3.2. Конструкторско-технологические проблемы миниатюризации ивэп

Конструкторско-технологические проблемы миниатюризации блоков вторичного электропитания невозможно решить без предварительного теплового расчета, так как эти проблемы заключаются в необходимости получения такого минимального суммарного объема элементов, чтобы соответствующая этому объему поверхность корпуса не превышала необходимой для охлаждения при заданных условиях теплообмена.

Эти проблемы в настоящее время, весьма эффективно, решаются применением бес корпусных микросхем, полупроводниковых приборов, конденсаторов. В большинстве случаев удается уменьшить объем блока вторичного электропитания, до значения, которое определяется энергетическими соотношениями и условиями теплообмена, применением гибридно-пленочной технологии. Но, в современных условиях рыночных отношений, конструктор должен в первую очередь учитывать затраты на технологию изготовления блока питания, чтобы они были минимальными при заданном уровне качества. Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что гибридная конструкция сложна, при всех своих достоинствах. Так как предусматривает создание сложных микросборок с большим числом отдельных бес корпусных транзисторов, диодов и микросхем, что требует больших затрат ручного труда. Применять гибридную конструкцию целесообразно при мелкосерийном производстве, при частой смене типов устройств, особенно микромощных.

В случае, когда ИВЭП не являются продукцией массового производства, можно применять множество их конструкций, структур, которые реализуются двумя основными способами: на основе печатных плат или гибридных микросборок.

Конструкции на основе печатных плат общедоступны, но не обеспечивают высокой удельной мощности.

Проблема сочетания свободы выбора схем, структур, процессов с высокой удельной мощностью и доступностью технологии изготовления ИВЭП решатся только при отсутствии ограничений по трудоемкости и стоимости работ.

3.3 Предельные возможности и ограничения миниатюризации источников вторичного электропитания

3.3.1 Ограничения значения кпд

Возможные предельные значения КПД импульсных источников вторичного электропитания и ИВЭП, в которых преобразование электрической энергии непрерывно координально различаются [4].

Для всех устройств с непрерывным принципом действия существуют теоретически предельные значения КПД, которые можно достичь только при полной идеализации характеристик полупроводниковых приборов и отсутствии потерь в остальных элементах схемы. В этом классе устройств, для построения ИВЭП представляет интерес применение стабилизаторов постоянного напряжения и инверторов с усилителем класса В. В стабилизаторах постоянного напряжения непрерывного принципа действия теоретически предельное значение КПД равно отношению выходного напряжения к напряжению питания. Поскольку выходное напряжение не стабильно, следует принимать в расчет минимальное значение КПД η_min=U_{П min}/U_{П max}. Например, приU_{П min}= 24 В,U_{П max}= 30 В предельное значение КПД равно 63%.

Для импульсных ИВЭП ситуация с предельным значением КПД координально иная. Для всех устройств с импульсным регулированием мощности теоретического предела КПД не существует, а это значит что КПД может быть равен 100%. Можно сделать вывод, что при достижении предельного значения КПД импульсного источника вторичного электропитания отпадет необходимость обеспечения теплового режима, та к как не будет потерь электрической энергии. Реальный КПД этих устройств полностью определяется не идеальностью статических и частотных характеристик элементов, транзисторов диодов, трансформаторов, дросселей, конденсаторов. В общем случае зависимость КПД от реальных параметров элементов достаточно сложная. При проектировании источника вторичного питания максимум удельной мощности достигается при оптимальной совокупности нагрузок элементов, чему соответствует оптимальное значение КПД. Можно выделить некоторые параметры элементов, которые ограничивают значение КПД импульсных устройств определенного типа. Диодный выпрямитель прямоугольного напряжения, выполненный на теоретически идеальных диодах, не может иметь КПД выше 94,6%, если напряжение на нагрузке равно 5В. Реально КПД такого диодного выпрямителя (с реальными диодами) имеет КПД не выше 86,2%.

Низкие значения коэффициента передач тока мощных биполярных транзисторов приводят к тому, что мощность, рассеиваемая в цепи управления транзистора, составляет значительную часть общих тепловых потерь, особенно существенную при работе импульсного ИВЭП с неполной нагрузкой. Основным средством уменьшения потерь на управление является применение мощных МДП-транзисторов.