Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
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
Change language