поступает на специальный кабель, максимальная<br />
длина которого достигает 360–400 м.<br />
В конце кабеля подключена аппаратура, причем<br />
энергия для ее питания поступает от корабельного<br />
блока (рисунок). Если предста<strong>в</strong>ить кабель<br />
<strong>в</strong> <strong>в</strong>иде омического делителя напряжения, то напряжение<br />
на нагрузке (Н) при подаче питания<br />
от корабельного блока должно быть 27 В.<br />
Физически это <strong>в</strong>ыполнено следующим образом.<br />
В конце кабеля <strong>в</strong>ключен раз<strong>в</strong>язы<strong>в</strong>ающий<br />
транзисторный преобразо<strong>в</strong>атель напряжения<br />
(DC/DC) с трансформатором, коэффициент<br />
трансформации (W 2 /W 1 ) которого ра<strong>в</strong>ен 1.<br />
После <strong>в</strong>ыпрямителя, питающегося от <strong>в</strong>торичной<br />
обмотки трансформатора, образуется<br />
напряжение (U АПП. ) 27 В, от которого получают<br />
питание <strong>в</strong>се функциональные узлы РЭА.<br />
Таким образом, обеспечи<strong>в</strong>ается галь<strong>в</strong>аническая<br />
раз<strong>в</strong>язка аппаратуры, подключенной<br />
<strong>в</strong> конце специального кабеля, от питающих<br />
сило<strong>в</strong>ых про<strong>в</strong>одо<strong>в</strong> кабеля, подключенных<br />
к <strong>в</strong>ыходному постоянному напряжению корабельного<br />
блока БИВЭ.<br />
Наконец, отметим, что обратная с<strong>в</strong>язь подается<br />
на корабельный блок от напряжения U АПП.<br />
отдельными д<strong>в</strong>умя про<strong>в</strong>одами, тоже <strong>в</strong>ходящими<br />
<strong>в</strong> специальный кабель, которые образуют<br />
на <strong>в</strong>ходе БИВЭ напряжение U ОС . По сущест<strong>в</strong>у<br />
это означает, что корабельный блок <strong>в</strong>ходит<br />
<strong>в</strong> «следящую систему», которая поддержи<strong>в</strong>ает<br />
стабильное напряжение U АПП. , постоянно изменяя<br />
соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ующим образом <strong>в</strong>ыходное<br />
напряжение U ВЫХ , пода<strong>в</strong>аемое на <strong>в</strong>ход специального<br />
кабеля. Усредненные параметры специального<br />
кабеля длиной до 360 м: эк<strong>в</strong>и<strong>в</strong>алентное<br />
акти<strong>в</strong>ное сопроти<strong>в</strong>ление (R Н ) нагрузки Н<br />
ра<strong>в</strong>но 5,6 Ом, эк<strong>в</strong>и<strong>в</strong>алентное акти<strong>в</strong>ное сопроти<strong>в</strong>ление<br />
(R К ) кабеля — 11,7 Ом, эк<strong>в</strong>и<strong>в</strong>алентная<br />
сосредоточенная индукти<strong>в</strong>ность (L К ) кабеля<br />
1–1,2 мГн, рассчитанная без учета топологии<br />
расположения сило<strong>в</strong>ых про<strong>в</strong>одо<strong>в</strong> <strong>в</strong> кабеле.<br />
При этом <strong>в</strong> номинальном режиме стабилизации<br />
U АПП. (27 В) <strong>в</strong>ыходное напряжение БИВЭ<br />
U ВЫХ будет 82–83 В, а ток нагрузки 4,7–4,8 А.<br />
Рассмотрим другие особенности схемы, изображенной<br />
на рисунке. Система упра<strong>в</strong>ления<br />
БИВЭ <strong>в</strong>ключает <strong>в</strong> себя узел формиро<strong>в</strong>ания<br />
сигнало<strong>в</strong> (УФС), формиро<strong>в</strong>атель стробирующего<br />
импульса (ФИС) для экстренного запирания<br />
сило<strong>в</strong>ых транзисторо<strong>в</strong> Т2, Т4, усилитель<br />
мощности (УМ) с трансформаторным<br />
(Т Р.У ) <strong>в</strong>ыходом, который формирует сигналы<br />
упра<strong>в</strong>ления (U У1 –U У4 ) для базо<strong>в</strong>ых цепей транзисторо<strong>в</strong><br />
(Т1–Т4), узел <strong>в</strong>спомогательных источнико<strong>в</strong><br />
питания (УВИ), который обеспечи<strong>в</strong>ает<br />
<strong>в</strong>спомогательные напряжения для <strong>в</strong>сех<br />
узло<strong>в</strong> блока питания: U СМ1 –U СМ3 (2 В);<br />
U СТР. (5 В); U УМ (22 В); U П1 , U П2 (27 В); U П3 (10 В).<br />
УФС построен на интегральных микросхемах<br />
серии 218, операционных усилителях «Исток»<br />
и работает следующим образом.<br />
Задающий, такто<strong>в</strong>ый генератор ЗГ (2ГФ181)<br />
формирует импульсную последо<strong>в</strong>ательность<br />
частотой 13 кГц, которая поступает на <strong>в</strong>ход счетного<br />
триггера СЧ (2ТК181) и на <strong>в</strong>ход триггера<br />
«Пауза» (2ТК181). С <strong>в</strong>ыходо<strong>в</strong> триггера СЧ формируются<br />
д<strong>в</strong>е импульсные последо<strong>в</strong>ательности<br />
частотой 6,5 кГц, сд<strong>в</strong>инутые на 180 эл. град.<br />
Одна из них поступает на триггер (ШИМ А),<br />
а другая импульсная последо<strong>в</strong>ательность —<br />
Рисунок. Схема БИВЭ на <strong>в</strong>ыходную мощность 400 Вт<br />
24 www.power-e.ru
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 1’2009<br />
www.power-e.ru<br />
на триггер (ШИМ Б). Сигнал обратной с<strong>в</strong>язи<br />
U ОС поступает на резисти<strong>в</strong>ный делитель напряжения<br />
(R1–R3), с потенциометра R2 которого<br />
подается на <strong>в</strong>ход УОС операционного усилителя<br />
(1УТ401А). Его <strong>в</strong>ыход соединен с <strong>в</strong>ходом модулятора<br />
длительности импульсо<strong>в</strong> (МДИ),<br />
на <strong>в</strong>ыходе которого формируется импульс заднего<br />
фронта ШИМ. Этот импульс за<strong>в</strong>ершает<br />
формиро<strong>в</strong>ание осно<strong>в</strong>ных сигнало<strong>в</strong> упра<strong>в</strong>ления<br />
БИВЭ: ШИМ А, ШИМ Б, Пауза.<br />
Защита от перегрузки по току (Защ I 0 ) построена<br />
на микросхеме 1УТ401А и работает следующим<br />
образом. Сигнал U RШ от датчика тока<br />
на резисторе R Ш поступает на один <strong>в</strong>ход усилителя,<br />
где суммируется с напряжением уста<strong>в</strong>ки,<br />
которое согласо<strong>в</strong>ано с опорным напряжением,<br />
пода<strong>в</strong>аемым на другой <strong>в</strong>ход усилителя.<br />
При срабаты<strong>в</strong>ании защиты от перегрузки<br />
по току сигнал с <strong>в</strong>ыхода усилителя поступает<br />
на транзисторный ключ с трансформаторным<br />
<strong>в</strong>ыходом. При этом на <strong>в</strong>ыходе Защ I 0 формируется<br />
импульсный сигнал «Выкл.», обеспечи<strong>в</strong>ая<br />
срабаты<strong>в</strong>ание именно того из триггеро<strong>в</strong><br />
«Пауза», а также ШИМ А или ШИМ Б, который<br />
акти<strong>в</strong>иро<strong>в</strong>ан <strong>в</strong> момент <strong>в</strong>озникно<strong>в</strong>ения тока перегрузки.<br />
Защита от перегрузки дейст<strong>в</strong>ует а<strong>в</strong>томатически,<br />
уменьшая длительность сило<strong>в</strong>ого<br />
импульса тока через транзисторы преобразо<strong>в</strong>ателя,<br />
тем самым ограничи<strong>в</strong>ая его на уро<strong>в</strong>не<br />
допустимого значения. При этом если ток перегрузки<br />
исчез, то <strong>в</strong>осстана<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>ается нормальная<br />
работа БИВЭ. В отличие от этого, защита<br />
нагрузки от перенапряжения (Защ U) срабаты<strong>в</strong>ает<br />
при таком напряжении U ОС (> 27 В), которое<br />
я<strong>в</strong>ляется опасным для аппаратуры «удаленной»<br />
нагрузки <strong>в</strong> конце кабеля. В с<strong>в</strong>язи с чем для<br />
предот<strong>в</strong>ращения по<strong>в</strong>реждения аппаратуры необходимо<br />
обеспечить отключение корабельного<br />
блока питания.<br />
Схема Защ U работает следующим образом.<br />
Опорный потенциал подается на один <strong>в</strong>ход<br />
усилителя защиты, а на другой его <strong>в</strong>ход поступает<br />
напряжение уста<strong>в</strong>ки, согласо<strong>в</strong>анное<br />
с опорным напряжением через резисти<strong>в</strong>ный<br />
делитель с потенциометром. Этот делитель<br />
подключен к напряжению U ОС , которое фактически<br />
я<strong>в</strong>ляется <strong>в</strong>ходным питающим напряжением<br />
для «удаленной» нагрузки Н. При срабаты<strong>в</strong>ании<br />
защиты от перенапряжения сигнал<br />
от усилителя поступает на транзисторный<br />
ключ, <strong>в</strong>ыход которого <strong>в</strong>ыключает <strong>в</strong>спомогательное<br />
реле (Р). Контакты этого реле отключают<br />
питание U УМ , обесточи<strong>в</strong>ая усилитель<br />
мощности УМ, а также обеспечи<strong>в</strong>ают <strong>в</strong>ыключение<br />
контактора К и, тем самым, отсоединяют<br />
блок питания от сети.<br />
В узле формиро<strong>в</strong>ания упра<strong>в</strong>ляющих сигнало<strong>в</strong><br />
УФС имеется также схема защиты по току<br />
перегрузки «<strong>в</strong>торого» уро<strong>в</strong>ня, которая<br />
не при<strong>в</strong>едена на рисунке. Она содержит импульсный<br />
трансформатор и транзисторный<br />
усилитель, <strong>в</strong>ход которого соединен с резистором<br />
датчика тока R Ш . Если напряжение U RШ<br />
продолжает расти, несмотря на срабаты<strong>в</strong>ание<br />
Защ I 0 , то откры<strong>в</strong>ается транзистор специального<br />
усилителя. Вследст<strong>в</strong>ие этого формируется<br />
импульс <strong>в</strong> пер<strong>в</strong>ичной обмотке импульсного<br />
трансформатора. Причем одна из <strong>в</strong>торичных<br />
обмоток этого трансформатора образует<br />
положительную обратную с<strong>в</strong>язь для специального<br />
усилителя, форсируя срабаты<strong>в</strong>ание<br />
транзистора, а другая обмотка <strong>в</strong>ключает маломощный<br />
тиристор 2У101Б, который «закорачи<strong>в</strong>ает»<br />
напряжение 12 В, питающее узлы<br />
Защ U, УОС и МДИ. Одно<strong>в</strong>ременно с этим<br />
обесточи<strong>в</strong>ается реле Р, контакты которого<br />
обеспечи<strong>в</strong>ают процедуру отключения блока<br />
питания от сети, аналогичную при срабаты<strong>в</strong>ании<br />
Защ U.<br />
Базо<strong>в</strong>ые сигналы сило<strong>в</strong>ых <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтных<br />
транзисторо<strong>в</strong> Т1–Т4 формируются узлом УМ.<br />
В блоках питания но<strong>в</strong>ого типа <strong>в</strong> осно<strong>в</strong>ном нашли<br />
применение усилители мощности<br />
с трансформаторным <strong>в</strong>ыходом как наиболее<br />
простые с точки зрения получения галь<strong>в</strong>анической<br />
раз<strong>в</strong>язки упра<strong>в</strong>ляющих сигнало<strong>в</strong><br />
от <strong>в</strong>ходного напряжения U 0 (300 В), с<strong>в</strong>язанного<br />
с потенциалом сети переменного тока.<br />
В рассматри<strong>в</strong>аемом блоке БИВЭ была использо<strong>в</strong>ана<br />
схема УМ с одним трансформатором,<br />
хотя, строго го<strong>в</strong>оря, из<strong>в</strong>естны, по крайней мере,<br />
еще д<strong>в</strong>е схемы [15, 16]. Одна из них — схема<br />
раздельного упра<strong>в</strong>ления транзисторами<br />
плеч мосто<strong>в</strong>ого преобразо<strong>в</strong>ателя (ПН-М), которая<br />
содержит 2 трансформатора <strong>в</strong> УМ. В ней<br />
транзисторы Т1, Т2 упра<strong>в</strong>ляются одним (однотактным)<br />
преобразо<strong>в</strong>ателем с пер<strong>в</strong>ым трансформатором,<br />
а транзисторы Т3, Т4 — другим<br />
(однотактным) преобразо<strong>в</strong>ателем со <strong>в</strong>торым<br />
трансформатором.<br />
Другая структура построения УМ, содержащая<br />
д<strong>в</strong>а трансформатора, каждый из которых<br />
работает по д<strong>в</strong>ухтактной схеме с рабочей частотой<br />
сило<strong>в</strong>ого ПН-М, формирует упра<strong>в</strong>ляющие<br />
сигналы, например, следующим образом.<br />
Один из д<strong>в</strong>ухтактных преобразо<strong>в</strong>ателей я<strong>в</strong>ляется<br />
<strong>в</strong>едущим, а <strong>в</strong>торой — <strong>в</strong>едомый — работает<br />
со сд<strong>в</strong>игом фазы запуска, например с помощью<br />
МДИ. В результате сложения напряжений<br />
(меандр) <strong>в</strong>торичных обмоток этих д<strong>в</strong>ух<br />
трансформаторо<strong>в</strong> можно получить упра<strong>в</strong>ляющие<br />
сигналы для базо<strong>в</strong>ых цепей сило<strong>в</strong>ых<br />
транзисторо<strong>в</strong> ПН-М.<br />
Схема УМ по рисунку работает следующим<br />
образом. Выходы триггеро<strong>в</strong> ШИМ А/ШИМ Б<br />
поступают на базы транзисторо<strong>в</strong> Т5/Т6 соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно.<br />
Эти транзисторы <strong>в</strong>ключены<br />
по схеме д<strong>в</strong>ухтактного преобразо<strong>в</strong>ателя<br />
со средней точкой трансформатора Т Р.У , на <strong>в</strong>торичных<br />
обмотках которых формируются<br />
упра<strong>в</strong>ляющие сигналы (U У1 –U У4 ) для сило<strong>в</strong>ых<br />
ключей (Т1–Т4) соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно. Нуле<strong>в</strong>ой уро<strong>в</strong>ень<br />
<strong>в</strong> сигналах упра<strong>в</strong>ления — от импульса<br />
модуляции до конца полупериода рабочей частоты<br />
— получается путем «закорачи<strong>в</strong>ания» обмоток<br />
W 3 , W 4 через диоды D1, D2 и резистор<br />
R ОГР. транзистором Т7. Этот транзистор упра<strong>в</strong>ляется<br />
импульсами П, которые формируются<br />
на <strong>в</strong>ыходе триггера «Пауза».<br />
Узел УВИ <strong>в</strong>ыполнен на <strong>в</strong>ыпрямителях с питанием<br />
от <strong>в</strong>торичных обмоток маломощных<br />
сете<strong>в</strong>ых трансформаторо<strong>в</strong> (ТПП-63 и ТПП-<br />
214). Таким образом, на <strong>в</strong>ыходе УВИ формируются<br />
постоянные напряжения: U УМ , U СМ1 ,<br />
U СМ2 , U СТР /U СМ3 , U П1 , U П2 , U П3 . Для сущест<strong>в</strong>енного<br />
уменьшения <strong>в</strong>ремени рассасы<strong>в</strong>ания<br />
t s сило<strong>в</strong>ых ключей при их <strong>в</strong>ыключении служат<br />
цепи отрицательного потенциала, <strong>в</strong>ключенные<br />
между эмиттером каждого из транзисторо<strong>в</strong><br />
и его упра<strong>в</strong>ляющим сигналом U у . Кроме<br />
Источники питания<br />
того, при срабаты<strong>в</strong>ании защиты от перегрузки<br />
по току импульсом Защ I 0 отпирается транзистор<br />
Т8, который подает стробирующий (запирающий)<br />
потенциал от напряжения U СТР (5 В)<br />
на базы транзисторо<strong>в</strong> Т2, Т4 через диоды D3,<br />
D4 соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно. И, наконец, для сущест<strong>в</strong>енного<br />
снижения динамических потерь <strong>в</strong> процессе<br />
<strong>в</strong>ыключения сило<strong>в</strong>ых транзисторо<strong>в</strong> служат<br />
RCD-цепи (А1–А4), подключенные параллельно<br />
<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>одам коллектор-эмиттер транзисторо<strong>в</strong><br />
Т1–Т4 соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно.<br />
Каждая RCD-цепь состоит из ограничи<strong>в</strong>ающего<br />
резистора r1 (100 Ом), разрядного резистора<br />
r2 (560 Ом), параллельно которому<br />
<strong>в</strong>ключен диод D (Д237Б), <strong>в</strong>ыра<strong>в</strong>ни<strong>в</strong>ающего резистора<br />
r3 (20 кОм), параллельно которому<br />
<strong>в</strong>ключен конденсатор C (0,01 мкФ). Уменьшение<br />
динамических потерь при <strong>в</strong>ключении сило<strong>в</strong>ых<br />
транзисторо<strong>в</strong> достигается при <strong>в</strong>ключении<br />
дросселя насыщения ДН последо<strong>в</strong>ательно<br />
с пер<strong>в</strong>ичной обмоткой трансформатора Т Р.С .<br />
Комплекс этих мер обеспечил сущест<strong>в</strong>енное<br />
облегчение режимо<strong>в</strong> коммутации сило<strong>в</strong>ых<br />
транзисторо<strong>в</strong> [17]. В этой работе показано, что<br />
применение RCD-цепей и дросселя насыщения<br />
поз<strong>в</strong>олило для БИВЭ на 400 Вт снизить<br />
мгно<strong>в</strong>енную мощность <strong>в</strong> сило<strong>в</strong>ых транзисторах<br />
P Cпик <strong>в</strong> 3–4 раза, <strong>в</strong> результате этого суммарные<br />
потери мощности <strong>в</strong> каждом сило<strong>в</strong>ом<br />
транзисторе получились не более 3,5 Вт.<br />
Конструкция базо<strong>в</strong>ого<br />
блока питания ЦНИИ «Гранит»<br />
Разработка базо<strong>в</strong>ого блока питания с <strong>в</strong>ыходной<br />
мощностью 400 Вт (рис.) поз<strong>в</strong>олила отработать<br />
конструкти<strong>в</strong>но <strong>в</strong>се <strong>в</strong>ходящие <strong>в</strong> него<br />
узлы и оптимизиро<strong>в</strong>ать его размеры —<br />
275150210 мм. Таким образом, при объеме<br />
блока 8,7 дм 3 его удельная мощность p v соста<strong>в</strong>ила<br />
46 Вт/дм 3 . При этом для других разработок<br />
были унифициро<strong>в</strong>аны следующие укрупненные<br />
субблоки: сило<strong>в</strong>ая печатная плата, система<br />
упра<strong>в</strong>ления, другие узлы. Сило<strong>в</strong>ая<br />
печатная плата содержит 4 сило<strong>в</strong>ых транзистора<br />
с радиаторами, узел <strong>в</strong>спомогательных источнико<strong>в</strong><br />
питания УВИ с сете<strong>в</strong>ыми трансформаторами,<br />
4 печатные платы с RCD-цепями,<br />
каждая из которых <strong>в</strong>ертикально устана<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>ается<br />
рядом со с<strong>в</strong>оим сило<strong>в</strong>ым транзистором.<br />
Система упра<strong>в</strong>ления преобразо<strong>в</strong>ателем <strong>в</strong>ыполнена<br />
на печатной плате с разъемом и имеет лице<strong>в</strong>ую<br />
панель. Этот субблок <strong>в</strong>ключает <strong>в</strong> себя:<br />
УФС, УМ с <strong>в</strong>ысокочастотным трансформатором<br />
Т Р.У , элементы защиты по напряжению<br />
и току (<strong>в</strong>спомогательные реле, маломощный<br />
тиристор и др.). Другие части схемы рисунка,<br />
а также остальные узлы и элементы блока питания,<br />
не показанные на упрощенной схеме,<br />
например, узел пода<strong>в</strong>ления радиопомех и др.,<br />
располагаются <strong>в</strong> отсеках на несущем шасси.<br />
Благодаря такой унификации на осно<strong>в</strong>е базо<strong>в</strong>ой<br />
схемы <strong>в</strong> период с 1972 по 1974 г. были<br />
спроектиро<strong>в</strong>аны модификации БИВЭ на мощности<br />
350, 300, 250 Вт, при длине кабеля 260,<br />
200, 140 м соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно. Кроме того, были<br />
разработаны блок питания на мощность 225 Вт<br />
(600–900 В / 0,25 А) — для модулятора радиопередатчика,<br />
а также <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтный блок<br />
питания для <strong>в</strong>ыходного СВЧ-прибора пере-<br />
25
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 1’2009<br />
датчика. Мощность <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтного БИВЭ<br />
была 220 Вт при <strong>в</strong>ыходном напряжении 3700 В<br />
и токе 0,06 А. Причем <strong>в</strong>се блоки питания имели<br />
<strong>в</strong>есьма малые пульсации <strong>в</strong>ыходного постоянного<br />
напряжения. Например, блок на 400 Вт,<br />
работающий на длинный кабель — 360 м,<br />
имел следующие параметры: амплитуда переменной<br />
соста<strong>в</strong>ляющей 28 мВ на частоте до 3 кГц<br />
и 50 мВ на частоте до 13 кГц, что соста<strong>в</strong>ляет<br />
0,04–0,07% от <strong>в</strong>ыходного напряжения.<br />
Исторические аспекты<br />
разработки пер<strong>в</strong>ых<br />
бестрансформаторных источнико<strong>в</strong><br />
<strong>в</strong>торичного электропитания<br />
Рассмотрим <strong>в</strong> историческом аспекте разработку<br />
но<strong>в</strong>ого БИВЭ с мощностью 400 Вт. С этой<br />
целью проанализируем подробный отчет по зарубежным<br />
публикациям с 1973 по 1980 г. [18].<br />
По данным фирмы Venture Development Corp.,<br />
объем сбыта ИВЭ <strong>в</strong> 1975–1980 гг. уд<strong>в</strong>оился<br />
и достиг $4 млрд. При этом доля бестрансформаторных<br />
блоко<strong>в</strong> питания на рынке США <strong>в</strong> тот<br />
же период <strong>в</strong>ремени <strong>в</strong>озросла с 8 до 19%. Примерно<br />
такие же темпы роста произ<strong>в</strong>одст<strong>в</strong>а<br />
БИВЭ были характерны для <strong>в</strong>сех промышленно-раз<strong>в</strong>итых<br />
стран Запада. В [18] при<strong>в</strong>едена таблица<br />
бестрансформаторных блоко<strong>в</strong> питания,<br />
которые ос<strong>в</strong>оены <strong>в</strong> период с 1974 до 1980 года.<br />
Подчеркнем, что нас интересуют только такие<br />
блоки питания, которые питаются от сетей переменного<br />
тока с напряжением (U ВХ ) 220 В, частотой<br />
47–500 Гц, то есть те блоки, у которых<br />
после сете<strong>в</strong>ого <strong>в</strong>ыпрямителя <strong>в</strong>озникает постоянное<br />
напряжение 260–350 В, пода<strong>в</strong>аемое<br />
на <strong>в</strong>ход транзисторного преобразо<strong>в</strong>ателя. Учиты<strong>в</strong>ая<br />
эти усло<strong>в</strong>ия, можно у<strong>в</strong>идеть, что пер<strong>в</strong>ые<br />
БИВЭ этого класса поя<strong>в</strong>ились <strong>в</strong> 1979 году:<br />
• SK5–40/OVP (Power One Inc., США):<br />
U ВХ = 180–260 В, P ВЫХ = 200 Вт, 5 В/40 А, частота<br />
преобразо<strong>в</strong>ания 28 кГц, p v = 96 Вт/дм 3 ;<br />
• RQ (ACDE Electronics, США): U ВХ = 180–264 В,<br />
P ВЫХ = 300 Вт, каналы: 5 В/30 А, +12 В/5 А,<br />
–12 В/5 А, –5 В/5 А, частота преобразо<strong>в</strong>ания<br />
не при<strong>в</strong>едена, p v = 46 Вт/дм 3 .<br />
Возникает законный <strong>в</strong>опрос: чем объясняется<br />
задержка разработок блоко<strong>в</strong> питания но<strong>в</strong>ого<br />
типа? Спра<strong>в</strong>едли<strong>в</strong>ости ради, надо отметить,<br />
что при напряжениях U ВХ 90–140 В пер<strong>в</strong>ые<br />
БИВЭ поя<strong>в</strong>ились значительно раньше:<br />
• <strong>в</strong> 1974 году — LY, Рамуда (Япония):<br />
P ВЫХ = 25–120 Вт, 5 В/ 5–24 А, p v = 6,4–30,7 Вт/дм 3 ;<br />
• <strong>в</strong> 1977 году — Motorola Semiconductor<br />
(США): P ВЫХ = 250 Вт, 5 В/50 А.<br />
А<strong>в</strong>торы имеют с<strong>в</strong>ою <strong>в</strong>ерсию от<strong>в</strong>ета на этот<br />
<strong>в</strong>опрос. В зарубежных фирмах при разработке<br />
сложных технических устройст<strong>в</strong> дейст<strong>в</strong>ует<br />
принцип «разделения труда». В этом случае,<br />
как пра<strong>в</strong>ило, разработкой мощной части занимается<br />
специалист по сило<strong>в</strong>ым схемам,<br />
а разработкой маломощных узло<strong>в</strong> системы<br />
упра<strong>в</strong>ления занимается отдельный специалист<br />
по схемам упра<strong>в</strong>ления и защиты, который получает<br />
техническое задание от <strong>в</strong>едущего разработчика<br />
блока питания. В 1970-х годах системы<br />
упра<strong>в</strong>ления и узлы защиты для регулируемых<br />
преобразо<strong>в</strong>ателей с <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтными<br />
транзисторами <strong>в</strong>ыполнялись на дискретных<br />
элементах. В с<strong>в</strong>язи с этим такие схемы были<br />
достаточно сложными, они требо<strong>в</strong>али точных<br />
настроек многих <strong>в</strong>ажнейших параметро<strong>в</strong> [9],<br />
например, необходимость точного соблюдения<br />
минимальной, а также максимальной длительности<br />
импульса ШИМ. Кроме того, <strong>в</strong> системе<br />
упра<strong>в</strong>ления необходимо поддержи<strong>в</strong>ать<br />
синхронизацию триггеро<strong>в</strong>, однозначную<br />
их устано<strong>в</strong>ку при <strong>в</strong>ключении блока и много<br />
других тонкостей. Поэтому пер<strong>в</strong>ые схемы<br />
упра<strong>в</strong>ления БИВЭ пугали <strong>в</strong>едущих специалисто<strong>в</strong><br />
(<strong>в</strong> нашей стране тоже) неизбежной сложностью,<br />
с<strong>в</strong>язанной с непри<strong>в</strong>ычно большим<br />
числом <strong>в</strong>озникших научных и технических<br />
проблем. (Кстати, пер<strong>в</strong>ая схема упра<strong>в</strong>ления<br />
для БИВЭ, разработанная <strong>в</strong> ЦНИИ «Гранит»,<br />
была изображена на листе формата А1, из-за<br />
большого количест<strong>в</strong>а узло<strong>в</strong> и компоненто<strong>в</strong>.)<br />
Одной из сложнейших технических проблем<br />
была задача обеспечения безопасных и надежных<br />
режимо<strong>в</strong> работы сило<strong>в</strong>ых <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтных<br />
транзисторо<strong>в</strong>. Сложность системы<br />
упра<strong>в</strong>ления и защиты была чрез<strong>в</strong>ычайной,<br />
что особенно бросалось <strong>в</strong> глаза, если принять<br />
<strong>в</strong>о <strong>в</strong>нимание прошлые разработки, которые<br />
отличались простотой узло<strong>в</strong> упра<strong>в</strong>ления.<br />
К ним относятся схемы упра<strong>в</strong>ления для тиристорных<br />
регуляторо<strong>в</strong> и стабилизаторо<strong>в</strong><br />
с магнитным усилителем. Например, схема<br />
упра<strong>в</strong>ления магнитным усилителем состояла<br />
из 2 или 3 транзисторо<strong>в</strong> [10].<br />
В то же <strong>в</strong>ремя, <strong>в</strong> нашей стране работа<br />
по проектиро<strong>в</strong>анию блоко<strong>в</strong> и систем электропитания<br />
была построена иначе, чем на Западе.<br />
Ведущий разработчик БИВЭ разрабаты<strong>в</strong>ал<br />
как сило<strong>в</strong>ую часть, так и <strong>в</strong>се узлы системы<br />
упра<strong>в</strong>ления и защиты. Это поз<strong>в</strong>оляло на этапе<br />
разработки операти<strong>в</strong>но корректиро<strong>в</strong>ать как<br />
узлы упра<strong>в</strong>ления, так и отдельные элементы<br />
сило<strong>в</strong>ого преобразо<strong>в</strong>ателя. Благодаря этому<br />
группа из 6–8 чело<strong>в</strong>ек могла <strong>в</strong>ести работы<br />
по нескольким <strong>в</strong>ажным проектам одно<strong>в</strong>ременно.<br />
Только разработку <strong>в</strong>сех моточных изделий<br />
про<strong>в</strong>одило отдельное подразделение, получая<br />
от разработчико<strong>в</strong> технические задания.<br />
Воз<strong>в</strong>ращаясь к нашей <strong>в</strong>ерсии, можно предположить,<br />
что, осозна<strong>в</strong> чрезмерную сложность<br />
проектиро<strong>в</strong>ания схемы упра<strong>в</strong>ления, прагматичные<br />
американцы решили, что кардинально<br />
упростить ее можно, только разработа<strong>в</strong> специальную<br />
микросхему. В конечном итоге они<br />
<strong>в</strong>ыиграли, хотя отод<strong>в</strong>инули на несколько лет<br />
сроки массо<strong>в</strong>ого <strong>в</strong>недрения блоко<strong>в</strong> питания<br />
но<strong>в</strong>ого класса. Пер<strong>в</strong>ыми интегральными микросхемами<br />
на одном кристалле, разработанными<br />
специально для средст<strong>в</strong> электропитания,<br />
были ШИМ-контроллеры семейст<strong>в</strong>а<br />
SG1524/2524/3524. Их создал <strong>в</strong> 1976 г. Боб Мамманс<br />
<strong>в</strong> фирме Silicon General [19]. После этого<br />
началось бурное раз<strong>в</strong>итие микроэлектроники<br />
именно для источнико<strong>в</strong> питания, причем<br />
эта ниша стала настолько прибыльной,<br />
что породила большое количест<strong>в</strong>о конкурирующих<br />
компаний по <strong>в</strong>сему миру: только<br />
<strong>в</strong> США было более 10 таких фирм. В дальнейшем,<br />
как только поя<strong>в</strong>лялась но<strong>в</strong>ая техническая<br />
проблема, с<strong>в</strong>язанная с сер<strong>в</strong>исом и упра<strong>в</strong>лением,<br />
неизменно разрабаты<strong>в</strong>ался но<strong>в</strong>ый тип<br />
микросхемы, максимально адаптиро<strong>в</strong>анной к<br />
элементам сило<strong>в</strong>ой части. В то же самое <strong>в</strong>ремя,<br />
<strong>в</strong>плоть до распада СССР, отечест<strong>в</strong>енные<br />
Источники питания<br />
разработчики блоко<strong>в</strong> питания разрабаты<strong>в</strong>али<br />
но<strong>в</strong>ые системы, <strong>в</strong> которых сложные алгоритмы<br />
упра<strong>в</strong>ления преобразо<strong>в</strong>ателями реализо<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>ались<br />
стандартными микросхемами цифро<strong>в</strong>ой<br />
и аналого<strong>в</strong>ой техники. При этом они<br />
умудрялись демонстриро<strong>в</strong>ать <strong>в</strong>ысокий уро<strong>в</strong>ень<br />
качест<strong>в</strong>а разработки, а также оригинальность<br />
и но<strong>в</strong>изну, подт<strong>в</strong>ерждаемую большим<br />
количест<strong>в</strong>ом изобретений.<br />
Заключение<br />
1. В период с 1965 по 1972 г. технические данные<br />
импульсных блоко<strong>в</strong> питания достигли<br />
наи<strong>в</strong>ысших результато<strong>в</strong> для того <strong>в</strong>ремени,<br />
как <strong>в</strong> части осно<strong>в</strong>ного энергетического параметра<br />
— КПД, так и по массо-габаритному<br />
показателю — удельной мощности. Причем<br />
эти достижения были получены на осно<strong>в</strong>е<br />
применения различных структур,<br />
систем и схем <strong>в</strong> импульсных устройст<strong>в</strong>ах<br />
электропитания:<br />
• на магнитных усилителях и тиристорах<br />
<strong>в</strong> пер<strong>в</strong>ичной цепи сети переменного тока;<br />
• на тиристорных ин<strong>в</strong>ерторах <strong>в</strong> з<strong>в</strong>ене постоянного<br />
тока, которые использо<strong>в</strong>ались,<br />
например, <strong>в</strong> преобразо<strong>в</strong>ателях частоты<br />
для регулируемого электропри<strong>в</strong>ода, а также<br />
для зарядки конденсаторо<strong>в</strong>, применяемых<br />
для накачки оптических к<strong>в</strong>анто<strong>в</strong>ых<br />
генераторо<strong>в</strong>;<br />
• с ключе<strong>в</strong>ыми транзисторными стабилизаторами,<br />
питающимися от постоянного<br />
напряжения, получаемого с <strong>в</strong>торичных<br />
обмоток сете<strong>в</strong>ых трансформаторо<strong>в</strong>,<br />
работающих на частотах от 50<br />
до 1000 Гц.<br />
2. Однако дальнейшее улучшение устройст<strong>в</strong><br />
электропитания ограничи<strong>в</strong>алось из-за<br />
наличия низкочастотного сило<strong>в</strong>ого трансформатора.<br />
В с<strong>в</strong>язи с этим <strong>в</strong>стал кардинальный<br />
<strong>в</strong>опрос о построении принципиально<br />
но<strong>в</strong>ых блоко<strong>в</strong> питания, не содержащих<br />
сете<strong>в</strong>ых сило<strong>в</strong>ых низкочастотных<br />
трансформаторо<strong>в</strong>, а также сило<strong>в</strong>ых трансформаторо<strong>в</strong><br />
<strong>в</strong> низкочастотных тиристорных<br />
преобразо<strong>в</strong>ателях, работающих на частотах<br />
до 3 кГц.<br />
3. Для разработки преобразо<strong>в</strong>ателей, питающихся<br />
от постоянного напряжения 250–350 В,<br />
получаемого непосредст<strong>в</strong>енно от сете<strong>в</strong>ого<br />
<strong>в</strong>ыпрямителя, нужен был только мощный<br />
транзистор с допустимым напряжением<br />
<strong>в</strong> закрытом состоянии 400–800 В. Сило<strong>в</strong>ые<br />
транзисторы на токи от 3 до 10 А<br />
с допустимым напряжением не менее 400 В<br />
поя<strong>в</strong>ились за рубежом <strong>в</strong> 1969–1971 гг.,<br />
а <strong>в</strong> СССР — <strong>в</strong> 1971–1973 гг.<br />
4. С 1973 года началась но<strong>в</strong>ая стадия раз<strong>в</strong>ития<br />
импульсных источнико<strong>в</strong> питания, которая<br />
была осно<strong>в</strong>ана на <strong>в</strong>ысокочастотных регулируемых<br />
транзисторных преобразо<strong>в</strong>ателях,<br />
<strong>в</strong> которых был только <strong>в</strong>ысокочастотный сило<strong>в</strong>ой<br />
трансформатор. Таким образом, было<br />
устранено осно<strong>в</strong>ное консер<strong>в</strong>ати<strong>в</strong>ное з<strong>в</strong>ено<br />
<strong>в</strong> блоках питания — сете<strong>в</strong>ой трансформатор.<br />
Кроме того, применение <strong>в</strong>ысокочастотных<br />
трансформаторо<strong>в</strong> при<strong>в</strong>ело к колоссальной<br />
экономии <strong>в</strong>есьма дорогих и дефицитных материало<strong>в</strong>,<br />
таких как медь и электротехничес-<br />
26 www.power-e.ru
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 1’2009<br />
кая сталь, <strong>в</strong> том числе и тонколисто<strong>в</strong>ых пермаллое<strong>в</strong>ых<br />
спла<strong>в</strong>о<strong>в</strong>.<br />
5. Разработка <strong>в</strong> США <strong>в</strong> 1976 г. пер<strong>в</strong>ой монокристальной<br />
микросхемы SG1524 открыла отдельное<br />
напра<strong>в</strong>ление <strong>в</strong> микроэлектронике: это<br />
приборы, предназначенные именно для импульсных<br />
источнико<strong>в</strong> электропитания. При<br />
этом ут<strong>в</strong>ердилась миро<strong>в</strong>ая практика, которая<br />
заключалась <strong>в</strong> следующем: сразу после<br />
разработки но<strong>в</strong>ого сило<strong>в</strong>ого электронного<br />
ключа или но<strong>в</strong>ого типа регулируемого<br />
устройст<strong>в</strong>а поя<strong>в</strong>ляется специальная микросхема.<br />
Осно<strong>в</strong>ное ее назначение — это оптимальное<br />
упра<strong>в</strong>ление процессом <strong>в</strong>ключения/<strong>в</strong>ыключения<br />
сило<strong>в</strong>ого элемента и формиро<strong>в</strong>ание<br />
<strong>в</strong>сей системы регулиро<strong>в</strong>ания,<br />
защиты и стабилизации, необходимой для<br />
проектиро<strong>в</strong>ания сложных устройст<strong>в</strong> и блоко<strong>в</strong><br />
питания.<br />
6. Но<strong>в</strong>ая стадия э<strong>в</strong>олюции <strong>в</strong>сех <strong>в</strong>идо<strong>в</strong> средст<strong>в</strong><br />
электропитания на осно<strong>в</strong>е <strong>в</strong>ысокочастотных<br />
транзисторных преобразо<strong>в</strong>ателей дала<br />
мощный толчок раз<strong>в</strong>ития но<strong>в</strong>ых бизнеспроекто<strong>в</strong><br />
<strong>в</strong> этой области техники. Среди них<br />
были такие, как разработка и произ<strong>в</strong>одст<strong>в</strong>о<br />
большого количест<strong>в</strong>а различных компоненто<strong>в</strong>:<br />
интегральных микросхем, контроллеро<strong>в</strong>,<br />
миниатюрных и бескорпусных акти<strong>в</strong>ных<br />
и пасси<strong>в</strong>ных элементо<strong>в</strong>, а также ферромагнитных<br />
материало<strong>в</strong>, имеющих малые<br />
потери при работе на частотах до 300 кГц,<br />
и т. п. Все это обеспечило с 1975 по 1980 г.<br />
рост стоимости сбыта <strong>в</strong>сех типо<strong>в</strong> блоко<strong>в</strong> питания<br />
до $4 млрд.<br />
Продолжение следует<br />
Литература<br />
Источники питания<br />
1. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы<br />
<strong>в</strong> радиоэлектронной аппаратуре. 2-е изд.,<br />
перераб. и доп. М.: Со<strong>в</strong>етское радио, 1979.<br />
2. Грей<strong>в</strong>ер Е. С. Ключе<strong>в</strong>ые стабилизаторы напряжения<br />
постоянного тока. М.: С<strong>в</strong>язь, 1970.<br />
3. Виленкин А. Г. Импульсные транзисторные<br />
стабилизаторы напряжения. М.: Энергия, 1970.<br />
4. Гинзбург А. И., Горбенко В. А., Бело<strong>в</strong>а З. Д.,<br />
Жулико<strong>в</strong>а Л. Н., Ц<strong>в</strong>ыле<strong>в</strong> Н. А., Эраносян С. А.<br />
Опыт проектиро<strong>в</strong>ания, конструиро<strong>в</strong>ания<br />
и применения релейных стабилизаторо<strong>в</strong> напряжения,<br />
разработанных на базе комплексной<br />
миниатюризации // Вопросы специальной<br />
радиоэлектроники. 1972. № 9–10.<br />
5. Голо<strong>в</strong>ацкий В. А. Транзисторные импульсные<br />
усилители и стабилизаторы постоянного<br />
напряжения. М.: Со<strong>в</strong>етское радио, 1974.<br />
6. Ромаш Э. М. Транзисторные преобразо<strong>в</strong>атели<br />
<strong>в</strong> устройст<strong>в</strong>ах питания радиоэлектронной<br />
аппаратуры. М.: Энергия, 1975.<br />
7. Бокуняе<strong>в</strong> А. А. Релейные стабилизаторы постоянного<br />
напряжения. М.: Энергия, 1978.<br />
8. Простако<strong>в</strong> В. Г., Эраносян С. А. Ключе<strong>в</strong>ой<br />
стабилизатор постоянного напряжения. А<strong>в</strong>т.<br />
с<strong>в</strong>-<strong>в</strong>о № 826311 СССР, МКИ 3 , G 05F 1/56 //<br />
Открытия. Изобретения. 1981. № 16.<br />
9. Источник питания на транзисторах <strong>в</strong>ысокого<br />
напряжения с использо<strong>в</strong>анием схем<br />
ключе<strong>в</strong>ого стабилизатора и преобразо<strong>в</strong>ателя<br />
постоянного тока <strong>в</strong> переменный. Патент<br />
США 3.914.679, НКИ 321–2.<br />
10. Эраносян С., Ланцо<strong>в</strong> В. Э<strong>в</strong>олюция импульсных<br />
источнико<strong>в</strong> <strong>в</strong>торичного электропитания:<br />
от прошлого к будущему. Часть 1 //<br />
Сило<strong>в</strong>ая <strong>электроника</strong>. 2008. № 4.<br />
11. Транзисторные схемы а<strong>в</strong>томатического<br />
упра<strong>в</strong>ления. Проектиро<strong>в</strong>ание и расчет.<br />
Коллекти<strong>в</strong> а<strong>в</strong>торо<strong>в</strong>, под ред. Ю. И. Коне<strong>в</strong>а.<br />
М.: Со<strong>в</strong>етское радио, 1967.<br />
12. Импульсные схемы на полупро<strong>в</strong>однико<strong>в</strong>ых<br />
приборах. Проектиро<strong>в</strong>ание и расчет.<br />
Под ред. Е. И. Гальперина и И. П. Степаненко.<br />
М.: Со<strong>в</strong>етское радио, 1970.<br />
13. Шаро<strong>в</strong> Л. Н. Стабилизиро<strong>в</strong>анный преобразо<strong>в</strong>атель<br />
с бестрансформаторным <strong>в</strong>ходом<br />
/ Сб. статей под ред. Ю. И. Коне<strong>в</strong>а.<br />
Электронная техника <strong>в</strong> а<strong>в</strong>томатике. Вып.<br />
6. М.: Со<strong>в</strong>етское радио, 1974.<br />
14. Эраносян С. А. Сете<strong>в</strong>ые блоки питания<br />
с <strong>в</strong>ысокочастотными преобразо<strong>в</strong>ателями.<br />
Л.: Энергоатомиздат, 1991.<br />
15. Моин В. С., Лапте<strong>в</strong> Н. Н. Стабилизиро<strong>в</strong>анные<br />
транзисторные преобразо<strong>в</strong>атели. М.:<br />
Энергия, 1972.<br />
16. Мкртчян Ж. А. Электропитание электронно-<strong>в</strong>ычислительных<br />
машин. М.: Энергия,<br />
1980.<br />
17. Эраносян С. А., Жура<strong>в</strong>ле<strong>в</strong> Б. Н. Особенности<br />
построения бестрансформаторных ин<strong>в</strong>ерторо<strong>в</strong><br />
// Со<strong>в</strong>ременные задачи преобразо<strong>в</strong>ательной<br />
техники, ч. 6. Кие<strong>в</strong>: ИЭД<br />
АН УССР, 1975.<br />
18. Мото<strong>в</strong>ило<strong>в</strong> Н. И. Бестрансформаторные<br />
источники питания // Зарубежная <strong>электроника</strong>.<br />
1983. № 1.<br />
19. Гудинаф Ф. Интегральные схемы упра<strong>в</strong>ления<br />
импульсными источниками питания //<br />
Электроника. 1989. № 23.<br />
www.power-e.ru<br />
27