Временные диаграммы для схемы

К концу прямого хода строчной развертки в дросселе L2 накапливается энергия UL2=l/2(L2I2).

В момент t3 транзистор VT2 запирается и происходит формирование об­ратного хода строчной развертки. Запасенная энергия в дросселе L2 во время обратного хода строчной развертки передается в конденсатор С13 (рис. 32,а). Таким образом происходит компенсация потерь в строчном контуре.

Ток в накопительном дросселе L2 можно вычислить по формуле IL2 = EaT/L2, где Еп — выпрямленное напряжение сети; L2 — индуктивность нако­пительного дросселя; Т — время проводящего состояния VT2.

Изменяя момент отпирания транзистора (tа на рис. 32,г), можно регули­ровать энергию, запасенную в дросселе L2, а следовательно, и энергию, пе­редаваемую во время обратного хода в контур строчной развертки. Таким об­разом осуществляется стабилизация тока в отклоняющих катушках.

Импульсное напряжение на коллекторе транзистора (рис. 32,д) равно сум­ме питающего напряжения и напряжения обратного хода строчной развертки. В реальной схеме оно достигает 1250 В. Поэтому к транзистору VT2 предъ­являют высокие требования по максимально допустимому коллекторному на­пряжению. Ток коллектора транзистора VT2 складывается из тока накопи­тельного дросселя и тока отклонения во второй половине прямого хода (рис. 32,г).

Для управления выходным каскадом строчной развертки может быть ис­пользована схема ШИМ, показанная на рис 20. Выход схемы управления под­ключен к базе транзистора VT1 (см. рис. 31), образующего с трансформатором Т2 предвыходной каскад, управляющий транзистором VT2. Напряжение ОС получают выпрямлением импульса обратного хода с обмотки Wa-i строчного трансформатора ТЗ с помощью диода VD16 и конденсатора СП.

Емкость конденсатора С17 выбирают из условия получения минимальных искажений растра с частотой пульсаций 100 Гц. Неплохие результаты дае? выпрямление импульсов обратного хода, действующих на вторичной обмотке накопительного дросселя L2. Трансформатор Т1 служит для начального за­пуска задающего ГСР, схемы управления с ШИМ и предвыходного каскада.
Питание в первый момент времени после включения в сеть подается через уст­ройство пуска, которое после появления напряжений на выходе строчного трансформатора отключается. Строчный трансформатор ТЗ служит также для получения вторичных напряжений, необходимых для питания всех каскадов те­левизора. Питание вторичных цепей (до 5 — 10 Вт) можно также получить о помощью обмотки накопительного дросселя.

Блок строчной развертки с самостабилизацией был испытан в цветном те­левизоре с кинескопом 32ЛК2Ц и показал хорошие результаты. Потребляемая мощность телевизора составила 40 Вт при нулевом токе лучей кинескопа (темный экран). Потребление мощности различными узлами телевизора состав­ляет 25,5 Вт и распределяется следующим образом: видеоусилители (цепь -f-200 В) — 4 Вт, низковольтные цепи обработки сигнала ( + 15 В) — 7,5 Вт, кадровая развертка и предвыходной каскад строчной развертки (4-24 В) — 6 Вт, накал кинескопа — 6 Вт, сетевой выпрямитель со схемой помехоподав-ления — 2 Вт.

Диапазон стабилизации от изменения питающих напряжений 220В±Ю%. В качестве пускового трансформатора Т1 может быть использован любой трансформатор мощностью 4 — 5 Вт. Трансформатор Т2 выполнен на магнито-проводе Ш5Х5 из феррита 2000 НМ1; первичная обмотка его содержит 310 витков провода ПЭВ-20, 31, вторичная обмотка — 46 витков провода ПЭВ-20,59.

Трансформатор ТЗ выполнен на магнитопроводе ПК 20X16 из феррита 3000 НМС. Намоточные данные его обмоток: 1, 2 — 123 витка ПЭВ-2 0,4Ц 9, 7 — 7 витков ПЭВ-2 0,41; 6, 7 — 123 витка ПЭВ-2 0,4,1; 5, 7 ( + 200 В) — 28 витков ПЭВ-2 0,27; 10, 7 (+15 В) — 13 витков ПЭВ-2 0,41. Обмотка высо­кого напряжения — 864 витка ПЭВ-2 0,08.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИИЗ

НА ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЕ B260D

На рис. 33 изображена схема ИИЭ с выходной мощностью до 70 Вт, которая может быть использована в электрофонах, маломощных стереофоничес­ких усилителях, цветных телевизорах. Выходной каскад преобразователя выпол­нен по однотактной схеме с «обратным» включением выпрямителей.


Предвыход­ ной усилитель собран по бестрансформаторной схеме на трех транзисторах VT1 — VT3. С вывода 13 ИМС снимается отрицательный импуушс, длительность которого пропорциональна напряжению ОС, поступающему на вывод 3 ИМС, Импульс положительной полярности, снимаемый с коллектора парафазного усилителя VT1, открывает транзистор VT2, при этом открывается также и выходной каскад VT5. В цепь базы VT5 включена фокусирующая цепочка R19C10. Эта цепочка обеспечивает почти трехкратное увеличение тока базы в первый момент после включения транзистора VT5, что ускоряет процесс уста­новления UкЭ вас и снижает потери мощности на коллекторе. После запира­ния транзистора VT5 дальнейший разряд СЮ происходит лишь через резистор R19, сопротивление которого выбирают таким образом, чтобы к моменту оче­редного включения VT5 отрицательное напряжение на его базе было не ме­нее 0,5 В. Диод VD6 служит для быстрого и надежного запирания VT2 (сум-ма напряжений отсечки эмиттерного перехода транзистора VT2 и диода VD6t равная приблизительно 1,2 В, заведомо больше, чем сумма Uкэ нао транзисто­ра VT1 и иъэ мае транзистора VT3).

В данном ИИЭ широко используют различные свойства ИМС B260D. В частности, цепочка резисторов Rl, R6, подключенная к выводу 6, определяет максимальную длительность импульса, которая в данной схеме ограничена значением 6<0,45. Конденсатор С4 обеспечивает замедленное нарастание дли­тельности импульса. Цепочка R8, С5 задает частоту работы преобразователя, равную 25 кГц. Токовая защита обеспечивается подачей на вывод 11 напряже­ния, пропорционального сумме токов базы и коллектора транзистора VT5. Конденсатор С9 фильтрует высокочастотные составляющие этого напряжения, обусловленные переходными процессами. Уровень срабатывания защиты соот­ветствует импульсу тока с амплитудой примерно 4 А. Имеется также защита от перенапряжения, обеспечиваемая делителем напряжения Rll, R12, по­средством которого часть напряжения с одного из выходов преобразователя подается на вывод 13 ИМС.





Рис. 33. Принципиальная схема ИИЭ на микросхеме B260D

Стабилизация достигается подачей на вывод 3 ИМС напряжения ОС через делитель R2, R4, R9 с выхода преобразователя, питающего схему управления. Точность стабилизации при изменении нагрузки на 50% и напряжения сети в пределах ±10% составляет около 4%, что является достаточным для упо­мянутых применений в бытовой аппаратуре.

Для первоначального запуска преобразователя используется транзистор VT4. При включении в сеть, если конденсатор С7 разряжен, нарастание напря­жения на нем вызывает ток через конденсатор CS. Пока последний заряжает­ся, транзистор VT4 насыщен и через резистор R18 на шину питания схемы уп­равления и предвыходного каскада поступает постоянное напряжение с сете­вого выпрямителя. При этом преобразователь включается, а по мере полного заряда конденсатора С8 транзистор VT4 запирается и ток через резистор R18 прекращается. Транзистор VT4 остается отпертым в течение 0,5 — 1 с после включения, чем обеспечивается надежный запуск преобразователя с «замед­ленным стартом». Главное преимущество такого устройства запуска — малые габаритные размеры (транзистор VT4 не требует теплоотвода, мощность ре­зистора R18 не более 2 Вт, конденсатор С8 имеет емкость 4,7 — 5 кмФ). Недо­статок — необходимость предварительного разряда конденсатора С7 после сра­батывания защиты для повторного запуска. Этот недостаток устраняется тем же способом, который применен в телевизоре «Ю,ноеть-Ц404». Данные сило­вого трансформатора Т2: магнитопровод Ш12Х15 из феррита 3000 НМС1, с за­зором 0,5 мм в среднем керне; обмотка wl содержит 2X70 витков. ПЭВ-2 0,51, наматывается в виде двух секций — внутренней и внешней. Остальные обмот­ки заключены между секциями обмотки wl: w2 содержит 20 витков ПЭВ-2 0,31; w3-w4 — 26 витков ПЭВ-2 0,64.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ БЫТОВОЙ РЭА

Процесс внедрения ИИЭ в массовую бытовую РЭА находит­ся еще на начальной стадии своего развития.


Серийные ИИЭ, вы­ пускаемые промышленностью, используются пока только в теле­визионных приемниках. Еще не созданы надежные мощные ИИЭ для высококачественной стереофонической аппаратуры. Не сде­лано попыток применить маломощные ИИЭ для массовой малога­баритной аппаратуры — радиоприемников, кассетных магнитофо­нов, которые даже в домашних условиях эксплуатируются от ав­тономного источника — электрических батареек, что приводит к непрекращающемуся дефициту последних. Предстоит еще решать многие проблемы электромагнитной совместимости аппаратуры.

Устройства электропитания, преобразующие переменное на­пряжение 220 В в более низковольтное с помощью сетевых тран­сформаторов, уже не могут удовлетворять нарастающим требова­ниям улучшения массогабаритных и энергетических показателей, так как их потенциальные возможности практически исчерпаны. На смену традиционным преобразователям электроэнергии, по­ступающей из сети, приходят новые, удачно названные Ю. И. Ко­невым [9] микроэлектронными электротехническими системами.

В соответствии с потребностями микроэлектронных электро­систем создается новая элементная база. Главным ее звеном яв­ляется высоковольтный силовой ключ. В настоящее время — это биполярный транзистор, изготавливаемый как меза-, так и эпи-таксиально-планарным методами.

Последний метод является весьма перспективным, так как он открывает возможности использования бескорпусных кристаллов высоковольтных транзисторов в силовых микросборках. Метода­ми планарной технологии по краям кристаллов создаются глубо­кие охранные диффузионные кольца я-типа [6]. В упрощенном понимании данные кольца изолируют базу транзистора от края кристалла. В разрезанном кристалле без охранного кольца гра­ница коллекторного р — «-перехода выходит на боковую грань кристалла, которая ничем не защищена, что и является главной причиной пробоя. Поэтому при отсутствии охранного кольца при­ходится дополнительно обтравливать периферию кристалла, соз­давая меза-планарную структуру.


Затем обтравленная наклон­ная поверхность дополнительно пассивируется.

Наличие охранного кольца устраняет необходимость этих опе­раций, поэтому после проверки параметров на пластине и резки кристаллы могут поступать непосредственно на монтаж в- микро­сборке. Таким образом, новая перспективная технология изготов­ления высоковольтных транзисторов создает предпосылки эконо­мически эффективной микроминиатюризации силовых элементов ИИЭ.

Альтернативой высоковольтных биполярных транзисторов яв­ляются запираемые тиристоры и высоковольтные МДП-ключи. [10, 16].



Рис. 34. Структура мощного высо­ковольтного МДП-ключа с верти-кальным каналом по технологии SIMPOS (стрелками обозначен элек­тронный ток канала)

К созданию запираемых тиристоров привело тщательное изу­чение физических процессов в сильноточных р — n-структурах, где понижение электрической проводимости высокоомных слоев до­стигается образованием в них электронно-дырочной плазмы. Так же, как и в высоковольтных транзисторах, при включении запи­раемых тиристоров происходит разрушение плазмы путем за­медленного «вытягивания» дырок из высокоомного я-слоя анод­ного р — n-перехода тиристора. В это время анодный ток тири­стора стягивается в узкий шнур в центральной области и затем быстро прекращается. Недостатком запираемых тиристоров явля­ется то, что значения запирающего тока управляющего электрода и выключаемого анодного тока имеют один порядок. Это ус­ложняет цепи управления тиристором и принципиальным обра­зом ограничивает быстродействие таких ключей.

Более простое решение предоставляют высоковольтные МДП-ключи, в разработках которых лидирующее место занимает в на­стоящее время западногерманская фирма Сименс [16]. Ключ, предложенный этой фирмой, содержит на кристалле размерами 4X4 мм более 3000 индивидуальных МДП-транзисторов с инду­цированным вертикальным n-каналом, включенных параллельно. Упрощенное изображение его структуры приведено на рис. 34.


Подложка n--типа представляет собой трехслойную эпитаксиаль-ную структуру, с тыльной стороны которой выращены эпитак-сиальные слои n+- и р+-типа. Основную толщину, однако, состав­ляет высокоомный n--слой, благодаря которому обеспечивается высокое пробивное напряжение структуры (до 1000 В). Общий R+-слой является стоком для всех транзисторов. В n--слое мето­дом ионной имплантации создаются достаточно глубокие p+-об­ласти, которые выполняют роль изолирующего барьера между n+-истоками и n--подложкой, в которой возникает канал. Истоки я+-типа также формируются путем ионной имплантации в барьер­ных р+-областях.

Подложка с имплантированными участками сначала окисля­ется, а затем покрывается слоем поликремния n+-типа, который образует общий затвор. В нем вытравливают окна для последую­щего формирования выводов от n+-истоков, а также для попарно­го разделения затворных областей структур, включаемых парал­лельно.

Поликремниевый слой покрывается слоем SiO2, в котором так­же вытравливают окна для металлизации истока. Затем всю структуру покрывают алюминием, образующим контакт истока, к которому приваривают вывод. В одном из углов кристалла име­ется вскрытое окно, обнажающее слой поликремниевого затвора,. Этот участок затвора металлизируют и приваривают к нему вы­вод.

Структура работает следующим образом. Когда к затвору при­ложен положительный потенциал, в тонком участке барьерного р+ -слоя между n+ -истоком и n--подложкой индуцируется n-канал„ По этому каналу начинает протекать электронный ток в направ­лении стока, к которому приложено положительное напряжение. Избыток электронов в л~-области компенсируется дырочной ин-жекцией из р+ — n+-перехода в зоне стока. В результате сопротив­ление л~-области понижается.

В этой структуре достигается гораздо более равномерное рас­пределение тока по площади кристалла, чем в транзисторе. Дейст­вительно, структура содержит более 3000 ячеек, по которым про­текает ток, а для транзисторной структуры число таких ячеек не превышает 200.


За число элементарных ячеек в транзисторе мож­ но принять квадрат числа пар эмиттерно-базовых «гребенок», ко­торое для мощных транзисторов не превышает 10 — 12. Увеличе­нию числа «гребенок» препятствует рост сопротивления металли­зации эмиттера и базы.

Так как ток каждой ячейки при суммарном токе стока, напри­мер 5 А не превышает 2 мА, то процессы его переключения про­исходят гораздо быстрее, имея в виду, что площадь пассивных (плохо управляемых) участков кристалла гораздо меньше, чем в транзисторе.

Общим для транзисторной и МДП-высоковольтной структуры-остается наличие достаточно толстого высокоомного n--слоя с модулируемой проводимостью, а также наличие охранных колец по периферии, предотвращающих пробой по боковой поверхности. Таким образом, мощные МДП-ключи явились результатом раз­вития современной технологии БИС: прецизионной фотолитогра­фии, ионной имплантации. Большое значение имеет также высо­кое качество исходного кремния.

Главные преимущества МДП-ключей — более простое управ­ление, которое может быть реализовано с помощью КМДП-микро-схем, повышенная устойчивость ко вторичному пробою из-за сни­жения вероятности локального перегрева кристалла, повышенная (до 50 — 100 кГц) частота переключения.

Ключи МДП повлекут за собой дальнейшее повышение тре­бований к выпрямительным диодам, фильтрующим конденсато­рам, материалам для магнитопроводов. Однако главные принци­пы построения ИИЭ в основном сохранятся.

Повышение частоты работы преобразователей ИИЭ, а так-же появление планарных силовых ключей открывают широкие возможности для микроминиатюризации. В микросборках для ИИЭ бытовой РЭА перспективно использование недорогих алю­миниевых оксидированных подложек с наклееным металлизиро­ванным полиимидным пленочным диэлектриком, на котором методами трафаретной печати наносят резисторы, изготовленные из низкотемпературных полимерных паст, и вытравливают провод­ники. Такие подложки выдерживают пробивное напряжение свы­ше 2 кВ и обладают хорошими теплоотводящими свойствами.Эк­спериментальные образцы микросборок, собранные по схеме двух­тактного полумостового преобразователя (см. рис. 29) с вынесен­ным за пределы микросборки трансформатором продемонстриро­вали возможность их использования в стереофонических усилите­лях мощностью 2X50 Вт. Эти же микросборки были использо­ваны в образцах маломощных ИИЭ с РВЫХ = 1 — 3 Вт (трансфор­матор на магнитопроводе Ш5Х5) для питания переносной аппа­ратуры в стационарных условиях. По сравнению с выпускаемы­ми трансформаторами источниками питания маломощные ИИЭ имеют вдвое меньше объем и массу. Маломощные силовые мик­росборки с планарными транзисторами особенно хорошо должны сочетаться с пьезоэлектрическими трансформаторами [12].


Содержание раздела

---

---