22.09.2018
218.016.89ad

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ АППАРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСАДОЧНОГО РАДИОЛОКАТОРА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в аппаратуре электропитания посадочного радиолокатора. Целью изобретения является повышение КПД стабилизатора напряжения из состава аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора. Стабилизатор напряжения содержит силовую последовательную цепь из регулирующего элемента и энергонакопительного дросселя, подключенную между потенциальной входной клеммой и одной из выходных клемм, узел управления, вход которого подключен к выходу стабилизатора, а выход - к управляющему входу регулирующего элемента, диодный коммутирующий элемент, включенный между точкой соединения регулирующего элемента и энергонакопительного дросселя и другой выходной клеммой, и выходной конденсатор, включенный между двумя выходными клеммами. Повышение КПД стабилизатора достигается новой технологией выполнения коммутирующего элемента, на основе диодной твердотельной структуры с площадью рабочей поверхности, пропорциональной произведению постоянного коэффициента структуры, номинального тока нагрузки и отношения времен закрытого и открытого состояний регулирующего элемента. 3 ил., 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в аппаратуре электропитания посадочного радиолокатора.

Известна система электропитания посадочного радиолокатора [1, 2, 3, 4] состоящая из ввода внешней сети, защитно-распределительного блока, первого преобразователя из переменного в постоянный ток (AC-DC), питающих передающее устройство, второго преобразователя из переменного в переменный ток (АС-АС), питающего привод вращения антенно-мачтового устройства, третьего преобразователя типа AC-DC, подключенного к аккумулятору, питающему ЭВМ, последовательно включенных четвертого преобразователя типа AC-DC и пятого преобразователя из постоянного в постоянный ток (DC-DC), питающих аппаратуру радиолокационной станции с соответствующими связями. AC-DC преобразователь из состава аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора [3], питающей передающее устройство, содержит блоки управления БУ ПРД [4], в состав которого входят стабилизаторы напряжения, которые обеспечивают работу устройств, входящих в аппаратуру электропитания посадочного радиолокатора.

Известны стабилизаторы напряжения (СН), содержащие силовую последовательную цепь из регулирующего элемента и энергонакопительного дросселя, узла управления, выходного конденсатора и коммутирующего элемента.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному решению является СН фиг. 1, содержащий силовую последовательную цепь из регулирующего элемента и энергонакопительного дросселя, подключенную между потенциальной входной и выходной клеммами, узел управления, вход которого подключен к выходу стабилизатора, а выход - к управляющему входу регулирующего элемента, диодный коммутирующий элемент, включенный между точкой соединения регулирующего элемента и энергонакопительного дросселя и другой выходной клеммой, и выходной конденсатор, включенный между двум выходными клеммами [7].

Выполнение диодного коммутирующего элемента производится исходя из значения номинального тока нагрузки - подбирается диод с аналогичным током в прямом направлении, что не оптимально по КПД.

На КПД влияют значения как номинального тока нагрузки, так и входного напряжения питания, что требует при выполнении упомянутого элемента учета на только статических, но и динамических режимов СН.

Целью изобретения является повышение КПД стабилизатора напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что упомянутый коммутирующий элемент выполнен на основе диодной твердотельной структуры с площадью рабочей поверхности равной произведению постоянного коэффициента структуры, номинального тока нагрузки и отношения времен закрытого и открытого состояний регулирующего элемента.

Предлагаются варианты формирования диодной твердотельной структуры путем параллельного соединения элементарных структур с суммарной площадью поверхности, равной требуемой площади диодной твердотельной структуры.

Такой принцип построения СН является новым, неизвестным из литературных данных, как в полупроводниковой технике, так и в технике источников питания, так как площадь рабочей поверхности диодного коммутирующего элемента (ДКЭ) в общем случае является переменной величиной, жестко связанной с конкретными электрическими параметрами СН, а выполнение ДКЭ необходимо проводить на основе полуфабриката диодной твердотельной структуры, площадь поверхности которой выбирается индивидуально в зависимости от упомянутых параметров СН.

Найденное соотношение для определения оптимальной поверхности ДКЭ определяет существенное отличие заявленного решения.

На фиг. 2 представлена объединенная конструктивная и электрическая схема СН, понижающего напряжение сети (Пн СН), которая содержит силовую цепь из регулирующего элемента 1 и энергонакопительного дросселя 2, подключенную между потенциальной входной клеммой 3 и выходной клеммой 4, узел управления 5, входом подключенный к выходу стабилизатора, а выходом к управляющему входу регулирующего элемента 2, диодный коммутирующий элемент 6, выполненного во виде параллельно соединенных элементных структур, включенный между точкой соединения регулирующего элемента 1 и энргонакопительного дросселя 2 и другой выходной клеммой 7, к выходу подключен выходной конденсатор 8.

ДКЭ 6 выполнен на основе полуфабриката диодной твердотельной структуры (в данном случае р-n перехода). Характерным для диодной твердотельной структуры является распределение носителей заряда по закону Максвелла-Больцмана. В этом случае независимо от конкретного вида структуры (барьер Шоттки, гетеропереход и т.д.) площадь ее рабочей поверхности выполняется равной произведению постоянного коэффициента структуры, номинального тока нагрузки и отношения времен закрытого и открытого состояний регулирующего элемента.

Выполнение других полупроводниковых узлов - 1 и 5 - может производиться любым известным способом.

На разрезе по АА фиг. 1 узлы 1, 5 представлены в бескорпусном варианте, в виде плоских твердотельных сборок и микросхем, размещенных на общей теплорассеивающей подложке 9 с коммутирующим элементом 6.

Физическое объяснение предложенного выполнения ДКЭ в виде параллельно соединенных элементных структур заключается в следующем: общие потери энергии в ДКЭ - PΣ - определяются потерями как в прямом (Рпр), так и в обратном (Робр) направлениях. Однако, при описываемой диодной структуре потери в прямом направлении, точнее прямое напряжение Uпр - является функцией от обратного тока Iо6р, причем Uпp уменьшается с увеличением Iо6р, тогда как Робр при этом увеличивается.

Величина iобp для данной структуры с постоянной плотностью обратного тока io6p определяется величиной рабочей поверхности структуры S.

Таким образом, для данной структуры существует всегда оптимальная площадь рабочей поверхности Sр, зависящая от токов нагрузки Iн и режима коммутации - времен открытого (tо) и закрытого (tз) состояний регулирующего элемента, при которой величина PΣ - минимальная.

Ниже приведены теоретические выкладки, подтверждающие вышесказанное.

Для рассматриваемого класса диодных твердотельных структур [6], вольтамперная характеристика может быть обобщена в виде:

где Iд - среднее значение диодного тока за время,

U - напряжение на диоде,

ϕ0 - тепловой потенциал,

n - коэффициент неидеальности структуры.

Величина iобp в общем случае является величиной, зависящей от Uобp, при этом наиболее типовые зависимости iобp - следующие:

1. iобр=is=const при (Uобр)>>ϕ0 - для классических р-n перехода и контакта металл-полупроводник [6].

2. - при учете процессов генерации рекомбинации в р-n переходе,

iR ~ Uoбp - при наличии утечек в р-n переходе и для гетеропереходов [6].

При оценке режимов в прямом направлении имеем

Потери в прямом направлении определяются в виде [6]:

где Т - период коммутации,

Из (1) с учетом (2) имеем:

В обратном направлении потери определяются в виде:

Не учитывая коммутационные потери, которые всегда можно существенно уменьшить по сравнению с Рпр и Робр, суммарные потери можно представить с учетом (4)-(6) в виде:

Таким образом, из (7) очевидно, что так как с возрастанием S потери в прямом направлении уменьшаются, а потери в обратном направлении увеличиваются, то существует минимальное значение РΣ при некотором оптимальном Sр.

Определяя из (7) экстремум функции РΣ, находим значение Sp.

В табл. 1 представлены для типовых схем стабилизаторов уравнения для величин Р, U, с использованием рассчитанных ранее известных уравнений для стабилизаторов. При этом предполагается, что где r0 - удельное динамическое сопротивление структуры диода в обратном направлении. Полагается также, что напряжение питания схемы много больше напряжения насыщения регулируемого элемента, тогда Ubx=Uп. На фиг. 3 иллюстрируются зависимости потерь от величины S.

Приведенные выше уравнения для понижающего (Пн) и повышающего (Пв) СН сведены в таблицу 1.

Из уравнений, представленных в табл. 1, следует, что оптимальная площадь рабочей поверхности Sp для СН описывается одним уравнением. Представляя i0 в виде:

получим обобщенное уравнение в виде

Или (8) можно представить, используя (4), в виде:

где - постоянный коэффициент структуры (при заданном входном и выходном напряжениях).

Таким образом, уравнение (9) определяет величину Sp в соответствие полученными решениями.

В случае использования элементарных структур с рабочей поверхностью, меньшей Sp, следует использовать параллельное соединение их, чтобы площадь суммарной рабочей поверхности была равна Sp, а при идентичности таких структур, чтобы суммарная поверхность элементарных структур была связана с их числом N соотношением:

где Sд - площадь элементарной структуры.

Из уравнения (5) вычислим: nϕ0=0.12 В, из (3-7) определим величину РΣ при S=kSд, где k = 1; 2; 3; 5. Данные расчетов приведены в таблице:

Сравнение расчетных данных с экспериментальными, полученными при испытании СН приведенного на фиг. 2 с параметрами Uп=+27 В; Uн=5 В; Iн=3 А, τ=0.2 и при использовании кремниевых структур на основе диодов Шоттки (Iк0=iк0Sд=20⋅10-3 А, Uпp=0.6 В), показали достаточность для практического использования при совпадение ≤ 5%, причем повышение КПД составляет более 10%, таким образом увеличение КПД, учитывая количество используемых стабилизаторов напряжения улучшает показатели работы посадочного радиолокатора.

Источники литературы

1. РШПИ.462725.001 Э4 - Схема электрических соединений

2. РШПИ.468324.011 Э3 Схема электрическая принципиальная

3. РШПИ.462725.001 Модуль ПРЛ-27С

4. РШПИ.468324.011 ТУ БУ ПРД

5. Б.В. Кабелев. Высокочастотные конвенторы на мощных МДП-транзисторах. В сб. Электронная техника в автоматике вып. 15, 1984, стр. 24, рис. 2.

6. ЗИ. Физика полупроводниковых приборов. «Мир», 1984, т. 1, стр. 325-429.

7. Источники вторичного электропитания под ред. Ю.И. Конева, М, «Сов. Радио», 1983 г., стр. 80-94.

Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора, содержащий силовую последовательную цепь из регулирующего элемента и энергонакопительного дросселя, подключенную между потенциальной входной клеммой и одной из выходных клемм, узел управления, вход которого подключен к выходу стабилизатора, а выход - к управляющему входу регулирующего элемента, диодный коммутирующий элемент, включенный между точкой соединения регулирующего элемента и энергонакопительного дросселя и другой выходной клеммой, и выходной конденсатор, отличающийся тем, что диодный коммутирующий элемент выполнен на основе диодной твердотельной структуры с площадью рабочей поверхности, пропорциональной произведению постоянного коэффициента структуры, номинального тока нагрузки и отношения времен закрытого и открытого состояний регулирующего элемента.
СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ АППАРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСАДОЧНОГО РАДИОЛОКАТОРА
СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ АППАРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСАДОЧНОГО РАДИОЛОКАТОРА
СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ АППАРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСАДОЧНОГО РАДИОЛОКАТОРА
СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ АППАРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСАДОЧНОГО РАДИОЛОКАТОРА
Источник поступления информации: Роспатент

Всего документов: 17
Всего документов: 22

Похожие РИД в системе



Похожие не найдены