Серия силовых ключей 3009КР производства АО «Ангстрем»

№ 1’2021
PDF версия
«Ангстрем» разработал серию из 15 типов силовых ключей (электронных реле) с коммутируемым напряжением до 400 В и током до 40 А. Серия силовых ключей 3009КР прошла весь комплекс испытаний и показала высокие характеристики надежности. Все силовые ключи серии 3009КР имеют гальваническую трансформаторную развязку и не требуют дополнительного источника питания.

Введение

Силовые ключи с гальванической развязкой нашли самое широкое применение как в промышленном оборудовании, так и в бытовой технике, от инверторов и импульсных регуляторов тока до систем управления мощными электроприводами электротранспорта.

С развитием телекоммуникационных спутников, с планами по развитию космической атомной энергетики становится актуальным создание радиационно стойких силовых ключей для эксплуатации в условиях космоса.

«Ангстрем» завершил опытно-конструкторские работы по созданию серии силовых ключей в металлокерамических корпусах (рис. 1а, б) для управления солнечными батареями, источниками бесперебойного питания и электроприводами космических аппаратов. Отличительная особенность серии 3009КР — низкий уровень сопротивления в открытом состоянии. Это позволяет существенно снизить тепловыделение силовых ключей, что положительно отражается на общей температурной картине блока или устройства, снижает требования к системам охлаждения и, как следствие, положительно сказывается на массо-габаритных характеристиках космического аппарата.

3009КР04 в корпусе КТ-95В-1

Рис. 1.
а) 3009КР04 в корпусе КТ-95В-1;
б) 3009КР11 в корпусе КТ-95С-1;
в) 3001Р011 в корпусе КТ-110-1

 

Серия силовых ключей 3009КР

Серия силовых ключей 3009КР предназначена для управления источниками питания и электрическими нагрузками космических аппаратов в диапазоне напряжений 20–400 В и с токами коммутации 0,3–40 А. Ключи имеют низкое сопротивление канала в диапазоне 0,008–1,4 Ом, гальваническую трансформаторную развязку, не требуют дополнительного источника питания, поскольку питание осуществляется от входного сигнала. На рис. 5 показана типичная зависимость тока потребления первичной цепи от напряжения входного сигнала. Рабочий диапазон амплитуды входного сигнала 2,7–5,5 В. Время включения и выключения силового ключа составляет (5 +2) мс, что определяет предельную частоту переключения в 7 мс.

Было разработано 15 силовых ключей (табл. 1) в корпусах КТ-95 и КТ-110. Функциональное назначение выводов (табл. 2) и условное графическое изображение (рис. 2) у всей серии одинаковы.

Условное графическое изображение 3009КР

Рис. 2. Условное графическое изображение 3009КР

Таблица 1. Серия силовых ключей 3009КР

Обозначение

Напряжение коммутации Uком, В

Ток коммутации Iком, А

Выходное сопротивление
в открытом состоянии
Rотк, Ом

Корпус

3001КР011

30

2

0,1

КТ-110-1

3009КР01

20

40

0,008

КТ-95С-1

3009КР02

60

25

0,015

3009КР03

100

12

0,05

3009КР04

150

10

0,06

3009КР05

200

8

0,08

3009КР06

250

6

0,14

3009КР07

400

4

0,4

3009КР08

20

10

0,05

КТ-95В-1

3009КР09

60

6

0,07

3009КР010

100

4

0,2

3009КР011

150

3

0,35

3009КР012

200

2

0,45

3009КР013

250

1

0,9

3009КР014

400

0,3

1,4

Таблица 2. Функциональное назначение выводов

Вывод

Обозначение

Назначение

1

D

Сток

2

S

Исток

3

CNTR1

Вход управления 1 гальванической развязки (плюс)

4

CNTR2

Вход управления 2 гальванической развязки (минус)

 

Многокристальные модули

Силовые ключи серии 3009КР основаны на многокристальных модулях (МКМ) собственной разработки и производства. Каждый модуль состоит из двух кристаллов — кристалла управления с гальванической развязкой и кристалла силового ДМОП-транзистора.

Кристалл управления

Кристалл управления является универсальным для каждого типа силовых транзисторов с емкостью затвора до 6000 пФ. Он производится по технологии «кремний на сапфире», что обеспечивает хорошую изоляцию гальванической развязки между первичной и вторичной стороной схемы управления в диапазоне температур –60…+125 °С.

Структурная схема силовых ключей 3009КР

Рис. 3. Структурная схема силовых ключей 3009КР

Структурная схема силовых ключей 3009КР приведена на рис. 3, рекомендованная схема включения — на рис. 4. Первичная сторона — входная схема с кольцевым генератором — запускается при подаче входного управляющего сигнала. Импульсы с кольцевого генератора поступают на первичную обмотку трансформатора в первом слое металлизации кристалла. Вторичная обмотка трансформатора выполнена в виде спирали во втором слое металлизации кристалла. Слои металлизации разделены слоем диоксида кремния толщиной 1,5 мкм, который обеспечивает индуктивную связь между обмотками трансформатора, а также надежную изоляцию в диапазоне коммутируемых напряжений 20–400 В.

Рекомендуемая схема включения 3009КР

Рис. 4. Рекомендуемая схема включения 3009КР

Входная схема имеет дополнительный блок управления кольцевым генератором, который при напряжении выше 3,3–3,8 В переводит генератор в низкочастотный режим для уменьшения тока потребления, что показано на рис. 5.

Зависимость Iвх от входного напряжения 3009КР01

Рис. 5. Зависимость Iвх от входного напряжения 3009КР01

Высокочастотный сигнал 10–20 МГц амплитудой 1,0–2,0 В, индуцированный на вторичной обмотке, поступает на вход диодно-емкостного умножителя, где выпрямляется и усиливается до 5–7 В для надежного открывания ДМОП-транзистора. На выходе диодно-емкостного умножителя стоит схема выключения, обнуляющая затвор ДМОП-транзистора при выключении входного сигнала.

Силовой ДМОП-транзистор

Силовой ДМОП-транзистор, примененный в схеме, предназначен для силовой нагрузки и установлен в цепи блока выпрямителя. Он характеризуется повышенным коммутируемым напряжением цепи сток-исток, позволяет управлять силовыми ключами с высокой скоростью переключения и возможностью включения в цепь коммутации с рабочими напряжениями вплоть до 400 В. Транзистор сохраняет рабочие характеристики в широком диапазоне рабочих температур –60…+125 °С.

 

Результаты испытаний

Серия силовых ключей 3009КР прошла весь цикл испытаний, типичные зависимости приведены на рис. 6–8.

Зависимость сопротивления выходного транзистора в открытом состоянии от температуры

Рис. 6. Зависимость сопротивления выходного транзистора в открытом состоянии от температуры

Зависимость времени включения от температуры

Рис. 7. Зависимость времени включения от температуры

Зависимость времени выключения от температуры

Рис. 8. Зависимость времени выключения от температуры

 

Заключение

Серия силовых ключей 3009КР по своим характеристикам ничем не уступает аналогичным импортным образцам, которые выпускаются ведущими мировыми производителями, такими как Teledyne Relays (М33-2N), International Rectifier (RDHA701CD10A2NX, RDHA701CD10A2NP, RDHA701FP10A8QK, RDHA720SF06A1N, RDHA710SE10A2QK, RDHA710SE10A2SK). Кроме того, серия 3009КР соответствует требованиям военной приемки и изделий для применения в условиях космоса. Поскольку импортные аналоги невозможно приобрести в условиях санкционных ограничений, силовые ключи 3009КР производства «Ангстрем» являются единственным надежным решением на российском рынке.

Имея высокую радиационную стойкость и низкое тепловыделение, силовые ключи 3009КР могут использоваться в широком спектре устройств, применяемых в промышленности и экстремальных условиях космоса и Арктики:

  • инверторах;
  • частотно-регулируемых приводах;
  • импульсных регуляторах тока;
  • системах управления электроприводами;
  • источниках бесперебойного питания;
  • инверторных кондиционерах;
  • насосах;
  • системах электропитания серверного и телекоммуникационного оборудования.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *