Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора

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.

 

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Схема управления электропитанием генерирует опорное напряжение и распределяет его на множество независимо работающих схем регулятора опорного напряжения, каждая из которых генерирует заданное напряжение для регулятора напряжения.

Изобретение относится к технологии переключения подачи электропитания и может быть использовано для оптимизации диапазона входного напряжения интегральной микросхемы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в многофазных импульсных преобразователях питания. Техническим результатом является снижение потерь энергии и улучшение качества напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электропитанием. Технический результат - обеспечение корректного пуска импульсного выпрямителя по напряжению и/или по току согласно требованиям питаемого объекта и в соответствии с внешней средой импульсного выпрямителя.

Изобретение относится к области автоматического управления и предназначено для импульсных преобразователей напряжения, может найти широкое применение в управлении электроприводами и регулируемыми вторичными источниками питания.

Устройство для управления количеством энергии, сохраняемой в накопительном устройстве, содержит блок управления, который выполнен с возможностью регулировки мощности, принимаемой через вход устройства для управления, основываясь на количестве энергии, сохраняемой в текущий момент времени в накопительном устройстве, и который дополнительно выполнен с возможностью вывода отрегулированной мощности через выход устройства для управления на накопительное устройство.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, предназначенным для генерации питающего напряжения, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для питания различных устройств и установок, в частности в качестве источника питания лазерных диодных сборок (ЛДС) как импульсами, так и постоянным током.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в снижении до безопасных значений токов цепей управляемых выпрямителей напряжения (УВН) (1), возникающих при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором (20) к источнику напряжения (ИН) (3) переменного тока в моменты времени, когда напряжение ИН близко к его амплитудному значению, в упрощении, ускорении и повышении качества настройки емкости выходного конденсатора (20), индуктивности токоограничивающего реактора (34) УВН и коэффициентов передачи связей между элементами управляющего устройства (5).

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления импульсными стабилизаторами постоянного напряжения повышающего типа с широтно-импульсной модуляцией, который подключен к источнику энергии ограниченной мощности, обладающему свойствами источника тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях понижающего и повышающего типа. Техническим результатом является повышение эффективности преобразователя в широком диапазоне входных и выходных напряжений в различных приложениях.

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.

Наверх