Методическое пособие 764

The process of design and simulation of low noise amplifiers in 90nm technology standards and 180нм. The simulation was performed on the platform Cadance Virtuoso, the simulation presents the plots of the frequency response and noise figure. The noise figure is 180 nm is 259,722 MB when 1,04502 GHz and the noise figure of 90 nm is 183,21 MB 1,177 GHz. 1.04502 1.157 GHz and GHz is the peak frequency obtained from frequency characteristics of the low noise amplifier. Analysis of the results revealed that the rate of noise changes in each technology

Key words: low noise amplifier, the noise peak frequency, manufacturing technology

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh state technical University»

УДК: 621.3

Д.В. Журавлѐв, И.А. Розниченко

ОБРАТНОХОДОВЫЙ AC/DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА МИКРО-

СХЕМЕ NCP1377

Проведен анализ работы обратноходового преобразователя на микросхеме NCP1377. Приведена типовая принципиальная схема с моделью, рассмотрены процессы, происходящие на силовом ключе преобразователя

Ключевые слова: переменный ток, постоянный ток, преобразователь напряжения, обратноходовой

В настоящее время существует огромное количество устройств, питающихся от электрических сетей – начиная от простой бытовой техники и заканчивая сложнейшими вычислительными устройствами и военной аппаратурой, но подключить устройство в сеть напрямую в большинстве случаев нельзя, ввиду того, что для питания устройств-потребителей требуются ток и напряжение, отличные от номинальных параметров электрической сети. Для стабильной работы устройства-потребителя от сети используются источники питания, которые преобразуют напряжение и ток питающей сети в напряжение и ток, необходимые для питания потребителя и обеспечивают стабильную работу подключенных к ним устройств

[1].

На заре становления источников питания использовались трансформаторные источники, которые со временем утратили свою актуальность, за исключением отдельных случаев, и уступили место более новым – импульсным источникам питания.

На данный момент существует большое количество топологий импульсных источников питания: понижающие, повышающие, инвертирующие, обратноходовые, прямоходовые, полумостовые, пушпульные, мостовые и т.д. Источники питания подавляющего большинства маломощных сетевых устройств собраны с использованием обратноходовой топологии. Данные преобразователи являются наиболее дешевым и простым в реализации решением по сравнению с другими современными топологиями.

В данной статье будет проведен анализ работы обратноходового AC/DC преобразователя (fly-backconverter) с выходными параметрами 12 В - 1 А, реализованном на микросхеме NCP1377.Типовая схема включения NCP1377 в обратноходовом преобразователе показана на рис. 1.В описании от производителя на любую микросхему можно найти типовую схему включения, которая показывает вариант соединения элементов электрической цепи для работы схемы.

191

R3 номиналом 10 кОм (310В/10кОм=31мА).

Вывод Vcc – питание микросхемы. Согласно описанию напряжение для питания микросхемы должно находить с промежутке от 7 до 15 вольт. Так как для питания микросхемы требуется дополнительная обмотка, то напряжение будет задаваться количеством витков этой самой обмотки. Было выбрано значение 13 витков и соответственно напряжение будет 13 Вольт. Номинал конденсатора С1 выбран в соответствии с рекомендациями даташита (20 мкФ). Диод D1 – 1N4148.

4. Резисторный делитель для вывода «Demag».

Согласно описанию, напряжение на данном выводе не должно превышать 7.2 вольта, иначе микросхема уйдет в режим защиты от перенапряжения. После расчета делителя напряжения получаются номиналы R1 = 12 кОм, R2 = 9.1 кОм (напряжение, снятое с делителя, равняется 5.6 В).

5. Датчик тока.

Данный узел состоит из двух резисторов (R1=1 Ом и R8=1кОм), подключаемых к 3 выводу микросхемы: R5 является непосредственно датчиком тока, номинал которого рассчитывается в программе Денисенко одновременно при расчете трансформатора. R4 нужен для ограничения тока до определенных величин, т.к. согласно описанию ток на 3 выводе не должен превышать 2 мА.

6. Конденсатор C2.

Данный элемент выполняет роль демпфера, пускай и не полного. Номинал конденсатора выбирается в соответствии с рекомендациями из описания и составляет 30 pF для данного преобразователя.

7. выходной выпрямительный диод.

Выходной диод выбирается с запасом по выходному току и обратному напряжению. Выходной ток для данного преобразователя составляет 1 А. Обратное напряжение составляет не более 100 В. Поэтому был выбран диод MUR420G – данный диод является ультрабыстрым, что уменьшает динамические потери при его запирании.

8. Узел обратной связи.

Узел обратный связи реализован на оптроне TIL191, токоограничивающем резисторе R6 =560 Ом, Y-кондесаторе C4 =200 пФ, и стабилитроне. Все номиналы элементов являются типовыми и расчета не требуют. Исключением является стабилитрон: для выбора данного элемента требуется знать необходимую величину напряжения на выходе и падение напряжения на оптроне. В данной схеме на выходе требуется получить 12 Вольт, падение напряжение на оптроне составляет 2 Вольта. Соответственно обратное напряжение стабилитрона будет равно: 12-2=10Вольт.

9. Силовой ключ.

Таким образом Vс-и = 415 В. В соответствии с этим был выбран ключ IRFBC40, имеющий максимальное напряжение сток-иcток = 600 В и ток истока 6.2 А.

10. Выходной конденсатор.

Выходной конденсатор выбирается по таблице фирмы производителя в соответствии с пиковым выходным током. Для данной схемы номинал выходного конденсатора составляет 1000 мкФ, но для ускорения моделирования рекомендуется поставить меньший номинал, например, 330 мкФ, изменения выходных характеристик при этом наблюдаться не будет.

После подбора номиналов необходимо провести моделирование со снятием осциллограмм со стока и истока ключа Q1.После выхода преобразователя на номинальный режим (12В-1А), были получены осциллограммы, приведенные на рис.3.

Как видно из полученной осциллограммы, в начале такта передачи на стоке (верхняя осциллограмма) скачек напряжения, превышающий 600 Вольт, что с большой долей вероятности выведет транзистор из строя. Данный всплеск происходит из-за ЭДС самоиндукции. Продолжительность этого выброса будет равна времени отпирания выпрямительного диода D2. На датчике тока во время такта накопления наблюдается игла с амплитудой приблизи-

193

тельно 2 Вольта (нижняя осциллограмма), что превышает допустимое значение в два раза. Из осциллограммы, снятой со стока ключа отчетливо видно что после отпирания вы-

прямительного диода скачок напряжения прекращается. Процесс передачи энергии сопровождается затухающими колебаниями. Данные колебания возникают из-за того, что транзистор и первичная обмотка трансформатора имеют паразитную емкость, которая в сумме с индуктивностью первичной обмотки создает свободный колебательный контур.

Рис. 3. Осциллограммы, снятые со стока и истока солового ключа в типовой схеме

Данный процесс создает потери в преобразователе, снижая его КПД. Например при подключении ваттметра к транзистору Q1 наблюдаются потери в размере примерно 600 мВт, что составляет 5% от номинальной мощности преобразователя.

В заключении нужно отметить, что измеренные потери оказались весьма большими, а если измерить потери на всех элементах цепи, то этот показатель будет слишком высок и, следовательно, КПД устройства будет неприемлемо мал. В данном случае рекомендуется усовершенствовать схему путѐм добавления снабберных цепей и различных токоограничивающих и обводных элементов.

Литература

1.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники[Текст]. М.:Мир, 2007. Т.1.

2.Браун М. Источники питания. Расчет и конструирование[Текст]. Пре. С англ. – К.: «МК-Пресс», 2007.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

D.V. Zhuravlev, I. A. Reznichenko

FLYBACK AC/DC VOLTAGE CONVERTER ON THE CHIP NCP1377

The analysis of the work of the flyback Converter on the chip NCP1377. Shows typical schematic diagram of the model considered the processes occurring on the power key of the Converter

Key words: alternating current, direct current, voltage transformer, flyback

194

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh state technical University»

УДК: 621.3

Д.В. Журавлѐв, И.А. Розниченко

ДОРАБОТКА ТИПОВОЙ СХЕМЫ ОБРАТНОХОДОВОГО AC/DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА МИКРОСХЕМЕ NCP1377

Рассмотрен вариант уменьшения потерь на силовом ключе типовой схемы обратноходового преобразователя. Приведены модели типовой и доработанной схем преобразователя. Проведен сравнительный анализ процессов, происходящих на транзисторе

Ключевые слова: переменный ток, постоянный ток, преобразователь напряжения, обратноходовой

Как известно снижение КПД любого устройства происходит из-за потерь мощности на элементах схемы и задачей разработчика, после создания опытного образца устройства, является увеличение КПД путѐм уменьшения потерь на элементах устройства[1].

В данной статье будет рассмотрено влияние снабберных цепей на потери на силовом ключе обратноходового преобразователя, реализованного на микросхеме NCP1377.Для проверки влияния снаббреных цепей на работу элементов нужно немного усовершенствовать типовую схему включения NCP1377. Модели исходной и доработанной схем приведены на рис. 1 и рис. 2.

Рис. 1. Типовая схема обратноходового AC/DC преобразователя на микросхеме NCP1377

Как видно из рисунков к изначальной схеме добавлен ряд элементов, позволяющий устранить недостатки типовой схемы включения:

Клампер [2].Данный узел, реализованный на элементах R9, D4, C5, R8 позволяет избавиться от всплесков напряжения на стоке силового ключа, которые превышали допустимое значение в 600 В.

Демпфер.В типовой схеме преобразователя роль демпфера играл конденсатор С2, который не выполнял возложенных на него функций.

Для того чтобы получить демпфирующую цепочку необходимо подключить к кон-

195

денсатору C2 резистор, номинал которого был определен методом подбора (1кОм). Теперь конденсатор будет пропускать через себя резонансные колебания определенной частоты, а резистор рассеивать на себе энергию этих колебаний.К затвору транзистора был подключен резистор R12 с параллельно включенным диодом D5. Резистор выполняет роль ограничителя тока и защищает силовой ключ от выхода из строя. Диод увеличивает скорость запирания ключа, что уменьшает динамические потери на транзисторе. Данное схемотехническое решение при моделировании не даст видимых результатов, но на практике оно повысит КПД преобразователя напряжения [3].

Рис. 2. Усовершенствованная схема обратноходового AC/DC преобразователя на микросхеме

NCP1377

В цепь обратной связи были добавлены резистор R15 и конденсатор С7. Резистор необходим для ограничения тока, поступающего на второй вывод микросхемы. Конденсатор необходим для поглощения случайных всплесков, поступающих с оптопары.

196

Для проверки работоспособности доработанной схемы осциллограф подключается к стоку и истоку силового ключа.Осциллограммы доработанной и типовой схем приведены на рис.3 и рис.4.

Как видно из осциллограмм, выброс напряжения на стоке ключа в доработанной схеме был сильно уменьшен и теперь имеет допустимое значение (примерно 530 В). Ток истока транзистора теперь не имеет иглы и не превышает допустимых значений.

При подключении ваттметра к транзистору Q1 было получено значение примерно 200 мВт против 600 мВт, выделяемых на ключе в исходной схеме. Таким образом, принятые схемотехнические решения (введение демпфирующих цепей) уменьшили потери на транзисторе в 3 раза, что является отличным результатом.

Подводя итог необходимо сказать, что введение демпфирующих цепей в типовуюсхему преобразователя является отличным решением для улучшения характеристик устройства. Остальные улучшения, приведенные в доработанной схеме, не дадут видимого результата при моделировании, но на практике они повысят КПД и дополнительно обезопасят элементы от выхода из строя.

Литература

1.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники[Текст]. М.:Мир, 2007. Т.1.

2.Браун М. Источники питания. Расчет и конструирование[Текст]. Пре. С англ. – К.: «МК-Пресс», 2007.

3.Титце У., Шенк К. Полупроводниковаясхемотехника[Текст]. М.:Мир, 1993.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

D.V. Zhuravlev, I. A. Reznichenko

REVISION OF TYPICAL SCHEMATIC OF FLYBACK AC/DC CONVERTER ON-CHIP

NCP1377

Explore the option of reducing the loss on power key model scheme flyback Converter. Given the model and modified model of the Converter circuits. A comparative analysis of the processes occurring in the transistor

Key words: alternating current, direct current, voltage transformer, flyback

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh state technical University»

УДК 66.047

А.Ю. Андреев, А.В. Бараков, А.А. Надеев

СУШКА СИЛИКАГЕЛЯ В АППАРАТЕ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ

В работе рассмотрена схема экспериментальной установки периодического действия для сушки дисперсных материалов в центробежном псевдоожиженном слое. Приведена схема экспериментального стенда для исследования процесса тепломассообмена и гидродинамики. Представлены результаты экспериментального исследования процесса сушки дисперсного материала с высоким содержанием влаги. На основании данных результатов сделаны выводы об эффективности протекающих процессов обмена и работоспособности экспериментальной установки

Ключевые слова: сушильная установка, дисперсный материал, сушильный агент, тепло- и массообмен, экспериментальный стенд

Одним из наиболее эффективных способов сушки дисперсных материалов является сушка в псевдоожиженном слое. Данный способ позволяет значительно интенсифицировать

198

процессы межфазного тепломассообмена, а аппараты с псевдоожиженным слоем обладают незначительным гидравлическим сопротивлением [1-3].

Для исследования процесса сушки дисперсных материалов с использованием данного технологического принципа в ВГТУ была создана экспериментальная сушильная установка с центробежным псевдоожиженным слоем. Эта сушилка имеет простую конструкцию и позволяет высушивать материалы с высоким влагосодержанием. Она представляет собой установку периодического действия с вертикальным подводом сушильного агента и жалюзийной газораспределительной решѐткой. Схема сушилки приведена на рис. 1.

Основным элементом сушильной установки является кольцевая рабочая камера 2. В данной камере происходит процесс сушки. Она отделена распределительной решѐткой 1 от газовой камеры 3, которая служит для подачи сушильного агента (воздуха) под решѐтку.

Принцип работы сушильной установки следующий. Через загрузочный патрубок 4 влажный дисперсный материал из бункера, который не отображен на рисунке, подается на газораспределительную решетку и под действием потока сушильного агента псевдоожижается и движется, высушиваясь, к разгрузочным патрубкам 5, через которые происходит выгрузка из установки. Сушильный агент в аппарат подается через газоподводящий патрубок 6, через газоотводящий патрубок 7 выбрасывается в окружающую среду.

Газораспределительная решѐтка, общий вид которой показан на рис. 2, изготовлена из листового железа. Еѐ лопатки изогнуты таким образом, чтобы поток сушильного агента изменял направление своего движения от вертикального в газовой камере до заданного на входе в слой. Для исключения провала частиц и более равномерного газораспределения решетка накрывается металлической сеткой. Такая конструкция имеет незначительное сопротивление и позволяет изменять направление потока ожижающего газа за счѐт обтекания лопаток и тем самым обеспечивать как равномерное псевдоожижение дисперсного материала, так и его перемещение в горизонтальной плоскости.

Рис. 1. Схема сушильной установки: 1 – решетка газораспределительная; 2 – рабочая камера; 3 – газовая камера; 4 – загрузочный патрубок; 5 – разгрузочный патрубок;

6 – газоподводящий патрубок; 7 – газоотводящий патрубок

199