Разработка микроблока питания

                            ВВЕДЕНИЕ

     Для выхода нашей станы из экономического кризиса  необходимо

повышение темпов и эффективности развития экономики на базе уско-

рения научно-технического прогресса, техническое перевооружение и

реконструкция производства , интенсивное использование созданного

производственного потенциала,  совершенствование системы управле-

ния, хозяйственного  механизма  и достижение на этой основе даль-

нейшего подъема благосостояния народа. Исходя из этого необходимо

на основе проведения единой технической политики во всех отраслях

народного хозяйства ускорить техническое  перевооружение  произ-

водства, широко  внедрять  прогрессивную  технику  и  технологию,

обеспечивающие повышение производительности труда и качество про-

дукции. Необходимо  обеспечить создание и выпуск новых видов при-

боров и радиоэлектронной аппаратуры, основанных на широком приме-

нении микроэлектроники.

     В настоящее время этап развития микроэлектроники  и  аппара-

тостроения на  ее  основе  можно назвать этапом интегральных схем

(ИС).

     Интегральные схемы, являясь основной элементной базой микро-

электроники, позволяют реализовать подавляющее большинство  функ-

ций радиоаппаратуры.

     Микрокомпоненты, применяемые совместно  с  ИС,  должны  быть

совместимыми с ними по конструкции, технологии и уровню надежнос-

ти. В некоторых случаях оправдано применение гибридных интеграль-

ных схем (ГИС). Это объясняется следующими обстоятельствами:

     Технология ГИС проста и требует меньших, чем полупроводнико-

вая технология затрат на оборудование и помещения.

     Технологию ГИС  можно  рассматривать  как  перспективную  по

сравнению с   существующей  технологией  многослойного  печатного

монтажа.

     Пассивную часть ГИС изготавливают на отдельной подложке, что

позволяет достигать высокого качества пассивных элементов при не-

обходимости создавать прецизионные ГИС.

     Основной проблемой при создании микроэлектронной  аппаратуры

(МЭА) является выбор конструкции, а также:

     - обеспечение теплового режима;

     - обеспечение надежности;

     - обеспечение компоновки и соединений;

     - снижение стоимости МЭА.

     При проектировании конкретного образца МЭА должны учитывать-

ся:

     - назначение и область применения  МЭА;

     - заданные электрические характеристики;

     - условия  эксплуатации,  определяющие  степень  воздействия

внешней среды;

     - требования  к конструкции (надежность,  ремонтопригодность,

масса, габариты, тепловые режимы);

     - технико-экономические характеристики (стоимость, техноло-

гичность изготовления).

     Основным средством  миниатюризации устройств является их ин-

тегральное исполнение.  В силовых устройствах интеграция - это  в

первую очередь объединение бескорпусных силовых полупроводниковых

приборов в общем корпусе. Примером такого силового устройства яв-

ляется разрабатываемый  силовой  микромодуль вторичного источника

питания.

     Наряду с ГИС применяются малогабаритные сборки, состоящие из

силовых транзисторов и диодов.

     В основу  проектирования силового микромодуля заложены сов-

ременные тенденции конструирования ВИП на  базе  микроэлектронной

технологии их изготовления.

.

                   АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

     Анализируя задание на дипломное проектирование,  видно,  что

модуль используется как составная часть изделия. Наличие при экс-

плуатации изделия влажности до 93%  требует предусмотреть защиту

радиоэлементов и печатных плат путем герметизации модуля, а также

пропиткой и заливкой.  Так в частности трансформатор преобразова-

теля заливается  .  Герметизация  модуля обеспечивается с помощью

резиновой прокладки по периметру между крышкой и корпусом. Наибо-

лее сложным  вопросом  является обеспечение нормального теплового

режима при эксплуатации в диапазоне температур  - 40-60 5o  0С.

     Основное влияние  температуры будет сказываться на радиоэле-

менты и особенно верхний предел температуры +60 5o 0 С. С этой  целью

выбор элементной базы произведен исключительно по техническим ус-

ловиям и ГОСТам,  что исключает ошибки в выборе элементной  базы.

Все выбранные  радиоэлементы  обеспечивают предельные температуры

эксплуатации. Такой режим достигается благодаря особенности конс-

трукции. Особенность заключается в том, что большинство теплонаг-

руженных элементов имеют хороший тепловой контакт на корпус моду-

ля. Так,  например,  трансформатор  преобразователя  находится  в

гнезде корпуса.  Корпус выполнен из материала Д16, обладающим хо-

рошей теплопроводностью, а для большего уменьшения теплового соп-

ротивления, там где это необходимо,  применяется  теплопроводящая

паста КНТ-8.  Все  это позволяет спроектировать модуль в заданных

габаритах.

     Механические нагрузки на модуль довольно значительные,  т.к.

он эксплуатируется в изделии устанавливаемом на подвижных объек-

тах Однако,  вся конструкция модуля и его элементов отвечают тре-

бованиям вибро- и ударной устойчивости, заданной в ТЗ.

     Исходя из  вышеизложенного,  можно  утверждать,  что  модуль

обеспечит заданную надежность P(t)=0,9 при t=5000.  Проведенный в

дальнейшем расчет  надежности  должен показать правильность выб-

ранной элементной базы и самой конструкции  модуля.  При  меньшем

расчетном значении  надежности  потребуется  пересмотр элементной

базы вариантов и способов охлаждения и возможно всей  конструкции

модуля.

     Так, применение   бескорпусных    транзисторов    2Т3642Б-2,

2Т376Б1-2, 2Т397А-2  и  др.,  а также пленочных резисторов R1-12,

особое значение  приобретает  полная  и  тщательная  герметизация

всего корпуса.

                   НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

     Проблема создания экономичных,  надежных, малогабаритных ис-

точников электрической энергии для питания современных радоэлект-

ронных устройств становится все более актуальной.

     Этой проблемой заняты специалисты всех стран мира

     Большое внимание уделяется и повышению КПД вторичных источни-

ков питания, т.к. количество их возрастает вместе с теми устройс-

твами, где  они используются.  Одновременно растут требования и к

стабильности питающей напряжения РЭА.

     Поэтому правильный  выбор схемы блока питания играет большую

роль в получении высокого КПД.

     С этой  целью была выбрана схема микромодуля питания с широ-

ко-импульсной модуляцией.

     Блок питания  обеспечивает стабилизацию выходного напряжения

с одновременной фильтрацией низкочастотных составляющих  входного

напряжения.

     Входное напряжение может изменяться от 20 до 30 В,  а выход-

ное напряжение  при  всех  дестабилизирующих  факторах (изменение

входного напряжения, температуры окружающей среды, тока нагрузки)

изменяется в пределах 25 7+ 01,25 В.

     В основу регулирования заложен стабилизированный  преобразо-

ватель с  широтно-импульсной  модуляцией.  Микромодуль включает в

себя входной  фильтр,  схему  управления,  промежуточный  каскад,

трансформаторный преобразователь, выпрямитель, выходной сглажива-

ющий фильтр.  Входной фильтр состоит из конденсаторов  С 418 0...С 424,

дросселя Др1  и обеспечивает подавление пульсаций рабочей частоты

преобразователя, а также обеспечивает непрохождение ВЧ  пульсаций

бортсети в выходную цепь.

     Микромодуль состоит из двух силовых токовых ключей на  тран-

зисторах Т 413 0,Т 414 0,Т 417 0...Т 426 0   и   транзисторов  Т 415 0,Т 416 0,Т 427 0...Т 436,

трансформатора Тр2.  Резисторы R 446 0,R 447 0,R 448 0,R 449 0 обеспечивают необ-

ходимый режим токовых ключей.

     Микромодуль осуществляет необходимую трансформацию напряжения

и при  необходимости может произвести гальваническую развязку вы-

ходного напряжения.

     Выпрямление переменного  прямоугольного  напряжения осущест-

вляется диодами VD 412 0...VD 419 0,  включенных по схеме со средней точ-

кой вторичной обмотки трансформатора. Диоды VD 420 0,VD 421  0и конденса-

тор С 441 0 позволяют получить требуемую форму выходного  выпрямлен-

ного напряжения в момент переключения диодов выпрямителя.

     Сглаживающий выходной фильтр состоит из двух последовательно

включенных Г-образных LC-фильтров. Первый фильтр состоит из нако-

пительного дросселя 4  0Др 43 0 и конденсаторов С 442 0...С 451 0,  второй  -  из

дросселя Др 44  0и конденсаторов С 452 0...С 457 0.  Первый фильтр производит

преобразование широтно-модулированных импульсов в постоянное нап-

ряжение. Второй  фильтр является фильтром подавления радиопомех и

обеспечивает получение заданных пульсаций выходного напряжения.

     Схема управления  выполнена по гибридно-пленочной технологии

и включает в себя задающий генератор  (ЗГ)  на  инверторах  У 41.1 0,

У 41.2 0, 4  0У 41.3 0 и элементах R 49 0, 4   0R 410 0, 4  0C 46 0; генератор коротких 4  0импульсов

на У 42.1 0, 4  0У 41.4 0, 4  0У 42.2 0; генератор пилы на элементах VT 46 0, R 416 0, C 412 0;

ШИМ-модулятор на  усилителе постоянного тока (УПТ) У 416 0;  раздели-

тель каналов на триггере У 43.1 0;  два (по числу  каналов)  выходных

каскада 4  0на У 42.3 0, VT 47 0, VT 48 0, R 417 0, 4  0R 418 0, 4  0R 419 0, 4  0R 424 0, 4  0R 422 0, 4  0C 48 0, 4  0C 49  0- пер-

вый канал;  У 42.4 0, 4   0T 49 0, 4   0T 410 0, 4   0R 420 0, 4  0R 425 0, 4  0R 421 0, R 423 0, 4  0R 427 0, 4  0C 410 0, 4  0C 411 0 -

второй канал;  узел  защиты  от  короткого  замыкания  в нагрузке

(У 43.2 0, У 47.1 0, 4  0У 47.2 0, 4  0У 48.1 0, 4  0У 48.2 0, 4  0R 428 0, 4  0R 429 0, 4  0R 430 0, 4  0R 432 0, 4  0R 433 0, 4  0R 436 0, 4  0R 437 0,

VD 48 0, 4  0VD 49 0, 4  0C 415 0, 4  0C 417 0) и вспомогательные цепи питания схемы управле-

ния.

     Первый линейный  стабилизатор параметрического типа осущест-

вляет питание логических элементов У 41 0, 4  0У 42 0, 4  0У 43 0.

     Второй линейный стабилизатор параметрического типа обеспечи-

вает питанием +12 В и +6 В УПТ (У 46 0).

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12