Серия силовых ключей 3009КР

Серия силовых ключей 3009КР производства АО «Ангстрем»

«Ангстрем» разработал серию из 15-и типов силовых ключей (электронных реле) с коммутируемыми напряжениями до 400 В, и коммутируемым током от 0,3 А до 40 А. Серия силовых ключей 3009КР прошла весь комплекс испытаний и показала высокие характеристики надёжности. Все силовые ключи серии 3009КР имеют гальваническую трансформаторную развязку и не требуют дополнительного источника питания.

а) б) в)

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

Силовые ключи 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. В бытовой технике, системах электронного зажигания автомобилей и телекоммуникационном оборудовании они также весьма широко используются.

С развитием телекоммуникационных спутников, с планами по развитию космической атомной энергетики становится актуальным создание радиационно-стойких силовых ключей для условий космоса. «Ангстрем» завершил опытно-конструкторские работы по разработке серии силовых ключей в металлокерамических корпусах (Рис. 1 а, 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.

Серия силовых ключей 3009КР

Серия силовых ключей 3009КР предназначена для управления солнечными батареями, источниками бесперебойного питания и электроприводами космических аппаратов в диапазоне напряжений коммутации от 20 до 400 В и с токами коммутации от 0,3 до 40 А. Ключи имеют низкое сопротивление канала в диапазоне от 0,008 до 1,4 Ом, гальваническую трансформаторную развязку, не требуют дополнительного источника питания, поскольку питание осуществляется от входного сигнала. На рис.6 показана типичная зависимость тока потребления первичной цепи от напряжения входного сигнала. Рабочий диапазон амплитуды входного сигнала от 2,7 В до 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.

Таблица 1. Серия силовых ключей 3009КР

Таблица 2. Функциональное назначение выводов

Рисунок 2. Условное графическое изображение 3009КР

Рисунок 3. Структурная схема силовых ключей 3009КР

Рисунок 4. Рекомендуемая схема включения 3009КР

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 pf. Он производится по технологии «кремний на сапфире», что обеспечивает хорошую изоляцию гальванической развязки между первичной и вторичной стороной схемы управления в диапазоне температур от -60^°С до 125^°С.

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 от 20 В до 400 В.

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.

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 - от -60^°С до 125^°С.

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

Рисунок 5. Зависимость Iвх от входного напряжения

Рисунок 6. Зависимость сопротивления выходного транзистора в открытом состоянии

от температуры, Т°С

Рисунок 7. Зависимость времени включения от температуры, Т°С

Рисунок 8. Зависимость времени выключения от температуры, Т°С

Заключение

Серия силовых ключей 3009КР по своим характеристикам ничем не уступает аналогичным импортным образцам, производимых ведущими мировыми производителями такими как Teledyne Relays (М33-2N), International Rectifier (RDHA701CD10A2NX, RDHA701CD10A2NP, RDHA701FP10A8QK, RDHA720SF06A1N, RDHA710SE10A2QK, RDHA710SE10A2SK). Дополнительно, 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 быть использованы 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.

Геннадий Куров kurov@angstrem.ru

Сергей Абрамов Abramov@angstrem.ru

Станислав Клейн klein@angstrem.ru