Наряду с развитием традиционных интегрированных компонентов, о которых шла речь, с середины 80-х годов появляется новый класс интегральных микросхем — «разумные» (иначе они называются интеллектуальными — smart) мощные интегральные схемы (Smart power). Структура таких силовых микросхем — это сочетание на одном кристалле силовых элементов с логическими и аналоговыми микросхемами (встроенными чипами). Это, в частности, были логические CMOS (КМОП) структуры с высокой плотностью элементов, прецизионные биполярные линейные схемы, мощные биполярные или полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) и др. Такие приборы могут служить примером максимального приближения к интеллектуальным (интегрированным) силовым модулям — Integrated Power Modules (IPM). В принципе, приборы Smart power могут образовывать практически законченную схему источника питания без моточных элементов. К сожалению, следует отметить, что возлагавшиеся в то время большие надежды на широкое применение Smart power в импульсных источниках питания (преобразователях напряжения AC/DC, DC/DC) и в других применениях силовой электроники не оправдались [9]. Фактически все ограничилось выпуском сравнительно небольшой номенклатуры специальных устройств. Надо признать, что приборы Smart power несколько обогнали свое время, но их разработка и применение заложили основу дальнейшего развития интегрированных компонентов, в первую очередь силовых интегрированных модулей (IPM). Более п
полумостовые — IR2104, IR2105 [8].
двухканальные (независимые нижний и верхний канал) — IR2113;
высокопотенциальные («верхние») — IR2117, IR2118 — R2125;
низкопотенциальные («нижние») — IR2121;
Значительное повышение допустимых значений токов, напряжений и мощностей силовых транзисторов: униполярных — МОПТ или MOSFET, а затем и биполярных с изолированным затвором — IGBT — вызвало появление новой группы микросхем непосредственного управления с умощненным выходом — драйверов MOSFET и IGВT. Пионером в этом направлении выступила известная фирма International Rectifier (IR) — один из мировых лидеров силовой электроники. Приведем некоторые примеры драйверов:
Развитие импульсных («бестрансформаторных») источников питания c сетевым входом (AC-DC преобразователей напряжения), работавших на высоких частотах (ВЧ) преобразования, вначале привело к частичному разрушению системной унификации узлов источников питания. Объективно это было закономерно, так как было связано, с одной стороны, с поиском новых схемотехнических решений и, как следствие, с большим разнообразием авторских (оригинальных) вариантов. С другой стороны, эти решения зависели от уровня интеграции и достигнутых параметров основных компонентов, в первую очередь схем управления. Первоначально схемы управления импульсными источниками питания выполнялись на основе аналоговых микросхем (операционные усилители, компараторы, таймеры), а также цифровых (логических) схем, маломощных дискретных транзисторов, силовых диодов и их сборок. По мере совершенствования схем управления стали создаваться интегральные микросхемы управления с ши-ротно-импульсной (ШИМ) или частотно-импульсной (ЧИМ) модуляцией, то есть так называемые ШИМ- и ЧИМ-контроллеры. В их числе нельзя не упомянуть такие известные ШИМ-кон-троллеры, как однотактные TDA8380 (Philips), TDA46XX (Siemens) и UC3842 — UC3845 (Unitrode — сейчас в составе корпорации TI); двухтактные TL494 (TI), SG3524 (Silicon General — SG) и др. Эти хорошо отработанные микросхемы управления импульсными источниками питания, получившие широкое признание в мире, легли в основу разработок многих других компонентов, в том числе отечественных микросхем типа КР1033ЕУ10…16, КР1114ЕУ4 и т. п. [7]. В 1990-х годах появляются специальные микросхемы корректоров коэффициента мощности — ККМ (или Power Factor Corrector — PFC). После выпуска за рубежом ККМ — микросхем типа ML4812, ML4819 (Micro Linear), MC33261, MC33262 (Motorola), UC3855 (Unitrode), и в России появляются ККМ-МС типа (КР)1033ЕУ 4/8, 6 [7].
Применявшиеся и у нас, и за рубежом узлы были, по существу, прообразами более поздних компонентов с большей степенью интеграции, созданных в 1970-1985 годах в виде интегральных микросхем на основе твердотельной (монолитной) или гибридной технологии. В качестве примеров можно привести отечественные линейные стабилизаторы: монолитные серии К142ЕН(1-12), гибридные типа КМП403/ 502/817ЕН. За рубежом выпускалась более широкая гамма стабилизаторов, в частности линейные стабилизаторы типа μА723 (1967 год) и серии μА7800, μА7900 (все — Fairchild), серии LMххх (National Semiconductor — NS), МС1400 (Motorola), NE5550 (Signifiсs) и др. [1, 5, 6].
Интересно, что в Советском Союзе еще в 1975-1979 годах в ряде ведущих предприятий по разработке источников питания были проведены научные работы по прогнозу развития этого направления техники до 1990 года. Ведущие специалисты по разработке источников питания считали, что будущее за созданием блоков питания на основе унифицированных функциональных узлов. Было показано, что это позволит активно внедрять межотраслевую унификацию отдельных узлов, входящих в источник питания. В одной из исследовательских работ предполагалось, что к 1990 году можно ожидать появление твердотельных унифицированных узлов и модулей, из которых будут формироваться источники питания для любой системы электропитания аппаратуры. В концептуальном плане этот прогноз оказался верным. Несмотря на объективные трудности, которые возникли в области средств электропитания (часть из которых рассмотрена авторами ранее [2]), разрабатываемых в период с 1985 по 2000 год, можно утверждать следующее: именно в настоящее время есть все предпосылки для реализации этой задачи на основе разработки ряда суперинтегрированных модулей (SIPM), концепция построения которых рассмотрена авторами в статьях [3, 4].
При проектировании вторичных источников питания разработчики всегда стремились применять интегрированные (в той или иной степени) компоненты (микромодули, микросборки, наборы элементов и т. п.), носившие ранее название унифицированных узлов. Такой подход позволял ускорить разработку, повысить технологичность и надежность, а также снизить стоимость источника питания. Несложно проследить эту тенденцию на примере трансформаторных источников питания. Так, в 1960-1970 годах в Советском Союзе и за рубежом достаточно широко применялись унифицированные микромодули (модули), микросборки: сетевые фильтры электромагнитных помех, выпрямительные мосты, линейные и в меньшей степени импульсные стабилизаторы напряжения на кремниевых полупроводниковых приборах. Следует отметить различия в реализации этих подходов в Советском Союзе и за рубежом. В СССР подобные работы носили ведомственный характер, и поэтому было практически трудно или вообще невозможно использовать унифицированные узлы (интегрированные компоненты) вне области спецтехники оборонного или аналогичного назначения (разрешения на применение, фондирование). За рубежом при рыночном характере экономики разработчику была доступна очень широкая номенклатура изделий. Для примера можно указать сетевые фильтры. Например, в работе [1] приводятся параметры 15 моделей сетевых фильтров известных фирм CDE, Cordom, Sprague и др. Сведения о направлениях унификации источников питания в те годы будут неполными, если к этому не добавить широко использовавшиеся в СССР унифицированные моточные изделия серии «Габарит» (силовые трансформаторы, дроссели сглаживающих фильтров). Аналогичный подход был принят и за рубежом.
Тенденции развития интегрированных компонентов и источников питания на их базе показывают, что таким образом можно ускорить процесс разработки, повысить технологичность и надежность средств электропитания аппаратуры.
Интегрированные компоненты основа построения современных источников питания
Силовая электроника 3'2006
Your browser doesn't support objects Your browser doesn't support objects
Your browser doesn't support objects Your browser doesn't support objects
Your browser doesn't support objects Your browser doesn't support objects
Your browser doesn't support objects Your browser doesn't support objects
Интегрированные компоненты основа построения современных источников питания
Комментариев нет:
Отправить комментарий