Стабилизатор напряжения обозначение на схеме: СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ: ТЕОРИЯ И СХЕМЫ

Словарь терминов стабилизаторов напряжения | Статья

А

Автоматический выключатель (автомат) – контактный коммутационный блок, устанавливаемый в электрической цепи для защиты от токов перегрузки и токов короткого замыкания. В случае превышения током допустимого значения (номинала автомата) нагрузка, например, стабилизатор, будет автоматически обесточена. При необходимости автоматический выключатель может быть включен/отключен вручную.

Автотрансформатор – основной элемент ряда стабилизаторов, представляет собой трансформатор, первичная и вторичная обмотка которого связанны напрямую и имеют несколько выводов, отличающихся между собой значением напряжения.

Активная мощность – вид мощности, фактически являющийся скоростью потребления электроэнергии и характеризующий процесс её преобразования в другие виды энергии: тепловую, световую, механическую и т.д. Активная мощность измеряется в Ваттах (Вт) и обычно указывается в технических характеристиках различного оборудования.

Активная нагрузка – совокупность электроприборов, потребляющих только активную мощность и не имеющих в своём составе индуктивных и ёмкостных элементов. К таким изделиям относится большинство устройств, преобразующих электрическую энергию в свет и тепло, например, электрообогреватели, утюги, лампы накаливания, электрочайники. При подсчете суммарной мощности для подобного оборудования полную мощность можно принять равной активной.

Аппроксимированная синусоида – Это форма переменного напряжения, которая приближается к чистой синусоиде и представлена в виде импульсов прямоугольной или трапецеидальной формы разной полярности.

Аппроксимированная синусоида вредит работе нагрузки, особо чувствительной к качеству электропитания, например, электроники газового котла, приборам с электродвигателями и различным электронным системам управления электромоторами.

Данный вид сигнала в некоторых случаях может быть использован для электропитания потребителей, имеющих в своем составе блоки питания, например, компьютерной техники, серверного оборудования, телевизионной аппаратуры и др.

Асинхронный двигатель – наиболее распространённый в бытовой технике преобразователь электрической энергии переменного тока в механическую. Его надёжность и долговечность напрямую зависит от качества питающего напряжения. Дополнительно стоит отметить, что асинхронные двигатели отличаются высокими пусковыми токами.

Б

Байпас (англ. bypass – обход) – функция стабилизатора, позволяющая пустить сетевое напряжение в обход его электронных блоков. Иными словами, в режиме байпас питание нагрузки при работающем стабилизаторе осуществляется напрямую от сети. Байпас может включаться как автоматически, например, при поломке одного из узлов стабилизатора, так и вручную с помощью выключателя или через функциональное меню.

Быстродействие – один из важнейших параметров стабилизатора, складывается из двух показателей: времени реакции и скорости стабилизации. Фактически быстродействие – это время, затрачиваемое стабилизатором на выравнивание скачков сетевого напряжения или, иначе, время, необходимое для установления номинального (максимально приближенного к номинальному) значения выходного напряжения при отклонениях входного. Надежность защиты и спектр допустимого для подключения оборудования увеличивается пропорционально росту быстродействия стабилизатора.

В

Время реакции (срабатывания) – время, требуемое стабилизатору для реагирования на изменение сетевого напряжения, измеряется в миллисекундах. Чем ниже время реакции, тем меньше риск повреждения защищаемого стабилизатором оборудования при сетевом перепаде.

Выходная мощность – значение мощности, которую стабилизатор может отдать подключенным потребителям. Если потребляемая нагрузкой мощность окажется больше выходной мощности стабилизатора, он отключится вследствие перегрузки или вообще выйдет из строя.

Д

Двойное преобразование энергии – способ стабилизации электрической энергии, который заключается в двукратном видоизменении напряжения: из входного переменного в промежуточное постоянное, а затем вновь в выходное переменное. Такой алгоритм работы отлично зарекомендовал себя в источниках бесперебойного питания, после чего был использован в передовых инверторных стабилизаторах.

Дискретное (ступенчатое) регулирование – способ стабилизации напряжения за счёт переключения обмоток автотрансформатора и выбора той, напряжение на которой наиболее близко к номинальному. Основное преимущество такого способа – минимальное время срабатывания. Главные недостатки: ступенчатые скачки выходного напряжения, невысокая точность стабилизации и сохранение искажений входного сигнала в выходном.

Дискретный (электронный) стабилизатор – устройство, построенное на базе дискретного принципа стабилизации напряжения. Коммутация контуров автотрансформатора в таких аппаратах осуществляется с помощью электронных ключей. Дискретные модели обладают хорошими показателями быстродействия, но не могут гарантировать максимальную точность стабилизации и безразрывное электропитание с напряжением идеальной синусоидальной формы.

З

Заземление – соединение разъёма «РЕ» или, при его отсутствии, корпусного контакта стабилизатора с заземляющим проводником. Производится с целью защиты от возможного попадания электрического тока на металлический корпус устройства.

Запас мощности – величина, закладываемая сверх расчётной мощности нагрузки и позволяющая защитить стабилизатор от возможных эксплуатационных перегрузок. Рекомендуемое значение запаса – 20-30% от мощности, фактически требуемой подключаемому электрооборудованию.

И

Искажение синусоидальной формы напряжения – отклонение графика изменений переменного напряжения с течением времени от графика идеальной синусоиды.

Инверторный стабилизатор – инновационное устройство, принцип работы которого построен на базе двойного преобразования энергии. Конструктивно инверторные стабилизаторы кардинально отличаются от приборов других типов и, превосходя их по всем техническим характеристикам, являются эталоном защиты для любого оборудования. Кроме того, уникальная электронная схема инверторных моделей не имеет недостатков, осложняющих применение других видов стабилизаторов.

Ознакомиться подробнее с модельным рядом инверторных стабилизаторов «Штиль» можно, перейдя по ссылке:
Каталог инверторных стабилизаторов напряжения «Штиль».

К

Качество электроэнергии – степень соответствия сетевой электроэнергии установленным значениям. В Российской Федерации допускаются отклонения не более ±10 % по напряжению и ±0,2 Гц по частоте.

Класс защиты (IP — Ingress Protection) – характеристика, отражающая уровень защиты устройства от попадания внутрь корпуса твердых частиц (пыли, грязи) и влаги.

Короткое замыкание (КЗ) – контакт двух точек цепи с разными потенциалами, например, вследствие ошибочного соединения фазного проводника с нейтральным. Сопровождается КЗ резким и многократным увеличением силы тока, что не только нарушает функционирование электрической сети и выводит из строя различную технику, но и опасно для человека, а также может послужить причиной пожара.

Коэффициент мощности (сos(φ)) – величина, характеризующая любое потребляющее переменный ток устройство с точки зрения наличия в нём реактивной мощности. Численное значение cos(φ), равное отношению активной мощности к полной мощности, обычно указывается в технической документации, сопутствующей электрооборудованию (может обозначаться как Power Factor или PF).

Коэффициент полезного действия (КПД) – величина, указывающая на эффективность работы стабилизатора. Определяется как соотношение полезной использованной энергии к суммарному использованному количеству энергии. По данному параметру определяется экономичность стабилизатора – чем КПД выше, тем меньше потребляемой устройством электроэнергии (а значит и денег за её оплату) рассеивается в процессе работы.

Л

Линейное напряжение – напряжение между двумя фазными проводниками, в стандартной сети переменного тока равняется 380/400 В.

Н

Навесной стабилизатор – стабилизатор, предназначенный для навесного размещения на вертикальной поверхности.

Нагрузка – для стабилизатора это понятие можно рассматривать как совокупность подключаемых к нему устройств, либо как совокупность вообще всех устройств, требующих стабилизации питающего их напряжения.

Напольный стабилизатор – стабилизатор, подразумевающий установку на горизонтальную плоскость.

Нейтральный проводник (нулевой) – в электрической сети переменного тока проводник, имеющий нулевой потенциал относительно источника питания и фазного проводника. Напряжение между нейтральным и фазным проводниками стандартной сети составляет 220/230 В. Согласно требованиям цветовой маркировки нейтральный провод должен быть синего или бело-синего цвета. Буквенное обозначение – «N».

О

Однофазный стабилизатор – устройство, рассчитанное на подключение к однофазной сети (220/230 В) и предназначенное для защиты однофазных нагрузок (большинство бытовых электроприборов).

П

Перегрузочная способность – промежуток времени, в котором стабилизатор функционирует, несмотря на превышение мощностью нагрузки его номинальной выходной мощности.

Перепад (скачок) напряжения – резкое уменьшение или увеличение значения напряжения в электрической сети.

Полная мощность – мощность, на основе значения которой строится номенклатура (модельные ряды) большинства производителей стабилизаторов напряжения. Измеряется в Вольт-Амперах (ВА) и не равна активной мощности в Ваттах (кроме случая активной нагрузки). Зависимость полной мощности от активной выражается по формуле: ВА=Вт/cos(φ).

Предельный диапазон входного напряжения – минимальное и максимальное значения входного напряжения, при которых стабилизатор функционирует, но со снижением выходной мощности. Разница между фактической выходной мощностью и номинальной в такой ситуации зависит от отклонения сетевого напряжения относительно рабочего диапазона.

Пусковые токи – токи, потребляемые некоторыми электроприборами в момент запуска и превышающие номинальное значение в несколько (до 8) раз. Характерны в первую очередь для электродвигателей и, соответственно, для всего оборудования, имеющего в своём составе электродвигатель: насосы, компрессоры, стиральные машины, холодильники, пылесосы и т.п. Необходимую для защиты таких потребителей модель стабилизатора следует определять исходя из максимального пускового значения мощности (указывается в техническом паспорте изделия).

Р

Рабочий диапазон входного напряжения – пределы сетевых значений, при которых функционирует стабилизатор напряжения, обеспечивая номинальное выходное напряжение и сохраняя все заявленные рабочие характеристики.

Реактивная мощность – доля полной мощности, которая в процессе работы электрооборудования не передается в нагрузку, а тратится на электромагнитное излучение. Чем выше коэффициент мощности (cos(φ)) прибора, тем ниже его реактивная мощность и тем больше энергии он преобразует в полезную работу.

Реактивная нагрузка – совокупность устройств, характеризующихся наличием высокого значения реактивной мощности, как следствие их полная и активная мощность существенно различаются. При выборе стабилизатора для такой техники следует обязательно перевести Вт в ВА. К реактивным нагрузкам в первую очередь относятся электродвигатели и приборы, имеющие в своём составе ёмкостные или индуктивные элементы.

Релейный стабилизатор – распространённый тип дискретного стабилизатора, в котором переключение обмоток автотрансформатора осуществляется с помощью электронных реле. Имеет ряд серьёзных недостатков, делающих его применение с современным чувствительным оборудованием не самым лучшим решением.

С

Сервопривод – блок, перемещающий подвижный контакт в электромеханическом стабилизаторе, состоит из механического привода, электромотора и платы управления.

Симисторный стабилизатор – дискретный стабилизатор, в котором для переключения обмоток автотрансформатора используются полупроводниковые ключи – симисторы. Стабилизаторы данного типа превосходят большинство релейных и электромеханических аналогов, но сохраняют основной недостаток дискретного способа регулирования: ступенчатые скачки напряжения, снижающие точность стабилизации.

Синусоидальная форма напряжения – колебания напряжения в сети переменного тока, имеющие форму синусоиды (плоская кривая функции синуса). Проще говоря, это форма переменного напряжения, графическое изображение которой соответствует графику синуса.

Корректное и устойчивое функционирование большей части современного электрооборудования может гарантировать только электропитание с формой напряжения максимально приближенной к идеальной синусоиде.

Инверторные стабилизаторы напряжения всегда выдают на выходе сетевое напряжение синусоидальной формы.

Скорость стабилизации – величина, измеряемая в вольтах в секунду (В/с) и указывающая на время, необходимое стабилизатору для выравнивания выходного напряжения при искажениях входного. С ростом скорости стабилизации увеличивается и быстродействие устройства. Обратите внимание на то, что инверторные стабилизаторы не имеют параметра «скорость стабилизации», так как в них, благодаря двойному преобразованию энергии, выходное напряжение имеет номинальное значение постоянно, независимо от сетевого сигнала.

Стоечный (Rack) стабилизатор – стабилизатор, предназначенный для монтажа в стандартные телекоммуникационные 19-дюймовые шкафы и стойки.

Т

Тиристорный стабилизатор – стабилизатор со схемой подобной симисторному, главное различие заключается в том, что функцию полупроводниковых ключей, переключающих обмотки трансформатора, выполняют не симисторы, а тиристоры. Тиристорные модели сохраняют как преимущества дискретного регулирования напряжения, так и все его недостатки.

Точность стабилизации – максимально возможное отклонение выходного напряжения стабилизатора от установленного номинального значения, измеряется в процентах. Большинство современных стабилизаторов имеют показатели точности от 3% до 8%. Выделяются инверторные модели, их точность составляет 2%.

Трехфазный стабилизатор – устройство, рассчитанное на подключение к трехфазной сети (380/400 В). Может использоваться как для защиты мощных трехфазных потребителей, так и для защиты однофазных – при условии их равномерного распределения между питающими фазами. Стоит отметить что существуют стабилизаторы, называемые «3 в 1», они включаются в трехфазную сеть, но имеют однофазный выход.

Ф

Фаза – проводник в цепи переменного тока, по которому электроэнергия следует от источника к потребителю. Обозначается буквой «L».

Фазное напряжение – напряжение между фазным и нейтральным проводником, используется в быту и в стандартной сети переменного тока, равняется 220/230 В.

Феррорезонансный стабилизатор – тип устройств, стабилизация напряжения в которых осуществляется за счет электромагнитного взаимодействия между дросселем с ненасыщенным сердечником и дросселем с насыщенным сердечником – эффект феррорезонанса. Такие стабилизаторы практически не встречаются в наше время и считаются морально устаревшими.

Ц

Централизованное подключение стабилизатора – подключение мощного стабилизатора к общему сетевому вводу в квартиру, коттедж или офис, гарантирующее защиту всей электросети, а не отдельного потребителя.

Э

Электромеханический стабилизатор – стабилизатор, корректирующий напряжение специальным контактом, который, за счёт механического перемещения по обмотке, уменьшает или увеличивает коэффициент трансформации автотрансформатора. В современных устройствах передвижение указанного контакта осуществляет сервопривод с электронным управлением. Преимущество электромеханических моделей – плавная стабилизация с высокой точностью, недостаток – пониженное быстродействие, недостаточное для защиты многих видов современного оборудования.

Стабилизатор напряжения КРЕН: характеристики, схема подключения, аналоги

КРЕН, «кренка» — бытовое название интегральных стабилизаторов напряжения серии 142. Размеры её корпуса не позволяют нанести полную маркировку серии (КР142ЕН5А и т.п.), поэтому разработчики ограничились кратким вариантом – КРЕН5А.  «Кренки» получили широкое распространение как в промышленности, так и в любительской практике.

Что из себя представляют стабилизаторы напряжения КРЕН 142

Микросхемы серии 142 завоевали популярность из-за простоты получения стабильного напряжения – несложная обвязка, отсутствие регулировок и настроек. Достаточно подать питание на вход, и получить стабилизированное напряжение на выходе. Наибольшую известность и распространение получили нерегулируемые интегральные стабилизаторы в корпусах ТО-220 на напряжение до 15 вольт:

  • КР142ЕН5А, В – 5 вольт;
  • КР142ЕН5Б, Г – 6 вольт;
  • КР142ЕН8А, Г – 9 вольт;
  • КР142ЕН8Б, Д – 12 вольт;
  • КР142 ЕН8В, Е – 15 вольт;
  • КР142 ЕН8Ж, И – 12,8 вольт.

В случаях, когда надо получить более высокое стабильное напряжение, применяются приборы:

  • КР142ЕН9А – 20 вольт;
  • КР42ЕН9Б – 24 вольта;
  • КР142ЕН9В – 27 вольт.

Эти микросхемы также выпускаются в планарном исполнении с несколько отличающимися электрическими характеристиками.

Серия 142 включает в себя и другие интегральные стабилизаторы. К микросхемам с регулируемым выходным напряжением относятся:

  • КР142ЕН1А, Б – с пределами регулирования от 3 до 12 вольт;
  • КР142ЕН2Б – с пределами 12…30 вольт.

Эти приборы выпускаются в корпусах с 14 выводами. Также в эту категорию входят трехвыводные стабилизаторы с одинаковым выходным диапазоном 1,2 – 37 вольт:

  • КР142ЕН12 положительной полярности;
  • КР142ЕН18 отрицательной полярности.

В серию входит микросхема КР142ЕН6 – двуполярный стабилизатор с возможностью регулировки выходного напряжения от 5 до 15 вольт, а также включение в качестве нерегулируемого источника ±15 вольт.

Все элементы серии имеют встроенную защиту от перегрева и короткого замыкания на выходе. А переполюсовку по входу и подачу внешнего напряжения на выход они не любят – время жизни в таких случаях исчисляется секундами.

Модификации микросхемы

Модификации микросхем, входящих в серию, отличаются корпусом. Большинство однополярных нерегулируемых стабилизаторов выполнено в «транзисторном» корпусе TO-220. Он имеет три вывода, этого хватает не во всех случаях. Поэтому часть микросхем выпускались в многовыводных корпусах:

  • DIP-14;
  • 4-2 – то же самое, но в керамической оболочке;
  • 16-15.01 – планарный корпус для монтажа на поверхность (SMD).

В таких исполнениях выпускаются, в основном, регулируемые и двуполярные стабилизаторы.

Основные технические характеристики

Кроме выходного напряжения, для стабилизатора важен ток, который он может обеспечить под нагрузкой.

Этих данных достаточно для предварительного решения о возможности применения того или иного стабилизатора. Если нужны дополнительные характеристики, их можно найти в справочниках или в интернете.

Назначение выводов и принцип работы

По принципу работы все микросхемы серии относятся к линейным регуляторам. Это означает, что входное напряжение распределяется между регулирующим элементом (транзистором) стабилизатора и нагрузкой так, что на нагрузке падает напряжение, которое задается внутренними элементами микросхемы или внешними цепями.

Если входное напряжение увеличивается, транзистор прикрывается, если уменьшается – приоткрывается таким образом, чтобы на выходе напряжение оставалось постоянным. При изменении тока нагрузки стабилизатор отрабатывает так же, поддерживая неизменным напряжение нагрузки.

У этой схемы есть недостатки:

  1. Через регулирующий элемент постоянно протекает ток нагрузки, поэтому на нём постоянно рассеивается мощность P=Uрегулятора⋅Iнагрузки. Эта мощность расходуется впустую, и ограничивает КПД системы – он не может быть выше Uнагрузки/ Uрегулятора.
  2. Напряжение на входе должно превышать напряжение стабилизации.

Но простота применения, дешевизна прибора перевешивают недостатки, и в диапазоне рабочих токов до 3 А (и даже выше) что-то более сложное применять бессмысленно.

У регуляторов напряжения с фиксированным напряжением, а также у регулируемых стабилизаторов новых разработок (К142ЕН12, К142ЕН18) в трех- и четырехвыводном исполнении выводы обозначаются цифрами 17,8,2. Такое нелогичное сочетание выбрано, очевидно, для соответствия выводов с микросхемами в корпусах DIP. На самом деле такая «дремучая» маркировка сохранилась только в технической документации, а на схемах пользуются обозначениями выводов, соответствующим зарубежным аналогам.

Микросхемы старой разработки К142ЕН1(2) в 16-выводных планарных корпусах имеют следующее назначение выводов:

Недостатком планарного исполнения служит большое количество излишних выводов прибора.
Стабилизаторы КР142ЕН1(2) в корпусах DIP14 имеют другое назначение выводов.

У микросхем К142ЕН6 и КР142ЕН6, выпускаемых в разных вариантах корпуса с теплоотводом и однорядным расположением выводов, цоколёвка следующая:

Пример типовой схемы подключения

Для всех нерегулируемых однополярных стабилизаторов типовая схема одинакова:

С1 должен иметь ёмкость от 0,33 мкФ, С2 – от 0,1. В качестве С1 может быть использован фильтрующий конденсатор выпрямителя, если проводники от него до входа стабилизатора имеют длину не более 70 мм.

Двуполярный стабилизатор К142ЕН6 обычно включается так:

Для микросхем К142ЕН12 и ЕН18 напряжение на выходе устанавливается резисторами R1 и R2.

Для К142ЕН1(2) типовая схема включения выглядит сложнее:

Кроме типовых схем включения интегральные для стабилизаторов серии 142 существуют и другие варианты, позволяющие расширить область применения микросхем.

Какие существуют аналоги

Для некоторых приборов серии 142 существуют полные зарубежные аналоги:

Полный аналог означает, что микросхемы совпадают по электрическим характеристикам, по корпусу и расположению выводов. Но существуют еще и функциональные аналоги, которые во многих случаях замещают проектную микросхему. Так, 142ЕН5А в планарном корпусе не является полным аналогом 7805, но по характеристикам ей соответствует. Поэтому, если есть возможность установить один корпус вместо другого, то такая замена не ухудшит качество работы всего устройства.

Другая ситуация – КРЕН8Г в «транзисторном» исполнении не считается аналогом 7809 из-за того, что имеет меньший ток стабилизации (1 ампер против 1,5). Если это не критично и фактический потребляемый ток по цепи питания меньше 1 А (с запасом), то смело можно менять LM7809 на КР142ЕН8Г. И в каждом конкретном случае всегда надо прибегать к помощи справочника – зачастую можно подобрать что-то похожее по функционалу.

Как проверить работоспособность микросхем КРЕН

Микросхемы серии 142 имеют достаточно сложное устройство, поэтому мультиметром однозначно проверить её работоспособность невозможно. Единственный способ – собрать макет реального включения (на плате или навесным монтажом), который включает в себя, как минимум, входную и выходные ёмкости, подать на вход питание и проверить напряжение на выходе. Оно должно соответствовать паспортному.

Несмотря на доминирование на рынке микросхем зарубежного производства, приборы серии 142 удерживают свои позиции за счет качества изготовления и других потребительских свойств.

Проектирование топологии ПП для стабилизатора напряжения

В современной цифровой электронике широкое распространение получили импульсные понижающие стабилизаторы напряжения. Это обусловлено требованиями к питанию цифровых интегральных схем, потребляющих значительные токи — единицы и десятки ампер — при напряжениях около 1 В. Применение для таких целей традиционных линейных стабилизаторов напряжения неэффективно в силу больших потерь мощности на регулирующем элементе (силовом транзисторе), поскольку входной ток линейного стабилизатора примерно равен выходному току, а разница между входным и выходным напряжениями приводит к выделению мощности в виде тепла. Импульсные стабилизаторы используют реактивное сопротивление дросселя переменному току вместо активного сопротивления регулирующего транзистора [3, 4]. Данный принцип обеспечивает выходной ток, существенно превышающий ток, потребляемый стабилизатором по входу, что также называют преобразованием мощности (Power conversion).

Частота работы новых импульсных стабилизаторов напряжения достигает нескольких мегагерц, что, к слову, соответствует тактовым частотам первых микропроцессоров, созданных в 1970‑е годы. Повышение частоты работы импульсного стабилизатора позволяет значительно уменьшить индуктивность дросселя, что, в свою очередь, приводит к сокращению числа витков, снижению паразитного активного сопротивления и уменьшению габарита дросселя. Кроме того, применение высокочастотного импульсного преобразователя предоставляет возможность использовать керамические фильтрующие конденсаторы во входной и выходной цепях стабилизатора. Керамические конденсаторы имеют малые габариты и существенно меньшее паразитное последовательное сопротивление (ESR) в отличие от электролитических конденсаторов.

В качестве примера высокочастотного импульсного стабилизатора предлагается рассмотреть решение от американской компании Texas Instruments, реализованное на основе интегрального регулятора серии TPS6213x. Данные регуляторы представляют собой микросхемы в миниатюрном корпусе VQFN‑16 с шагом выводов 0,5 мм и центральной тепловой контактной площадкой (Exposed Thermal Pad). В плане данный корпус имеет форму квадрата размерами 3×3 мм, в профиле максимальная высота корпуса составляет 1 мм (рис. 1).

Рис. 1. Корпус VQFN 16 с тепловой контактной площадкой (вид снизу)

Центральная площадка корпуса согласно документации на микросхему [6] выполняет две функции: отвод тепла от кристалла во внутренние слои печатной платы и электрическое соединение с нулевым потенциалом («землей») GND. При этом центральная контактная площадка должна быть точкой объединения аналогового нуля AGND (Analog GrouND) и силового нуля PGND (Power GrouND).

В документации на микросхемы TPS6213x [6, 7] приведен пример рекомендуемой топологии посадочного места на печатной плате. Согласно этим рекомендациям составлен рис. 2, на котором также отражено назначение выводов корпуса.

Рис. 2. Топология посадочного места и назначение выводов микросхемы импульсного регулятора напряжения TPS62130

В пределах центральной контактной площадки рекомендуется расположить пять переходных отверстий диаметром 0,3 мм, которые призваны обеспечить надежный теплоотвод на внутренний слой-полигон печатной платы, электрически соединенный с нулевым потенциалом питания — GND.

Микросхемы серии TPS6213x поддерживают широкий диапазон входных напряжений питания от 3 до 17 В и обеспечивают выходной ток стабилизатора до 3 А. Частота работы составляет 1,25 МГц при высоком уровне на входе FSW либо 2,5 МГц — при низком уровне напряжения (нуле).

Выходное напряжение стабилизатора TPS62130 определяется внешним делителем напряжения, причем опорное напряжение (равное напряжению на выводе обратной связи FB — feedback) составляет 0,8 В, что достаточно для формирования потенциалов питания большинства современных цифровых СБИС.

Стабилизаторы на основе TPS62131, TPS62132, TPS62133 имеют встроенный делитель, их выходное напряжение зависит от типа микросхемы и составляет 1,8, 3,3 и 5 В соответственно. Применять для изменения выходного напряжения вывод обратной связи FB в таких стабилизаторах невозможно в силу того, что он подтянут к нулю внутренним резистором Pull-Down и не подключен к внутреннему компаратору. Для формирования других стандартных напряжений из ряда 2,5, 1,5, 1,35, 1,2, 1,1, 1 В и менее 1 В следует использовать микросхему TPS62130 с внешним резистивным делителем в цепи обратной связи.

Преимуществом микросхем серии TPS6213x, помимо значительного выходного тока и малого габарита корпуса, является простота принципиальной электрической схемы, имеющей минимальное количество пассивных электронных компонентов. Схема включения регулятора напряжения TPS62130 в стабилизаторе с выходным напряжением 3,3 В, аналогичная схеме из статьи [5], показана на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема стабилизатора напряжения 3,3 В на основе интегрального регулятора TPS62130

В приведенной на рис. 3 схеме используется два обозначения нулевой цепи: аналоговый ноль, помеченный литерой «A» (Analog), и силовой ноль, помеченный литерой «P» (Power). Соединение аналогового и силового сегментов должно выполняться на выводе тепловой контактной площадки — ETP (Exposed Thermal Pad).

Аналогичным образом выполнено разделение выводов питания: положительный входной потенциал для силовой цепи подается на выводы PVIN (Power Voltage INput), а питание аналоговых и слаботочных узлов микросхемы TPS62130 осуществляется по выводу AVIN (Analog Voltage INput).

Назначение выводов микросхем интегральных регуляторов напряжения серии TPS6213x приведено в таблице 1.

Таблица 1. Назначение выводов микросхем серии TPS6213x

Вывод

Вход/Выход

Функциональное назначение

Номер

Название

1

SW

Силовой выход

Коммутируемая цепь, управляемая внутренними силовыми КМОП-ключами. Дроссель подключается между этими выводами и выходным конденсатором

2

3

4

PG

Сигнальный выход

Высокий уровень, формируемый внешним Pull-UP, сигнализирует о достижении выходным напряжением требуемого номинала. Открытый сток

5

FB

Вход ОС

Вход обратной связи для TPS62130. Для улучшения теплоотвода TPS62131, TPS62132 и TPS62133 рекомендуется соединять с сегментом цепи AGND

6

AGND

Аналоговый ноль

Рекомендуется прямое соединение с тепловой контактной площадкой — ETP и полигоном нулевого потенциала печатной платы — GND

7

FSW

Управляющий вход

Вход выбора частоты преобразования: низкий уровень — 2,5 МГц, высокий уровень — 1,25 МГц

8

DEF

Управляющий вход

Вход выбора добавочного выходного напряжения: низкий уровень — 100% от номинала, высокий уровень — 105% от номинала

9

SS/TR

Аналоговый вход

Вход управления плавным запуском (Soft Start). Подключение внешнего конденсатора между этим выводом и AGND обеспечивает задержку нарастания внутреннего опорного напряжения

10

AVIN

Аналоговое питание

Вывод питания внутренних управляющих узлов микросхемы. Требуется подключать к общему источнику напряжения с цепью PVIN

11

PVIN

Силовое питание

Входы питания силового каскада КМОП-ключей. Требуется подключать к общему источнику напряжения с цепью AVIN

12

13

EN

Управляющий вход

Вход включения стабилизатора: низкий уровень — стабилизатор выключен,

высокий уровень — стабилизатор включен. Имеет внутренний Pull-Down-резистор

14

VOS

Аналоговый вход

Вход контроля выходного напряжения

15

PGND

Силовой ноль

Входы питания силового каскада КМОП-ключей. Нулевой потенциал

16

ETP

GND

Общий ноль

Теплоотвод кристалла и точка соединения сегментов силового нуля — PGND и аналогового нуля — AGND

Рассмотрим методику из пяти несложных шагов, следование которой позволяет спроектировать работоспособный и надежный импульсный стабилизатор напряжения на основе микросхемы TPS62130. Данная методика изначально была описана в [5].

Трассировка печатной платы в зоне размещения импульсных стабилизаторов напряжения крайне важна, но чаще всего этому предшествует весьма недооцененный шаг, способный помочь в обеспечении качественной и стабильной работы устройства.

Ошибки в топологии печатной платы вызывают разнообразные сбои, например нестабильность выходного напряжения и даже полную неработоспособность устройства. Ситуации, подобные этим, должны быть предотвращены любой ценой, поскольку устранение указанных неполадок обычно требует изменений в топологии печатной платы. Тем не менее таких подводных камней можно легко избежать, если потратить время и усилия на грамотную разработку топологии еще до того, как первая плата будет заказана. В данной статье описано пять простых шагов, выполнение которых обеспечит работоспособность и надежность понижающего стабилизатора напряжения и позволит ускорить серийный выпуск.

При проектировании сервера, планшета или кассового терминала чаще всего прибегают к наиболее проверенному варианту — простому копированию топологии демонстрационной платы, описание которой дано в спецификации на основной компонент стабилизатора. Однако использование этого способа не всегда возможно по разным причинам. В статье описан именно такой случай, что позволяет спроектировать, применяя методику пяти шагов, качественную разводку платы любого интегрального понижающего стабилизатора напряжения серии TPS62. Входящие в его состав транзисторы и компенсационный контур значительно упрощают топологию платы, уменьшая сложность и затраты времени на процесс трассировки. Микросхема TPS62130A приведена в качестве примера понижающего стабилизатора напряжения, который может быть использован в любом из перечисленных выше устройств. Типовая принципиальная электрическая схема включения микросхемы TPS62130A показана на рис. 3.

Первый шаг — размещение и трассировка конденсатора в цепи входного питания. Конденсатор, стоящий на входе, является важнейшим компонентом для надежной работы любого понижающего стабилизатора напряжения. Таким образом, он должен быть размещен на плате сразу после интегральной микросхемы (ИС). Соедините конденсатор с ИС сразу после размещения, чтобы ни одна другая цепь не могла быть оттрассирована между ними. Излишняя магнитная индуктивность между выводами входного конденсатора (питанием и «землей») и выводами питания ИС создает чрезмерные колебания напряжения вследствие переключения силового каскада стабилизатора, что ясно следует из формулы V = L×dI/dt. Это может привести к выходу из строя ИС.

Поместите входной конденсатор настолько близко к ИС, насколько это позволяют технологические ограничения монтажа. Соединение конденсатора и микросхемы лучше выполнять полигонами. Использование такого широкого и короткого соединения помогает минимизировать индуктивность. Добавьте переходные отверстия для соединения с полигонами входного напряжения и «земли». Размещение переходных отверстий будет описано в пятом шаге ввиду меньшей важности. На рис. 4 показано правильное расположение и подключение входного конденсатора к ИС. Два варианта изображены таким образом, чтобы на них отражалось два доступных положения конденсатора (С1 и С11) с учетом разводки микросхемы TPS62130A (U1 и U11). Первый вывод ИС находится в нижнем правом углу.

Рис. 4. Размещение и трассировка микросхемы и входного конденсатора для уменьшения скачков напряжения

Второй шаг — расположение и подключение катушки индуктивности и, если он используется, демпфера цепи SW. Второй по важности компонент, который требуется разместить и подключить, — это катушка индуктивности и, если он применен, демпфер цепи SW. Схемы с демпфером обычно нужны для уменьшения электромагнитного излучения (ЭМИ) в импульсных стабилизаторах напряжения с помощью замедления фронтов переключения в цепи SW. К сожалению, повышение длительности фронтов снижает КПД из-за увеличения потерь на переключения.

Поскольку напряжение в цепи SW резко изменяется от входного напряжения до «земли» с очень малым временем спада подъема, оно является основным генератором электромагнитного излучения в импульсных стабилизаторах. Современные импульсные стабилизаторы, как правило, содержат некоторые технические решения, уменьшающие электромагнитное излучение, что устраняет необходимость в применении демпфера. Для повышения эффективного снижения ЭМИ на этом шаге следует добавить демпфер из резистора или конденсатора в топологию платы. Демпфер размещается так, чтобы его трассировка между цепями SW и GND была наиболее короткой, что минимизирует ЭМИ [1].

Для уменьшения уровня электромагнитного излучения расположите дроссель как можно ближе к ИС, добиваясь минимально возможной площади проводника цепи SW. Вся медь, соединенная с цепью SW, — одна обкладка паразитного конденсатора, вторая обкладка которого представлена любой другой цепью схемы. Данная паразитная емкость способствует распространению электромагнитных помех. При уменьшении поверхности цепи SW площадь данного конденсатора минимизируется, снижая воздействия помех. Допускается вращение дросселя с учетом сокращения поверхности цепи SW для упрощения соединения с выходным конденсатором (шаг 3). На рис. 5 показано правильное размещение дросселя (L1 и L11) как с RC-демпфером, так и без него (R14 и C15).

Рис. 5. Размещение и трассировка катушки индуктивности и RC-демпфера для минимизации помех

Третий шаг — размещение и трассировка выходного конденсатора и цепи VOS. Расположение выходного конденсатора заканчивает трассировку силовых компонентов (силовых MOSFET-ключей, входного и выходного конденсаторов, катушки индуктивности и необязательного демпфера).

Это последний компонент, подсоединяющийся к силовому сегменту нуля. Он располагается с учетом обеспечения минимальной длины связи от правого вывода дросселя до силового нуля. Неправильное размещение выходного конденсатора обычно влечет нестабильность выходного напряжения.

Все силовые компоненты устанавливаются и трассируются с учетом минимизации расстояния между ними. Обеспечение малых размеров этих цепей позволяет создать условия для наилучшей работы интегрального стабилизатора напряжения. Настоятельно не рекомендуется использовать сквозные отверстия в данных цепях, поскольку они увеличивают паразитную индуктивность в трассировке. В определенных случаях такие отверстия допускается использовать в соединениях цепи SW.

Наиболее критичным слаботочным соединением является цепь VOS, неправильная топология или наводки на которой приводят к плохой регуляции или дрожанию выходного напряжения и даже выходу из строя ИС. Необходимо трассировать цепь VOS как наиболее приоритетную. Важно минимизировать длину трасс этой цепи к выходному конденсатору. Согласно разводке выводов TPS62130A, следует трассировать цепь VOS с двумя переходными отверстиями и выделенной трассой непосредственно к выходному конденсатору. Таким образом обеспечивается приоритет трассировки силовых цепей. Для уменьшения шумов следует изолировать переходные отверстия от всех соединений, кроме цепи VOS и полигона VOUT на верхнем слое. Недопустимо трассировать цепь VOS в TPS62130A напрямую по верхнему слою, так как это нарушает соединение PGND, которое является более важным. На рис. 6 дано правильное расположение и трассировка для выходных конденсаторов C1 и С12, а также правильная трассировка цепи VOS по нижнему слою печатной платы.

Рис. 6. Разводка платы и трассировка выходного конденсатора и цепи VOS

Четвертый шаг — размещение и трассировка компонентов слаботочных цепей. Слаботочные компоненты включают все аналоговые и цифровые элементы, не связанные напрямую с силовым преобразованием. К ним относятся: делитель напряжения цепи обратной связи, конденсатор плавного запуска, а также любые развязывающие конденсаторы малой емкости.

В то время когда более шумные силовые компоненты и их узлы создают шум, аналоговые слаботочные компоненты к нему крайне восприимчивы. Необходимо расположить данные компоненты как можно ближе к ИС с короткой и прямой трассировкой для уменьшения влияния на них помех. Особенно важно минимизировать длину цепи ОС для увеличения ее помехоустойчивости и обеспечения надежной стабилизации напряжения.

Рекомендуется использовать общий сегмент аналогового или «очищенного от шума» нуля, а также располагать все компоненты на одной стороне печатной платы для облегчения трассировки.

Основные проблемы, вызываемые плохой разводкой и трассировкой слаботочных компонентов, заключаются в плохой регуляции выходного напряжения, нестабильном плавном запуске и общих проблемах в работе стабилизатора.

Любые цифровые сигналы, к которым относятся цепи EN и PG, являются наименее приоритетными для размещения и трассировки, следовательно, их нужно трассировать последними. Цифровые цепи обычно имеют источник сигнала с малым сопротивлением. Любые подтягивающие резисторы, как правило, могут находиться в любом месте физической цепи и необходимость их расположения близко к интегральным стабилизаторам напряжения отсутствует. На рис. 7 представлено правильное расположение и трассировка слаботочных компонентов: резисторы ОС (R1, R2 и R11, R12), конденсаторы плавного тока (C4 и C14), развязывающий конденсатор аналогового питания AVIN (C3 и C13) и подтягивающий резистор цепи PG (R3 и R13).

Рис. 7. Размещение и трассировка цифровых компонентов и слаботочных аналоговых компонентов

Пятый шаг — создание общей точки нуля и соединение ее с системной «землей». Необходимо всегда следовать указаниям технической документации, касающимся заземления.

Обычно это означает выделение одного сегмента заземления для силовых компонентов с высоким уровнем шума и отдельного сегмента для слаботочных компонентов, уровень шума у которых достаточно низок.

Это уже выполнено по указаниям в предложенных ранее шагах.

Следующим шагом станет объединение этих заземлений в общей точке, обычно в центральной тепловой контактной площадке под ИС, также требующей соединения с «землей». Возвратимся к рис. 7: единственное изменение в трассировке заземления — полностью залить медный слой между контактами PGND и тепловой контактной площадкой. В документации на TPS62130A данное соединение указано как обязательное. Отсутствие соединения может вызвать проблемы, связанные с помехами, — плохую стабилизацию выходного напряжения и неправильные логические уровни для цифровых входов. Это вызвано сдвигами напряжения во время работы. Правильная топология заземления также улучшает теплоотвод микросхемы.

После завершения трассировки заземления надо соединить стабилизатор напряжения с остальной системой. Так как входное напряжение, выходное напряжение и заземление обычно присутствуют на полигонах во внутренних слоях печатной платы, подключение стабилизатора можно выполнить с помощью переходных отверстий. При заземлении отверстия целесообразно расположить под ИС так, чтобы тепловая контактная площадка проводила тепло внутрь печатной платы. Это необходимо для обеспечения должного теплоотвода от ИС. Сквозные отверстия также помещаются около выводов заземления входных и выходных конденсаторов. Не рекомендуется размещать переходные отверстия на системном слое заземления вблизи выводов слаботочных компонентов, что может увеличить помехи на них. Данные соединения нужно трассировать напрямую к контакту AGND, где они соединяются в одной точке с тепловой контактной площадкой.

Сквозные отверстия также необходимы для соединения входных и выходных напряжений с полигонами питания. Рекомендуется помещать сквозные отверстия вне интегрального стабилизатора напряжения вместо расположения между входным конденсатором и ИC, чтобы не препятствовать размещению критически важных трасс. Хорошим решением является использование одного переходного отверстия на каждый ампер тока. Однако, если позволяет место, следует максимально увеличить количество сквозных отверстий.

Законченная разводка показана на рис. 8.

Рис. 8. Законченная разводка платы и трассировка со сквозными отверстиями и общей точкой заземления

Всегда сверяйтесь с технической документацией касательно конкретных рекомендаций по разводке печатной платы. Приведенных указаний и примеров достаточно для большинства распиновок интегральных стабилизаторов напряжения. Существует тип разводки, вызывающий замешательство, с которым сталкиваются при использовании корпусов WCPS, таких как у микросхемы TPS62360. Во многих понижающих конвертерах в корпусе WCPS вывод корпуса SW размещен между выводами VIN и GND. Если следовать первому шагу, входной конденсатор блокирует доступ к SW. Исключение представляет случай, когда SW проведен под входным конденсатором. Бытует мнение, что это нежелательно, поскольку трасса должна быть достаточно узкой, чтобы расположить связь между выводами малогабаритного компонента, такого как входной конденсатор. Описанная ситуация, в свою очередь, представлена на рис. 9.

Рис. 9. Рекомендованная топология микросхемы TPS62360 с корпусом WCPS [2]

Предпочтительный способ разводки платы — расположение трассы цепи SW под входным конденсатором. В таком случае трасса будет довольно тонкой и короткой, что сохранит поверхность цепи SW достаточно малой и снизит влияние на нее электромагнитных помех.

Если провести такую трассу не представляется возможным, необходимо использовать сквозные отверстия для соединения выхода SW и дросселя. Отверстия в данном соединении просто увеличат дополнительные электромагнитные помехи из-за большей длины связи.

Однако дополнительная паразитная индуктивность сквозных отверстий не критична, поскольку соединена последовательно с индуктивностью дросселя. Исходя из этого, использование сквозных отверстий является лучшим выбором, чем перемещение входного конденсатора.

В заключение хотелось бы отметить необходимость учитывать требования технической документации и стараться применять топологию демонстрационной платы во время проектирования печатных плат для поиска примеров и конкретных рекомендаций. Но для случаев, когда имеющимися решениями нельзя в полной мере воспользоваться, рекомендуется следовать данным пяти простым шагам:

  1. Разместить и оттрассировать конденсатор в цепи входного питания.
  2. Разместить и оттрассировать катушки индуктивности и демпфер цепи SW.
  3. Разместить и оттрассировать выходной конденсатор и цепи VOS.
  4. Разместить и оттрассировать слаботочные компоненты.
  5. Создать общую точку заземления и соединить ее с системной «землей».

Следование этим рекомендациям приведет к созданию надежной конструкции, которая обеспечит хорошую производительность для серверов, планшетов, кассовых терминалов и любой другой системы, использующей понижающие преобразователи напряжения.

В свете растущего национального интереса к импортозамещению предлагается рассмотреть реализацию понижающего импульсного стабилизатора напряжения на основе отечественной микросхемы 1310ПН1У, выпускаемой ЗАО «ПКК Миландр» как с приемкой ОТК, так и с приемкой заказчика [8]. Микросхема 1310ПН1У представляет собой импульсный регулятор напряжения со встроенными силовыми ключами, рассчитанными на ток нагрузки до 1,5 А, и функционирующий на частоте до 350 кГц.

Опорное напряжение микросхемы 1310ПН1У составляет 1,1 В, что позволяет строить на ее основе стабилизаторы стандартного ряда напряжений питания цифровых СБИС: 1,1, 1,2, 1,5, 1,8, 2,5, и 3,3.

На рис. 10 приведена электрическая принципиальная схема стабилизатора напряжения на 1,2 В для питания ПЛИС, в основу которой положена микросхема 1310ПН1У. Питание стабилизатора осуществляется от входного напряжения номиналом 5 В ±10%.

Рис. 10. Принципиальная электрическая схема импульсного понижающего стабилизатора напряжения на основе микросхемы 1310ПН1У

На рис. 10 представлена выполненная средствами пакета Design Entry из состава САПР Cadence Allegro/OrCAD 16.6 электрическая принципиальная схема понижающего стабилизатора напряжения на основе микросхемы 1310ПН1У в режиме регулируемого выходного напряжения, устанавливаемого внешним резистивным делителем. При выборе номиналов пассивных элементов использованы рекомендации, приведенные производителем микросхемы в спецификации [8].

В представленной электрической схеме предусмотрены только ЭРЭ отечественного производства. Полный перечень элементов, задействованных в схеме стабилизатора напряжения, приведен в таблице 2.

Таблица 2. Перечень элементов стабилизатора напряжения 1,2 В

Позиционное обозначение

Наименование

C1

Конденсатор К53-67-10 В-100 мкФ ±10%

АЖЯР.673546.006ТУ

C2

Конденсатор К10-79-10 В-1 мкФ +80/–20%-Н90

АЖЯР.673511.004ТУ

C3

Конденсатор К10-79-25 В-2,2 мкФ +80/–20%-Н90

АЖЯР.673511.004ТУ

C4

Конденсатор К10-79-50 В-470пФ±5%

АЖЯР.673511.004ТУ

C5

Конденсатор К10-79-50 В-0,01 мкФ +80/–20%-Н90

АЖЯР.673511.004ТУ

C6

Конденсатор К10-79-10 В-1 мкФ +80/–20%-Н90

АЖЯР.673511.004ТУ

C7

Конденсатор К53-67-6.3 В-100 мкФ ±10%

АЖЯР.673546.006ТУ

C8

Конденсатор К10-79-10 В-0,1 мкФ +80/–20%-Н90

АЖЯР.673511.004ТУ

D1

Микросхема 1310ПН1У

АЕЯР.431320.670ТУ

L1

Дроссель ДМ-1,2-6 мкГн-В

ГИО.477.005ТУ

R1

Резистор Р1-12-0,062-1 мОм ±5%-М

АЛЯР.434110.005ТУ

R2

Резистор Р1-12-0,062-100 кОм ±5%-М

АЛЯР.434110.005ТУ

R3

Резистор Р1-12-0,125-10 Ом ±5%-М

АЛЯР.434110.005ТУ

R4

Резистор Р1-12-0,125-390 кОм ±5%-М

АЛЯР.434110.005ТУ

R5

Резистор Р1-16П-0,125-47 Ом ±0,5%-0,5-Л

АЛЯР.434110.002ТУ

R6

Резистор Р1-16П-0,125-510 Ом ±0,5%-0,5-Л

АЛЯР.434110.002ТУ

На основе принципиальной электрической схемы (рис. 10) средствами пакета PCB Designer (Layout) из состава САПР Cadence Allegro/OrCAD 16.6 была реализована топология печатной платы, в которой учтено большинство изложенных в данной статье рекомендаций. Внешний вид изготовленной печатной платы и смонтированного на ней понижающего импульсного стабилизатора приведен на рис. 11 и 12.

Рис. 11. Топология печатной платы и монтаж импульсного стабилизатора

Рис. 12. Топология обратной стороны печатной платы и монтаж

Рассмотрим топологию поподробнее. На рис. 13а приведена топология верхнего слоя печатной платы. Выделенные синим контактные площадки принадлежат посадочным местам элементов, расположенных с обратной стороны платы.

Рис. 13. Послойная топология печатной платы импульсного стабилизатора:
а) топология верхнего слоя печатной платы;
б) топология проводников внутреннего слоя печатной платы;
в) топология проводников нижнего слоя печатной платы

На рис. 13б представлена топология проводников внутреннего слоя печатной платы, красным выделены контактные площадки посадочных мест, находящихся на верхнем слое печатной платы, синим — на нижнем слое.

На рис. 13в приведена топология провод-ников нижнего слоя печатной платы, красным выделены контактные площадки, расположенные на верхнем слое. Для удобства восприятия изображение выполнено зеркально по отношению к рис. 13а, б.

Полигоны питания +5, +1,2, 0 В (рис. 13а–в) расположены на внутренних слоях и приведены для наглядности, при этом полигон питания 0 В полностью занимает отдельный слой.

На верхнем слое печатной платы (рис. 13а) находятся основные силовые компоненты схемы: конденсаторы на входном питании С1 и С2, катушка индуктивности L1, конденсаторы на выходном питании С7 и С8, их расположение оптимизировано с целью уменьшения длины трасс до выводов микросхемы (в соответствии с рекомендациями 1–3), сами трассы выполнены проводниками увеличенной ширины (0,75 и 1,25 мм), соединение с полигонами питания реализовано при помощи переходных отверстий увеличенного диаметра и сдвоенных переходных отверстий стандартного диаметра.

Ограниченная площадь для размещения компонентов понижающего стабилизатора на плате при необходимости соблюсти разумные длины трасс привела к переносу на нижнюю часть печатной платы резисторов R5 и R6, реализующих делитель напряжения в цепи обратной связи, и части пассивных компонентов в слаботочных цепях (R1–R4, С5).

Наиболее критичной на данном слое является цепь делителя напряжения. Соединение полигона питания +5 В с выводами микросхемы выполнено на внутреннем слое (рис. 13в).

Литература
  1. Falin J. Minimizing Ringing at the Switch Node of a Boost Converter. Application Note, Texas Instruments, September 2006. Available: www.ti.com/1q15‑slva255 /ссылка утрачена/
  2. Layout example taken from the TPS62360 datasheet, figure 52, page 35. Available.
  3. Семенов Б. Ю. Силовая электроника: от простого к сложному. М.: СОЛОН-Пресс, 2005.
  4. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. 2‑е изд., испр. М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.
  5. Glaser C. Five steps to a great PCB layout for a step-down converter. Texas Instruments Incorporated.Analog Applications Journal. slyt614, 2015.
  6. TPS6213x 3V‑17V 3A Step-Down Converter In 3×3 QFN Package. Texas Instruments Incorporated. SLVSAG7C. November 2011.  Revised January 2015.
  7. TPS62130EVM‑505, TPS62140EVM‑505, and TPS62150EVM‑505 Evaluation Modules User’s Guide. Texas Instruments Incorporated.SLVU437A — October 2011 — Revised July 2013.
  8. Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У. Микросхема понижающего преобразователя напряжения. ЗАО «ПКК Миландр». ТСКЯ.431329.001 СП Версия 2.4 от 08.07.2010.

Газоразрядный стабилизатор — напряжение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Газоразрядный стабилизатор — напряжение

Cтраница 1


Газоразрядный стабилизатор напряжения ( рис. 14, а) и стабилизатор на кремниевом стабилитроне ( рис. 14, б) служат для стабилизации постоянного напряжения и поэтому обычно включаются между выпрямителем и нагрузочным сопротивлением. Кремниевые параметрические стабилизаторы широко применяются для питания различных полупроводниковых схем, а также в качестве источника эталонного напряжения в измерительной технике и в схемах компенсационных транзисторных стабилизаторов напряжения.  [2]

Газоразрядные стабилизаторы напряжения ( стабилитроны) являются параметрическими стабилизаторами, действие которых основано на нелинейных свойствах тлеющего и коронного разрядов.  [3]

Газоразрядные стабилизаторы напряжения можно рассчитывать различными способами, в зависимости от того, какие величины являются исходными. При этом используют аналитические и графические методы расчета.  [4]

Газоразрядные стабилизаторы напряжения — стабилитроны — предназначены для стабилизации напряжения постоянного тока при изменении тока нагрузки и питающего напряжения.  [5]

В качестве газоразрядного стабилизатора напряжения применяется газоразрядный прибор, называемый стабилитроном. Принцип действия его основан на свойствах электрического разряда в газах.  [7]

Основной недостаток газоразрядных стабилизаторов напряжения заключается в сравнительно малом значении коэффициента стабилизации.  [8]

Последовательно с газоразрядным стабилизатором напряжения г2 ( / 2) типа 75С5 — 30, вольтамперная характеристика которого / 2 — / 2 ( f / 2) изображена на фиг.  [9]

В заключение интересно отметить, что газоразрядные стабилизаторы напряжения применяют и для стабилизации переменного напряжения. При этом используются два стабилизатора, которые включаются параллельно, так чтобы полярность на электродах была разная, тогда в положительный полупериод зажигается один стабилитрон, в отрицательный — другой.  [10]

Питание всех цепей постоянного тока производится от выпрямителя с газоразрядным стабилизатором напряжения. Заряд измеряемой емкости производится постоянным напряжением 350 — 450 в. Переключение на заряд и разряд осуществляется при помощи поляризованного реле РП.  [11]

Питание всех цепей постоянного тока производится от выпрямителя с газоразрядным стабилизатором напряжения. Заряд измеряемой емкости производится постоянным напряжением 350 — г — 450 в. Переключение на заряд и разряд осуществляет поляризованное реле РП.  [12]

Питается схема от фер-рорезонансного стабилизатора с применением дополнительной стабилизации газоразрядным стабилизатором напряжения типа СПП.  [13]

Эксперименты показали, что возможно создание таких диодов на напряжения стабилизации от единиц вольт до 100 б и выше, перекрывая тем самым и диапазон работы газоразрядных стабилизаторов напряжения. Такие диоды были названы стабилитронами. Так как предполагалось, что в основе действия этих диодов лежит туннельный ( зене-ровский) пробой, то эти диоды в литературе часто называют диодами Зенера.  [14]

Универсальный испытатель ламп Л1 — 3 предназначен для измерения основных электрических параметров приемно-усилительных и маломощных генераторных ( с мощностью рассеивания на аноде до 25 Вт) ламп, кенотронов, диодов и газоразрядных стабилизаторов напряжения в соответствии с технической документацией на указанные группы ламп или в условных режимах.  [15]

Страницы:      1    2

%PDF-1.5 % 1638 0 объект > эндообъект 1665 0 объект >/Шрифт>>>/Поля[]>> эндообъект 1740 0 объект >поток конечный поток эндообъект 1666 0 объект > эндообъект 1718 0 объект > эндообъект 1630 0 объект > эндообъект 1632 0 объект > эндообъект 1663 0 объект [1664 0 Р] эндообъект 1664 0 объект

Honle AVR Series Automatic Voltage Stabilizer Circuit Diagram – Китай Стабилизатор напряжения, регулятор напряжения Размер, легкий вес, задержка выхода, небольшое искажение волны и надежный, строгий дизайн и точная сборка.Этот тип стабилизатора также может добавлять функцию регулирования напряжения.

Технические характеристики
1. Входное напряжение: 150-270 В
2. Выходное напряжение: 220 В+/-8% 110 В+/-10%
3. Время задержки выхода: 3-7 мин/3-7 сек
4. Частота: 50 / 60Hz

~ 40 C

9000VA AVR-500VA AVR — 1000VA AVR — 1500VA AVR -2000VA AVR — 3000VA AVR — 5000VA
вход Однофазное
Напряжение AC150-270V AC150-270V
Частота
50 Гц / 60 Гц
Выход
Напряжение 220 В +/- 8%, 110 В +/- 10%
Эффективность 98% 98%
Freencent 50HZ / 60HZ
Охрана напряжения
AC246V +/- 4V AC246V +/- 4V
Защита ниже-вольт Дополнительно
Необязательно
на тепло
дополнительно
Задержка
Задержка 3-7MIN / 3-7SEC
Нагрузка / короткий замыкает 9003 Да
Environment Рабочая температура -10 ~ 40 C
~ 45 C -15 ~ 45 C
Влажность 20% до 90%
Упаковка PCS / Carton 4 4 4 1 1 1
Размер машины (см) 19*17.5 * 14 19 * 17.5 * 14 21.5 * 19.5 * 17 24 * 29,5 * 19.5 23.5 * 30.2 * 23.59 23,5 * 30.2 * 23.5
Размер упаковки (см) 42 * 24 * 33 42 * 24 * 33 42 * 24 * 33 49 * 26.5 * 38.5 29 * 34 * 23 29 * 34 * 26 29 * 34 * 36

Компания Введение






Наши преимущества

1. Хорошая философия бизнеса:
Наша компания придерживается философии бизнеса «качество выживания, инновации и развитие.»

2. Современное оборудование:
Мы приобрели передовое производственное и испытательное оборудование в стране и за рубежом. Например, японская линия по производству листового металла с ЧПУ, немецкий станок для резки с ЧПУ и другое оборудование.

3. Полная логистика сервис:
С развитием компании в основном завершено строительство складских и логистических каналов в центральных городах.Компания может полностью удовлетворить потребности пользователей по качеству, количеству, ассортименту и срокам доставки.

4.Honor:
Компания прошла сертификацию системы менеджмента качества ISO 9001, системы экологического менеджмента ISO 14001 и системы менеджмента безопасности и охраны труда.

Ч.З.В.
Q 1. каковы условия оплаты?
A. Мы принимаем LC, T/T, D/P, Western Union PayPal. Если другие, мы можем обсудить.

Q 2. как срок поставки?
A. Обычно это занимает около 30 дней после подтверждения заказа.

Q 3. скажите мне стандарт пакета?
А.Для небольшой емкости мы будем использовать картонную коробку, но для большой емкости мы должны использовать прочный деревянный ящик для защиты.

В 4. Не могли бы вы предложить форму A или C/O?
А. Нет проблем. Мы можем подготовить соответствующие документы в отдел по делам происхождения или в другой офис, чтобы подать заявку на соответствующие сертификаты.

В 5. Согласны ли вы использовать наш логотип?
A. Если количество хорошее, это не проблема сделать OEM.

Q 6. Мы хотим знать месячную вместимость.
A. Это зависит от модели. Например, для емкости реле месячная производительность может достигать около 5000 шт./месяц, а для большой емкости около 2000 шт./месяц.

В 7.Где находится ваш рынок?
A. Наши продукты популярны в Северной Америке, Южной Америке, Восточной Европе, Юго-Восточной Азии, Африке, Океании, Среднем Востоке, Восточной Азии, Западной Европе и так далее. Некоторые из них являются нашими постоянными клиентами, а некоторые развиваются. Мы надеемся, что вы можете присоединиться к нам и получить взаимную выгоду от нашего сотрудничества.

Q 8. Какие сертификаты у вас есть?
A. Наша компания уже достигла ISO9001, и для продуктов у нас есть CE, ISO9001, SGS и так далее.

Дорогие друзья, мы ваш надежный партнер в области стабилизаторов напряжения!
 
Мы признательны, если вы оставите здесь подробную информацию о продукте или отправите электронное письмо на наш почтовый ящик: .
 
Для нас большая честь общаться с вами!
 
Мы ответим как можно скорее. Большое спасибо.  

SiO2 с привитым стабилизатором напряжения Увеличивает Напряжение пробоя циклоалифатической эпоксидной смолы

Реферат

Циклоалифатическая эпоксидная смола (CE) смола играет жизненно важную роль в изоляции оборудования благодаря отличной изоляции и технологичности. Однако, недостаточная способность CE удерживать электроны под высоким напряжением часто приводит к электрическому пробою, что ограничивает его широкое применение в высоковольтном изоляционном оборудовании.В этой работе интерфейс эффект неорганического нано-SiO 2 вводит глубокие ловушки для захватывать электроны, что синергично с присущей ему способностью стабилизатора напряжения м -аминобензойная кислота ( м -АБК) для захвата высокоэнергетических электронов путем столкновения. Таким образом, интенсивность разрушения изоляции снижается за счет легирования. функционализированных наночастиц м -АБК-привитых нано-SiO 2 ( m -ABA-SiO 2 ) в СЕ.Стоит отметить, что пробивная напряженность поля этого m -ABA-SiO 2 /CE достигает 53 кВ/мм, что составляет 40,8%. выше, чем у чистого СЕ. Кроме того, прочность на растяжение и объемное удельное сопротивление м -ABA-SiO 2 /CE увеличился на 29,1 и 140% соответственно. При этом стеклование температура повысилась примерно на 25°С и достигла 213°С. Эта работа доказывает, что всесторонняя производительность нанокомпозитов на основе CE эффективно улучшают m -ABA-SiO 2 наночастиц, демонстрируя большой потенциал применения в высоковольтной изоляции оборудование.

Введение

Хорошо известно, что безопасность и стабильность энергосистем напрямую зависят от уровня изоляции высоковольтной изоляции материалы. Циклоалифатическая эпоксидная смола (CE) обладает отличной устойчивостью к напряжению, термостойкость и технологичность благодаря своей уникальной структуре, что делает это идеальный изоляционный материал для практического применения. 1−4 Согласно теории электрического пробоя твердых диэлектриков, электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости в достаточно сильном электрическом поле, а затем ускоряется до столкновения с другими атомами для генерации ионизированных электронов. 5−7 Малый ток генерируемая миграцией электронов, пройдет через ХЭ, который в конечном итоге приведет к электрическому пробою, как показано на рис. С развитием высоковольтного электронного силового оборудования было проведено множество исследований. сообщается об улучшении характеристик изоляционных материалов. 8−11 На самом деле повышение прочности на разрыв остается чрезвычайно сложной задачей. и имеет решающее значение с точки зрения снижения частоты отказов изоляции и надежности беспокойства. 12−14

Схема пробоя электронов на разные базы.(а) Схема электрического пробоя чистого ЭЭ; (б) электрический пробой схема нанокомпозита SiO 2 /CE; (в) электрические схема разбивки композита м -ABA/CE; и (г) электрическая схема пробоя нанокомпозита м -ABA-SiO 2 /CE.

На данный момент было предложено два важных метода для повышения прочности поля пробоя полимеров в основном были сосредоточены по включению нанонаполнителей и стабилизаторов напряжения. 15−18 Сообщалось, что механизм, посредством которого нанонаполнители с низким содержанием (например, TiO 2 , 19,20 MgO, 21,22 и Al 2 O 3 23,24 ) может улучшить Прочность полимера на разрыв в основном объясняется двумя способами: (1) извилистый путь электронного пробоя, вызванный нанонаполнителями. 25,26 (2) Нанонаполнители захватывают электроны, вводя глубокие ловушки в полимер (б). Выявлено, что нано-SiO 2 может эффективно улучшить электроизоляционные свойства полимеров. 16,27,28 Однако трудно поверхностный нано-SiO 2 для равномерного распределения в полимере, поэтому ожидаемая производительность не может быть получена. Следовательно, это из большое значение для получения нанокомпозитов на основе CE с хорошей совместимостью модификацией поверхности нано-SiO 2 . 29 Вкратце, текущая неотложная работа заключается в поиске более эффективных методы повышения напряженности поля пробоя нанокомпозитов на основе ПЭ.

В последние несколько десятилетий были предложены эффективные стабилизаторы для захвата высокоэнергетических электронов, которые разрушают молекулярную структуру полимера. цепей за счет ударного возбуждения и ударной ионизации (в). 30,31 Как правило, фенильные соединения со сложноэфирными группами имеют более высокую электронную сродство и более низкий потенциал ионизации, что указывает на их более высокую способность для захвата высокоэнергетических электронов. 32 К сожалению, стабилизатор плохо совместим с полимерной матрицей и в итоге теряет свою эффективность из-за миграции в матрице. Поэтому, очень важно улучшить совместимость напряжения стабилизатор с полимерной матрицей. 17 миграция стабилизатора подавляется, а поверхностная активность наночастиц уменьшается, что, как ожидается, будет реализовано путем закрепления стабилизатора напряжения на поверхности наночастиц.Есть отличная способность на м -АБА захватывать высокоэнергетические электроны в полимерах. 33 Улучшение совместимость m -ABA с CE и агломерацией нано-SiO 2 можно получить путем прививки m -ABA на частицы нано-SiO 2 . Эта синергия делает напряжение пробоя нанокомпозитов на основе CE заметное улучшение (г).

В данной работе SiO 2 -функционализированные наночастицы привиты со стабилизатором м -АВА были успешно добавлены к КЭ, отвержденному ангидридом.С одной стороны, нано-SiO 2 внедряется в глубокие ловушки или образует рассеивающие центры в CE для улучшения напряженности поля пробоя. С другой стороны, это стратегия может улучшить совместимость m -ABA и CE, что способствует способности m -ABA к захватывать высокоэнергетические электроны. Сотрудничество между nano-SiO 2 и m -ABA значительно улучшает электрические разрушающая способность нанокомпозитов на основе ПЭ. Поле разбивки сила увеличена на 40.8% до 53 кВ/мм. В дополнение предел прочности при растяжении и объемное сопротивление м -ABA-SiO 2 /CE увеличиваются на 29,1% и 140% соответственно. Тем временем, температура стеклования увеличилась примерно на 25 °C и достигла 213°С. Похвально, что термическое разложение температура, предел прочности при растяжении, объемное удельное сопротивление и стеклование температура T г нанокомпозитов на основе ПЭ были улучшены за счет введения функционализированных наночастиц из м -ABA-привитого нано-SiO 2 ( м -ABA-SiO 2 ).Улучшение комплексного характеристики нанокомпозитов на основе ПЭ позволяют использовать в более высоковольтном изолированном электрооборудовании.

Результаты и обсуждение

Структура и морфология компонента в

м -ABA-SiO 2 /CE Нанокомпозит

иллюстрирует процесс стабилизатора напряжения м -АВА привитый на нано-SiO 2 . Во-первых, напряжение стабилизатор м -АБК и аминосилановый связующий агент КН-550 завершил реакцию амидирования при определенной температуре.Во-вторых, силоксановая группа в КН-550 была гидролизована и связана с Si–OH на нано-SiO 2 с образованием Si–O–Si связь. В итоге было получено м -ABA-SiO 2 . после стирки и сушки. Здесь нетронутый нано-SiO 2 наблюдался с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и просвечивающей электронная микроскопия (ПЭМ) (рис. S1), показывающая хорошо диспергирование наночастиц SiO 2 диаметром ~18 нм. Рисунок S2 показывает Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FT-IR) для прививка м -АБК к нано-SiO 2 .Пик при 2923 см –1 относится к −CH 2 – пику валентных колебаний силановой муфты агент КН-550. Два пика при 1650 и 1395 см –1 соответствуют пикам валентных колебаний –C=O– и -CN- после реакции амидирования соответственно. Кроме того, исчез пик колебаний растяжения, отнесенный к Si–OH. при 963 см –1 , что свидетельствует о протекании реакции дегидратации прошло успешно. Таким образом, функционализированная частица m -ABA-SiO 2 была успешно получена.Более того, результаты дифракции рентгеновских лучей (XRD) показаны на рисунке S3. Положение пика m -ABA-SiO 2 смещено примерно на 1° вправо от исходного нано-SiO 2 . Можно предположить, что это вызвано удачной прививкой. м -ABA на SiO 2 . Кроме того, как показано На термогравиметрической (ТГ) кривой (рис. S4) тепловая потеря веса наночастицы м -ABA-SiO 2 на 2 мас.% больше, чем у исходного нано-SiO 2 , что также подтверждает, что м -ABA успешно привит на SiO 2 .

Схема механизма подготовки м -ABA-SiO 2 . (1) м -ABA подключен на КН-550 через реакция амидирования и гидролиза завершается. (2) Si–OH на м -АБА-Х-550 и SiO 2 обезвожены и конденсировали с образованием связей Si–O–Si с получением m -ABA-SiO 2 .

Что касается процесса отверждения эпоксидной смолы, во-первых, предварительное отверждение Температуру выдерживали при 100 °С в течение 2 ч, затем температуру повышали до 150 °С в течение 4 ч, затем повышали температуру до 180 °С в течение 2 ч, затем нагрев прекращали и охлаждали. до комнатной температуры (рис. S5).Чтобы чтобы убедиться, что CE полностью вылечен, дифференциальное сканирование были проведены тест калориметрии (DSC) и характеристика FT-IR. на КЭ с оптимизированными экспериментальными условиями. Как показано на рисунке S6, экзотермический пик отверждения не наблюдается. на кривой ДСК, что доказывает, что реакция отверждения протекала полностью. В FT-IR пик колебаний при растяжении эпоксидной группы около 910 см –1 также не появляется на рисунке S7. Это доказывает, что реакция отверждения эпоксидной группы полностью.

При подготовке жидкости прекурсора нанокомпозита, мы установлено, что количество нанонаполнителей ограничено. Когда легированный наночастицами масс.% составляет 5 мас.% или менее, пузырьки в нанокомпозитах на основе ПЭ жидкость-прекурсор может разбиться или перелиться через край, как показано на рис. S8a–c. Выше предела 5 вес. % (относительно общей массы) раствор прекурсора становится слишком вязкие и нанонаполнители не могут лучше диспергироваться; тем временем, большое количество пузырьков не может переполниться (рис. S8d).Для наблюдения за дисперсией м -АБК-SiO 2 наночастиц в КЭ исследовали микроструктуру поперечного сечения Нанокомпозиты на основе CE наблюдали с помощью СЭМ. Структура на основе CE нанокомпозиты очень плотные, как показано на рис. В а сечение чистого ХЭ не содержит примесей, и некоторые трещины разрушения показаны в блестящей части. Это можно наблюдать в б что когда массовая доля наночастиц 1 мас. %, дисперсия лучше в СЕ. При увеличении массовой доли наночастиц до 3 мас.%, как показано на с, наночастицы все еще могут быть хорошо диспергированы без очевидного агломерация.Когда функционализированные наночастицы непрерывно увеличена до 5 мас. %, агломерация наночастиц в нанокомпозиты отчетливо видны в обведенной белым кружком части d. Кроме того, когда массовая доля наночастиц менее 5 мас. %, измеренное отображение элементов дополнительно иллюстрирует равномерное распределение Si элементы в нанокомпозитах на основе CE, как показано на вставке b, c; когда масса процентное содержание наночастиц превышает 5 мас. %, агрегатное распределение Si в нанокомпозитном материале на основе ПЭ в измеряемом элементе отображение показано желтым кружком на вставке d.Причина этого явления можно объяснить следующим образом: по мере увеличения массовой доли наночастиц m -ABA-SiO 2 совместимость между наночастицы и CE становятся насыщенными и агломерируются. 36,37

СЭМ изображения поперечного сечения нанокомпозитного материала м -ABA-SiO 2 /CE. (а–г) нанокомпозиты на основе КЭ легированные (0, 1, 3 и 5 мас. %) м -АБК-SiO 2 наночастицами. На вставках (b–d) показано отображение элементов Si. в нанокомпозитах на основе КЭ, легированных 1, 3 и 5 мас. % наночастиц m -ABA-SiO 2 соответственно.

Термическая стабильность

m -ABA-SiO 2 /CE Нанокомпозит

Электроизоляционные полимерные материалы часто выходят из строя из-за термической деградации во время фактического использования. 38,39 Учитывая влияние температуры на стабильность структура полимера, термическая стабильность нанокомпозитов на основе КЭ был протестирован. Кривая термического разложения (TG) используется для характеристики термическая потеря массы нанокомпозитов на основе ПЭ при повышении температуры поднимается.Как показано в а, процесс термического разложения делится на две стадии: (1) начальное разложение начинается с некоторых боковых ветвей на основе CE нанокомпозиты. Массовая доля м -АБК-SiO 2 наночастиц практически не влияет на термическое разложение температуры и колеблется в пределах 4 °С. Стоит упомянуть что нанокомпозитный материал на основе ПЭ практически не разлагается при 350 °С. (2) По мере увеличения массовой доли m -АБК-SiO 2 -функционализированных наночастиц разложение температура на втором этапе повышается.Это связано с добавлением из м -ABA-SiO 2 наночастиц, что производит более сильная сила связывания с CE и может выдерживать более высокие температуры. В б, гистограмма температуры двухступенчатого разложения можно более интуитивно наблюдать температура разложения нанокомпозита на основе КЭ с увеличение м -АБК-SiO 2 наночастиц. Короче говоря, после добавления м -ABA-SiO 2 наночастиц температура термического разложения на основе CE нанокомпозит практически не изменился.Кроме того, тенденция изменения температуры разложения на второй стадии показывает, что повышается стабильность нанокомпозитов на основе КЭ.

Влияние различной массы фракции по термостойкости м -АБК-SiO 2 /КЭ нанокомпозиты. (а) кривая ТГ; (б) гистограмма распределения температуры разложения ( T d ); (в) кривая прямого доступа к памяти; и (d) кривая изменения модуль упругости от 20 до 250 °C.

На основе корреляции между температурой стеклования ( T г ) из изоляционного материала и используемая температура в приложении, которая характеризовалась динамический термодинамический метод [динамический механический анализ (DMA)].С добавлением м -АБК-SiO 2 наночастиц, тенденция T g сначала увеличивается, а затем уменьшается (в). T г нанокомпозитов на основе CE может достигать 213 °C при 3 мас. %, что составляет увеличение на 25 °C по сравнению с чистым CE. При массовой доле м -АБК-SiO 2 наночастиц увеличивается до 5 мас. %, избыточные наночастицы имеют плохую дисперсию в нанокомпозитов, что привело к уменьшению примерно т г .После того, как температура превысит T g , физические свойства нанокомпозитов на основе CE (например, механические свойства и изоляционные свойства) будут повреждены. 40 Соответственно увеличение Т г также свидетельствует о том, что структура нанокомпозита является более стабильным.

Жесткость нанокомпозитов на основе CE может характеризоваться модуль накопления ( E ′ ). d показывает, что при определенном температура достигается, E ′ нанокомпозитного материала m -ABA-SiO 2 /CE быстро падает на 3 порядка, что означает, что жесткость материала быстро сокращается.По мере увеличения массового процента m -ABA-SiO 2 температура перехода нанокомпозита на основе CE E ′ увеличивается, что полезно для повышения теплостойкость материала при знакопеременных нагрузках. При увеличении до 3 мас. % температура перехода самая высокая (∼210 °С). Когда наночастицы продолжают увеличиваться до 5 мас. %, дефекты вводятся за счет агломерации наночастиц в нанокомпозитах на основе КЭ, что приводит к снижению температуры перехода E ′.Благодаря отличной дисперсии м -ABA-SiO 2 наночастиц в КЭ, сила между молекулярными цепей увеличивается, а структура CE более стабильна. 41 Кстати, эта тенденция соответствует изменение Т г с увеличением м -АБК-SiO 2 наночастиц.

Механические свойства

м -ABA-SiO 2 /CE Нанокомпозит

Для определения внутреннего структурная надежность нанокомпозитов на основе ПЭ, прочность на растяжение тесты использовались для характеристики структурной стабильности на основе CE нанокомпозиты. 42 показывает результаты испытаний на растяжение нанокомпозита м -ABA-SiO 2 /CE. В виде показано в а, с увеличением содержания м -АБК-SiO 2 , Тенденция изменения прочности на растяжение заключается в увеличении сначала и затем уменьшить. При содержании 3 мас. % максимальная прочность на растяжение составляет 86,43 МПа, что на 29,1% выше, чем у чистого ПЭ. Гистограмма (б) показывает Распределение прочности на разрыв нанокомпозита м -ABA-SiO 2 /CE проверено несколько раз.Это можно объяснить что добавка м -АБК-SiO 2 наночастиц улучшит плотность точек сшивания молекул полимера цепи и увеличивают энергию сцепления молекул, тем самым делая всю конструкцию более компактной и трудной для разрушения. 43,44 Из-за постоянного увеличения м -ABA-SiO 2 наночастиц они не могут быть хорошо диспергированы в нанокомпозитные материалы. Агломерированная часть вводит физические дефекты и препятствует запутыванию молекулярных цепей, тем самым увеличение локального свободного объема и снижение его прочностных свойств. 45

Влияние различных массовых долей на механические характеристики м -ABA-SiO 2 /CE нанокомпозиты. (а) Стресс–деформация изгиб; (б) распределение гистограммы прочности на растяжение; (с) Янга кривая модуля; (г) хрупкость чистого ХЭ; и (e) определенная гибкость нанокомпозитного материала m -ABA-SiO 2 /CE.

Как показано на с, с увеличением м -АБК-SiO 2 наночастиц, модуль Юнга также показывает определенную закономерность.Когда содержание 3 мас. %, максимальное значение 2,65 ГПа, что на 44,8 % выше чем чистый СЕ. Когда м -АБК-SiO 2 наночастиц увеличивается до 5 мас. %, модуль Юнга показывает уменьшение тенденция. Результаты показывают, что когда массовая доля наночастиц m -ABA-SiO 2 составляет 3 мас. %, нанокомпозит на основе КЭ обладает хорошей совместимостью и высокой когезионной энергией. На основе раскола модель прочности, теоретическая прочность на разрыв положительно коррелирует со связующей энергией. 5 Высшее Юнга модуль означает, что нанокомпозитный материал может выдерживать более высокие Кулоновская сила, создаваемая внешним электрическим полем. 46,47 Другими словами, м -АБК-SiO 2 наночастиц в нанокомпозитах на основе CE могут образовываться прочные точки физической поддержки для защиты нанокомпозита от электромеханического разрушения. В г наблюдается что чистый CE является хрупким под действием внешней силы. Наоборот, после легирование m -ABA-SiO 2 , хрупкость нанокомпозита на основе CE улучшается, и определенная степень деформация изгиба может происходить под действием внешней силы, как показано на рис.Взяв во внимание производительность обработки, в то время как прочность на растяжение улучшается, это все еще могут быть обработаны в различные формы. На рисунке S9 видно, что нанокомпозит на основе CE демонстрирует отличную производительность обработки, что выгодно для более широкий спектр приложений.

Электроизоляционные свойства

м -ABA-SiO 2 /CE Нанокомпозит

Очень важно высокое удельное сопротивление для применения нанокомпозитов на основе ПЭ для высоковольтной изоляции оборудование. 48 Следовательно, объемное удельное сопротивление м -ABA-SiO 2 /CE нанокомпозиты с различными Массовые проценты были измерены для оценки изоляционных свойств нанокомпозитов на основе ПЭ. Как показано на , при увеличении массовой доли m -ABA-SiO 2 сначала изменяется объемное удельное сопротивление увеличиваться, а затем уменьшаться. Максимальное значение, полученное при 3 % по массе составляет 5,47 × 10 14 Ом·м, что в 2,4 раза больше что чистый CE. Прирост объемного удельного сопротивления в основном может быть объяснен двумя путями: (1) диспергирование м -АБК-SiO 2 наночастиц в КЭ служит физическим препятствием для причинения извилистый путь миграции электронов. 25 (2) Электроны захватываются введенными интерфейсными ловушками м -АБК-SiO 2 -функционализированных наночастиц с СЕ. 27 В это время более высокое напряжение требуется для выхода электронов из ловушек нанокомпозита. Комбинированный эффект двух эффектов значительно увеличивает громкость удельное сопротивление нанокомпозита. Такое высокое удельное сопротивление или низкое электрическое проводимость указывает на то, что джоулево тепло, генерируемое CE на основе нанокомпозит чрезвычайно низок, что позволяет избежать термоэлектрического авария. 49,50

Удельное объемное сопротивление (черная линия), диэлектрик постоянная (синяя линия), и диэлектрические потери (красная линия) м -ABA-SiO 2 /CE нанокомпозиты с различным массовым процентным содержанием.

Джоулево тепло, выделяемое током утечки изоляционного материал становится основной причиной диэлектрических потерь. Текущее течение через полимер преобразует часть электронной кинетической энергии в джоулево тепло, тесно связанное с объемным удельным сопротивлением.Как показано в , диэлектрические потери имеют отрицательную корреляцию с изменением тренд объемного сопротивления. Чем больше объемное сопротивление нанокомпозит на основе CE, тем меньше соответствующая утечка ток, который может протекать через матрицу и относительно низкую диэлектрическую проницаемость потеря. При массовой доле m -ABA-SiO 2 3 мас. % минимальные диэлектрические потери составляют 0,0028, что на 12 % ниже. чем у чистого СЕ. Короче говоря, диэлектрические потери поддерживаются на уровне очень низкое значение, которое способствует изоляционным характеристикам нанокомпозитов на основе ПЭ. 48

Как показано в таблице S1, по сравнению с другие нанонаполнители, такие как TiO 2 , MgO и Al 2 O 3 , диэлектрическая проницаемость SiO 2 составляет 3,9, поэтому он имеет более высокую степень диэлектрического соответствия чистому CE (диэлектрический постоянное значение составляет около 3,0). показывает, что когда массовая доля наночастиц m -ABA-SiO 2 составляет 3 мас. %, диэлектрическая проницаемость CE достигает максимума 3,5. Это может быть связано с Дело в том, что диэлектрическая проницаемость диоксида кремния несколько больше чем у матрицы хозяина в первую очередь.В дополнение масс.% m -ABA-SiO 2 увеличивается а удельная поверхность увеличивается, что приводит к увеличению в интерфейсе и поляризации. При дисперсии м -АБК-SiO 2 наночастиц в КЭ продолжает увеличиваться до 5 мас. % диэлектрическая проницаемость имеет тенденцию к снижению. В соответствии механизму модели потенциального барьера разница в межфазные характеристики и содержание нанонаполнителей приводит к уменьшение диэлектрической проницаемости и ее изменение в трендовой модели похож на описанные в литературе нанокомпозиты на полимерной основе исследования. 51−53

Когда наполнитель находится на наноуровне, диэлектрик характеристики в основном зависит от эффекта интерфейса. 54,55 Увеличение диэлектрической проницаемости указывает на то, что добавление м -ABA-SiO 2 наночастиц больше интерфейсных эффектов. Доказано, что межфазное взаимодействие между наночастицами и CE может эффективно увеличить пробой напряжение СЕ. Рисунок S10 показывает Распределение Вейбулла измеренной прочности на разрыв KH-550-SiO 2 / CE (силановый связующий агент KH-550, модифицированный нано-SiO 2 ).Можно заметить, что когда массовая доля модифицированного нано-SiO 2 составляет 3 мас. %, достигается максимальное значение 47 кВ/мм, что на 24,8% больше, чем у чистого CE. Это показывает что нанокремнезем играет положительную роль в повышении напряженность поля пробоя нанокомпозитов.

Тогда напряжение стабилизатор м -силановая муфта АВА агент фиксируется на наночастицах SiO 2 с помощью КН-550 с получением m -ABA-SiO 2 -функционализированных наночастиц, которые легированы в CE.Было обнаружено, что по сравнению с нанокомпозитом KH-550-SiO 2 /CE напряжение пробоя нанокомпозита м -ABA-SiO 2 /CE было дополнительно улучшено до 53 кВ/мм, что на 40,8% выше, чем у чистого ЭЭ, как показано на рис. Когда содержание наночастиц достигает 5 мас. %, электрическая прочность на пробой уменьшается. Добавление чрезмерного количества наночастиц приведет к снижение прочности на разрыв, потому что они будут агломерировать в нанокомпозиты на основе ПЭ и внести больше дефектов, разрушая базовая структура СЕ.Это доказывает, что после стабилизатора напряжения фиксируется на поверхности нано-SiO 2 , он может играть активную роль в повышении напряжения пробоя. В таблице S2 указано повышение прочности на разрыв, упомянутое в этой работе. и отчет сравниваются. Видно, что при рассеивании наполнитель — наночастицы SiO 2 , по сравнению с другой поверхностью модификаторы, коэффициент усиления стабилизатора напряжения м -АВА по прочности на разрыв матрицы находится на более высоком уровне.В итоге, по сравнению с описанными нанокомпозитными материалами, m -ABA-SiO 2 демонстрирует более высокое повышение прочности на пробой CE. Это доказывает положительное влияние м -АБК на улучшение напряженности поля пробоя ЭЭ.

Электрический сбой производительность м -ABA-SiO 2 /CE нанокомпозиты. (a) Распределение Вейбулла измеренной поломки сильные стороны нанокомпозитов. Сплошные линии относятся к фитингу результаты с использованием двухпараметрической функции распределения Вейбулла (см. экспериментальную часть).(b) Влияние m -ABA-SiO 2 с различным массовым процентным содержанием на основе CE напряженность поля пробоя нанокомпозитов ( E b ).

Увеличение пробоя напряжение нанокомпозитов на основе ПЭ можно объяснить коллективным синергетическим эффектом наночастиц SiO 2 и стабилизатора напряжения m -ABA. Эффект меньшего размера м -АБК-SiO 2 наночастиц формирует специальный интерфейс с ЦЭ, тем самым вводя глубокие ловушки в СЕ. 56−58 Электроны захватываются глубокими ловушками, ослабляя кинетическую энергию, тем самым снижая вероятность поломки. 59,60 На рис. S11 показаны результаты термического ток стимулированной деполяризации (TSDC) нанокомпозита m -ABA-SiO 2 /CE. Температура и интенсивность пика TSDC можно коррелировать с глубиной и плотностью зарядные ловушки соответственно. Можно заметить, что нанокомпозит м -ABA-SiO 2 /CE имеет пик TSDC при более высокой температура (выше 125 °C), что соответствует более высокой ловушке глубина.Можно сделать вывод, что композитный материал имеет более низкую заряжать подвижность. Кроме того, температура около 95 °C соответствует на меньшую глубину ловушки, а пик нанокомпозита м -ABA-SiO 2 /CE здесь не очевиден, а значит, плотность мелких ловушек снижается. По мере увеличения массовой доли m -ABA-SiO 2 наночастиц ток интенсивность (соответствующая плотности ловушек) сначала возрастает, а затем уменьшается, что также влияет на миграцию носителей.Этот результат согласуется с охарактеризованным объемным сопротивлением и результаты прочности на пробой по напряжению (рисунок S11). Это доказывает, что КЭ, легированный наночастицами m -ABA-SiO 2 , действительно вводит глубокие ловушки для уменьшения миграции. носителей и улучшить характеристики электрического пробоя CE до определенной степени. Успешное введение наночастиц m -ABA-SiO 2 обеспечивает эффективный метод повышение напряженности поля пробоя высоковольтной изоляции материалы.

Экспериментальная часть

Подготовленное сырье

3,4-Эпоксициклогексилметил-3,4-эпоксициклогексанкарбоксилат (CE, эпоксидное число 0,74–0,80), метил-5-норборнен-2,3-дикарбоновая кислота ангидрид (МНА, 95%) использовали в качестве отвердителя, а трис(диметиламинометил)фенол (ДМП-30, 95%) использовали в качестве ускорителя. Коллоидный нано-SiO 2 (20 нм, 99%) был приобретен у Aladdin Reagent. γ-аминопропил триэтоксисилан (КН-550, 99%) и толуол ч.д.а. и м -аминобензойной кислоты ( м -АБК, 99%). Химический реагент Синофарм.

Синтез

m -ABA-привитого Nano-SiO 2

Первый, стехиометрический количества КН-550 и м -АБК используют для получения модифицированного аминосиланом м -АБК через жидкофазную реакцию. 0,01 моль м -АБК отбирали и перемешивали в 20 мл раствора толуола. После полного растворения К перемешанному раствору по каплям добавляли 0,01 моль КН-550 и перемешивали. при 75°С в течение 3 ч для завершения реакции амидирования. Далее, частицы nano-SiO 2 диспергировали в толуоле и добавляли к вышеуказанному решению.В конце по каплям добавляли 2 мл воды и перемешивали в течение ночи при 75°С. Полученный продукт многократно промывают этанолом и водой и затем сушат при 60°С. Этот метод произведено м -АБК-привитого нано-SiO 2 , а именно м -АБК-SiO 2 .

Синтез КЭ

Установлено массовое отношение КЭ к МНА до 1:1,2; дозировка ДМП-30 составляет 5 мас. % от массы КЭ. 34 Затем три жидкости равномерно смешиваются пропорционально механическим перемешиванием и ультразвуком.После уборки пылесосом смешанный раствор прекурсора заливают в форму, предварительно нагретую до 100 °С. и температура постепенно повышается. Во-первых, его нагревали в 100 °С в течение 2 ч, затем нагревают до 150 °С в течение 4 ч, а затем нагревание при 180 °C в течение 2 ч 35 Наконец, образец был получен после охлаждения до комнатной температуры.

Приготовление

м -ABA-SiO 2 /CE Нанокомпозиты

Для CE нанокомпозитов различные массовые проценты (0, 1, 3 и 5 мас. %) m -ABA-SiO 2 добавляли в CE путем перемешивания и обработки ультразвуком с образованием гомогенной суспензии при комнатная температура.Затем к суспензии добавляли МНА и ДМП-30. Затем в суспензию по очереди добавляли МНА и ДМП-30. После уборки пылесосом суспензию заливали в форму и отверждали по температурной программе. Для сравнения, нанокомпозит SiO 2 /CE, модифицированный силаном КН-550 с соответствующим количеством начинки было изготовлено в качестве контроля следуя тем же шагам, что и выше.

Характеристика

Наночастицы, КЭ и нанокомпозиты материалы были измерены с использованием ИК-Фурье-спектрометрии (Nicolet 8700) предоставить достаточно информации о функциональных группах.Поверхность морфологию наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа (Gemini SEM 500, Carl Zeiss Microscopy Ltd.). Морфология и соответствующие Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS) элементное картирование изображений нанокомпозитов на основе CE были измерены с помощью СЭМ. Морфология наночастиц характеризовали с помощью ПЭМ (JEOL JEM-ARM200F). Для ТЕА измерение, nano-SiO 2 диспергировали в растворе этанола отдельно. Одну каплю дисперсионного раствора капали на ультратонкая медная сетка, гарантирующая прекрасный контраст между фоном.Для контроля использовали дифференциальный сканирующий калориметр (DSC Q2000). условия отверждения и определить условия реакции для полного отверждение Температуру термического разложения можно получить по ТГ кривые. Кривые ТГ нанокомпозитов на основе КЭ были измерены методом синхронный термоанализатор (SDT650), а температура повышается от 20 до 800 °С при скорости нагрева 10 °С/мин. Прямой доступ к памяти тест проводился анализатором DMA Q800. Для измерения прямого доступа к памяти образцы нанокомпозитов нагревали и охлаждали от 30 до 250 °C. при скорости изменения температуры 5 °С/мин.Прочность на растяжение характеризуется многофункциональным электронным универсальным устройством Instron9657. машина для испытания механических свойств материала, которая растягивается при скорость 2 мм/мин при комнатной температуре. Согласно ГБ/T1408.1-2016 стандарт испытаний, платформа для испытаний на разрушение отвержденных образцов эпоксидной смолы был построен. Регулируемый диапазон амплитуды напряжения промышленной частоты испытательного трансформатора 0–50 кВ. Электрод принимает электрод «шарик–шарик», изготовленный из нержавеющей стали с два одинаковых шариковых электрода диаметром 20 мм.Характеристика прочность на разрыв нанокомпозитов может быть описана двухпараметрической Функция распределения Вейбулла, следующая:

1

, где F ( E i ) — вероятность отказа при поломке. Напряжение меньше или равно E i и β — модуль Вейбулла для оценки ширины распределения. E i – измеряемая прочность на разрыв каждый раз и сортируется от меньшего к большему.В то же время E b и β являются подгоночными параметрами. Подходящие параметры может быть извлечен путем линеаризации уравнения 1

2

Объемное удельное сопротивление эпоксидных нанокомпозиты были измерены Keithley6517 при комнатной температуре. диэлектрическая постоянная и тангенс угла потерь измерялись LCR-метром (Agilent 4294A) с сигналом 0,5 В переменного тока частотой 50 Гц. Плотность и глубина ловушек в нанокомпозитах характеризует ТСДК. Во-первых, образец нагревают до 70 °С, а затем прикладывают постоянное электрическое поле (3 кВ/мм). применяется в изотермических условиях в течение 20 мин.Затем образец был охлаждается до -50 ° C, пока электрическое поле все еще включено. Наконец, измеряя ток деполяризации амперметром, образец был закорочен и линейно нагрет до 180 °С при 3 °С/мин. Для обеспечения воспроизводимости эксперимента результаты, было подтверждено, что процесс подготовки материала был осуществляется в тех же условиях.

0 comments on “Стабилизатор напряжения обозначение на схеме: СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ: ТЕОРИЯ И СХЕМЫ

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.