RU2667475C1 - Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора - Google Patents

Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора Download PDF

Info

Publication number
RU2667475C1
RU2667475C1 RU2017117380A RU2017117380A RU2667475C1 RU 2667475 C1 RU2667475 C1 RU 2667475C1 RU 2017117380 A RU2017117380 A RU 2017117380A RU 2017117380 A RU2017117380 A RU 2017117380A RU 2667475 C1 RU2667475 C1 RU 2667475C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
diode
power supply
radar
energy storage
Prior art date
Application number
RU2017117380A
Other languages
English (en)
Inventor
Теодор Борисович Гальперин
Сергей Григорьевич Попов
Вячеслав Дмитриевич Сухотерин
Хан Ян Ламович Ву
Original Assignee
Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") filed Critical Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА")
Priority to RU2017117380A priority Critical patent/RU2667475C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2667475C1 publication Critical patent/RU2667475C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

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.

Description

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:
Figure 00000001
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.
Figure 00000002
- 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
Figure 00000003
Потери в прямом направлении определяются в виде [6]:
Figure 00000004
где
Figure 00000005
Т - период коммутации,
Figure 00000006
Из (1) с учетом (2) имеем:
Figure 00000007
В обратном направлении потери определяются в виде:
Figure 00000008
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:
Figure 00000009
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,
Figure 00000010
с использованием рассчитанных ранее известных уравнений для стабилизаторов. При этом предполагается, что
Figure 00000011
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.
Figure 00000012
Из уравнений, представленных в табл. 1, следует, что оптимальная площадь рабочей поверхности Sp для СН описывается одним уравнением. Представляя i0 в виде:
Figure 00000013
получим обобщенное уравнение в виде
Figure 00000014
Или (8) можно представить, используя (4), в виде:
Figure 00000015
где
Figure 00000016
- 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:
Figure 00000017
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:
Figure 00000018
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.

Claims (1)

  1. 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.
RU2017117380A 2017-05-18 2017-05-18 Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора RU2667475C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017117380A RU2667475C1 (ru) 2017-05-18 2017-05-18 Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017117380A RU2667475C1 (ru) 2017-05-18 2017-05-18 Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2667475C1 true RU2667475C1 (ru) 2018-09-20

Family

ID=63580420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017117380A RU2667475C1 (ru) 2017-05-18 2017-05-18 Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2667475C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU559232A1 (ru) * 1976-04-01 1977-05-25 Предприятие П/Я А-7284 Релейный стабилизатор посто нного напр жени
SU954981A1 (ru) * 1981-03-30 1982-08-30 Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского Импульсный стабилизатор посто нного напр жени
JPH07281772A (ja) * 1994-04-06 1995-10-27 Nichicon Corp 半導体スイッチ回路
RU2339072C1 (ru) * 2007-09-04 2008-11-20 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Понижающий стабилизатор

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU559232A1 (ru) * 1976-04-01 1977-05-25 Предприятие П/Я А-7284 Релейный стабилизатор посто нного напр жени
SU954981A1 (ru) * 1981-03-30 1982-08-30 Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского Импульсный стабилизатор посто нного напр жени
JPH07281772A (ja) * 1994-04-06 1995-10-27 Nichicon Corp 半導体スイッチ回路
RU2339072C1 (ru) * 2007-09-04 2008-11-20 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Понижающий стабилизатор

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zaid et al. A transformerless high gain dc–dc boost converter with reduced voltage stress
Leyva-Ramos et al. Average current controlled switching regulators with cascade boost converters
Stanzione et al. A self-biased 5-to-60V input voltage and 25-to-1600µW integrated DC-DC buck converter with fully analog MPPT algorithm reaching up to 88% end-to-end efficiency
US8618864B2 (en) Self-powered active rectifier circuit and related method of operation for photovoltaic solar power arrays
Maalandish et al. High step‐up DC–DC converter using one switch and lower losses for photovoltaic applications
Schaef et al. A coupled-inductor multi-level ladder converter for sub-module PV power management
US10998765B2 (en) Selectable power scavenging systems and methods
US20120101645A1 (en) Power control method using orthogonal-perturbation, power generation system, and power converter
Bhaskar et al. A new hybrid zeta-boost converter with active quad switched inductor for high voltage gain
CN118176653A (zh) 保护多电平电力转换器
Khan et al. A novel high step-up DC–DC converter with improved P&O MPPT for photovoltaic applications
US9122287B2 (en) Dual frequency control of buck-boost regulator with a pass through band
RU2667475C1 (ru) Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора
Moghe et al. Powering low-cost utility sensors using energy harvesting
Mule et al. Sliding mode control based maximum power point tracking of PV system
Rastmanesh et al. An efficient PV battery charger/harvester for low power applications, suitable for heavily overcast operations
CN106817016B (zh) 一种功率管偏置电路
US11107936B2 (en) Output voltage control circuit device for plurality of power supply cells connected in series
Choi et al. A CMOS controller for submodule integrated converters in photovoltaic systems
Maheshwari et al. A novel integrated high gain DC-DC converter
RU2559025C2 (ru) Автономная система электропитания на постоянном токе
Kumar et al. Design and implementation of solar charge controller for photovoltaic systems
Prakash et al. Reliability evaluation of MPPT based interleaved boost converter for PV system
Chang et al. Reconfigurable photovoltaic array systems for adaptive and fault-tolerant energy harvesting
Lu et al. Two-transistor step-down dc/dc converters with fault-tolerant capability