Введение к работе
Актуальность темы.
Современная радиоэлектронная аппаратура промышленного и бытового назначения предъявляет высокие требования к качеству потребляемой ею электроэнергии, что заставляет искать новые подходы для решения данной проблемы. Поэтому одним из важных вопросов, решаемых параллельно с развитием радиоэлектроники, является вопрос совершенствования преобразовательной техники, в частности, систем вторичного электропитания, осуществляющих необходимые изменения электрической энергии, обеспечивая при этом высокие показатели ее качества (требуемое значение питающих напряжений постоянного или переменного тока, необходимую стабильность питающих напряжений, эффективное подавление пульсаций во вторичных питающих цепях постоянного тока, коэффициент гармоник и т.д.) в условиях ужесточающихся дестабилизирующих факторов. Это достигается новыми схемотехническими решениями, а также подбором элементной базы.
Не менее важной задачей является улучшение массогабаритных показателей изделий радиоэлектронной техники. Это достигается путем конструктивного и технологического совершенствования устройств.
Дефицит электроэнергии, развитие переносных и стационарных автономных объектов различного назначения, удаленных от промышленных энергетических систем и снабженных автономными первичными источниками питания (например, аккумуляторными или солнечными батареями), также вызывает потребность в дальнейшем развитии и совершенствовании систем вторичного электропитания.
Таким образом, несмотря на сравнительно большое количество публикаций, данная проблема остается актуальной.
Цель работы: совершенствование вопросов проектирования транзисторных преобразователей напряжения (ТПН) малой мощности с высокими эксплуатационными характеристиками при работе на активно-индуктивную нагрузку для аппаратуры промышленного и бытового назначения, их экспериментальное исследование и практическое внедрение.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
- анализ современной элементной базы ТПН;
- разработка методики расчета элементов ТПН, направленной на
минимизацию объема изделия;
- анализ процессов переключения силового транзистора при его работе
на активно-индуктивную нагрузку;
- анализ принципов построения защит от импульсных высоковольтных
перенапряжений в сетях постоянного и переменного токов.
исследование и разработка новых схемотехнических и конструкторско-техіюлогических решений, позволяющих повысить эффективность систем вторичного электропитания;
- экспериментальные исследования разработанных автором или при его
участии преобразователей напряжения, обладающих улучшенными
эксплуатационными харакгсристиками, их практическое внедрение в составе
различных промышленных изделий.
Методы исследования - аналитические методы расчетов теории электрических и магнитных цепей, с учетом основ теории полупроводниковых приборов; практические расчеты, выполненные на современных ПЭВМ. Проверка основных теоретических положений проводилась с помощью экспериментальных исследований макетных, опытных и промышленных (серийных) образцов новых преобразователей.
Научная новизна представлена:
-
Новыми схемотехническими решениями при проектировании транзисторных преобразователей напряжения для вибрационных, акустических и газоразрядных маломощных устройств. направленными на повышение показателей надежности и показателей качества электроэнергии.
-
Анализом процессов переключения силового транзистора при его работе на различные нагрузки индуктивно-активного каскада, с выдачей рекомендаций по установке шунтирующих конденсаторов.
-
Алгоритмом расчета LC- фильтра, направленным на минимизацию объема фильтра при заданном уровне периодических пульсаций и выбросов выходного напряжения в условиях импульсных изменений тока нагрузки.
-
Методикой расчета площади геплоогводящих поверхностей при установке параллельно соединенных радиоэлементов, позволяющей минимизировать объем радиоаппаратуры и определить оптимальное число параллельно включенных радиоэлементов.
-
Новыми схемотехническими решениями при разработке устройств подавления высокочастотных высоковольтных помех в сетях постоянного и переменного тока, построенных на основе полупроводниковых ограничителей напряжения.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
1. Разработанные автором и при его участии транзисторные преобразователи напряжения, в которых нашли реализацию
5 основные'научные результаты настоящей диссертационной работы, позволяют:
обеспечить высокие эксплуатационные характеристики, повысить надежность, уменьшить габариты и массу, уменьшить энергопотребление;
сократить сроки разработки устройств питания и их внедрение в серийное производство, уменьшить их стоимость и общую стоимость изделий;
повысить технологичность аппаратуры посредством рационального конструирования и использования новых схемотехнических решений.
-
Разработанные транзисторные преобразователи напряжения используются в устройствах питания бытовой и промышленной радиоэлектронной аппаратуры: вибрационных насосах для систем водоснабжения при работе от источников электроэнергии постоянного тока, миниатюрных акустических устройствах для стирки, установках для обеззараживания воздуха, осветительных устройствах.
-
Разработанные устройства подавления сетевых помех применяются в бортовой сети автомобилей для защиты радиоэлектронной аппаратуры, а также для защиты электронной вычислительной техники от кратковременных высоковольтных импульсов в сетях переменного и постоянного токов.
-
Результаты диссертационной работы используются на предприятиях: ОАО "ВТ и ПЭ" (г. Москва), ЗАО 'Технолидер" (г.Рязань), , ЗАО "Русант-Солар" (г. Рязань), ЗАО ОКБ завода "Красное знамя" (г. Рязань), Рязанский военный автомобильный институт.
Основные положения, выносимые на зашиту:
-
Результаты обзора элементной базы для транзисторных преобразователей напряжения (ТПН), позволяющие сделать вывод об уровне качества современных отечественных элементов, обеспечивающих проектирование высококачественных ТПН малой мощности для питания аппаратуры промышленного и бытового назначения.
-
Новые схемотехнические решения в предложенных ТПН, анализ процессов переключения силовых транзисторов, алгоритм расчета LC - фильтра, методику расчета площади теплоотводящих поверхностей, повышающие показатели надежности изделий, расширяющие возможности ее применения..
-
Разработанные устройства подавления сетевых помех, построенные на основе полупроводниковых ограничителей напряжения, типов "ЗА" и "ФИОН", исключающие высокие уровни высокочастотных помех из сетей постоянного и переменного токов.
4. Конструкторско-технологаческие решения, принятые при разработке устройств, включающих в свой состав новые ТПН, обеспечивающие высокую технологичность, требования по электробезопасности и электромагнитной совместимости.
Достоверность научных результатов подтверждена
экспериментальными исследованиями макетных, опытных и промышленных (серийных) образцов преобразователей напряжения, а также опытом эксплуатации преобразователей в составе изделий различного назначения.
Публикации и апробация работы.
Материалы работы вошли в 11 научных трудов, в том числе 4 статьи и 4 учебных пособия. Подано 3 заявления о выдаче патента РФ, на 1 получено положительное решение, еще 2 находятся в рассмотрении (1 на изобретение и 1 на полезную модель).
Основные материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской Научно-технической конференции "Устройства и системы энергетической электроники", Москва, 1998 г. -УСЭЭ-98 и на XXIX научно-методической конференции РВАИ, Рязань, 1999г.
Структура и объем работы.
Диссертационная раб.) га состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения, включающего в себя Акты о внедрении и Сертификаты на изделия, разработанные и внедренные к промышленное производство при участии автора..
Содержит 121 страницу основного машинописного текста, 62 рисунка, 8 таблиц, список литературных источников из 84 наименований и 7 страниц приложения.
