подачей на вывод 11 напряжения, пропорционального сумме токов базы и коллектора транзистора VT5. Конденсатор С9 фильтрует высокочастотные составляющие этого напряжения, обусловленные переходными процессами. Уровень срабатывания защиты соответствует импульсу тока с амплитудой примерно 4 А. Имеется также защита от перенапряжения, обеспечиваемая делителем напряжения Rll, R12, посредством которого часть напряжения с одного из выходов преобразователя подается на вывод 13 ИМС.

ГШ"

W.VDS НД2125

тг ш и ютгн

CIS

ш

83В

Рис. 33. Принципиальная схема ИИЭ на микросхеме B260D

Стабилизация достигается подачей на вывод 3 ИМС напряжения ОС через делитель R2, R4, R9 с выхода преобразователя, питающего схему управления. Точность стабилизации при изменении нагрузки на 50% и напряжения сети в пределах ±10% составляет около 4%, что является достаточным для упомянутых применений в бытовой аппаратуре.

Для первоначального запуска преобразователя используется транзистор VT4. При включении в сеть, если конденсатор С7 разряжен, нарастание напряжения на нем вызывает ток через конденсатор CS. Пока последний заряжается, транзистор VT4 насыщен и через резистор R18 на шину питания схемы управления и предвыходного каскада поступает постоянное напряжение с сетевого выпрямителя. При этом преобразователь включается, а по мере полного заряда конденсатора С8 транзистор VT4 запирается и ток через резистор R18 прекращается. Транзистор VT4 остается отпертым в течение 0,5 - 1 с после включения, чем обеспечивается надежный запуск преобразователя с «замедленным стартом». Главное преимущество такого устройства запуска - малые габаритные размеры (транзистор VT4 не требует теплоотвода, мощность резистора R18 не более 2 Вт, конденсатор С8 имеет емкость 4,7 - 5 кмФ). Недостаток - необходимость предварительного разряда конденсатора С7 после срабатывания защиты для повторного запуска. Этот недостаток устраняется тем же способом, который применен в телевизоре «Ю,ноеть-Ц404». Данные силового трансформатора Т2: магнитопровод Ш12Х15 из феррита 3000 НМС1, с зазором 0,5 мм в среднем керне; обмотка wl содержит 2X70 витков. ПЭВ-2 0,51, наматывается в виде двух секций - внутренней и внешней. Остальные обмотки заключены между секциями обмотки wl: w2 содержит 20 витков ПЭВ-2 0,31; w3-w4 - 26 витков ПЭВ-2 0,64.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ БЫТОВОЙ РЭА

Процесс внедрения ИИЭ в массовую бытовую РЭА находится еще на начальной стадии своего развития. Серийные ИИЭ, выпускаемые промышленностью, используются пока только в телевизионных приемниках. Еще не созданы надежные мощные ИИЭ для высококачественной стереофонической аппаратуры. Не сделано

попыток применить маломощные ИИЭ для массовой малогабаритной аппаратуры - радиоприемников, кассетных магнитофонов, которые даже в домашних условиях эксплуатируются от автономного источника - электрических батареек, что приводит к непрекращающемуся дефициту последних. Предстоит еще решать многие проблемы электромагнитной совместимости аппаратуры.

Устройства электропитания, преобразующие переменное напряжение 220 В в более низковольтное с помощью сетевых трансформаторов, уже не могут удовлетворять нарастающим требованиям улучшения массогабаритных и энергетических показателей, так как их потенциальные возможности практически исчерпаны. На смену традиционным преобразователям электроэнергии, поступающей из сети, приходят новые, удачно названные Ю. И. Коневым [9] микроэлектронными электротехническими системами.

В соответствии с потребностями микроэлектронных электросистем создается новая элементная база. Главным ее звеном является высоковольтный силовой ключ. В настоящее время - это биполярный транзистор, изготавливаемый как меза-, так и эпи-таксиально-планарным методами.

Последний метод является весьма перспективным, так как он открывает возможности использования бескорпусных кристаллов высоковольтных транзисторов в силовых микросборках. Методами планарной технологии по краям кристаллов создаются глубокие охранные диффузионные кольца я-типа [6]. В упрощенном понимании данные кольца изолируют базу транзистора от края кристалла. В разрезанном кристалле без охранного кольца граница коллекторного р - «-перехода выходит на боковую грань кристалла, которая ничем не защищена, что и является главной причиной пробоя. Поэтому при отсутствии охранного кольца приходится дополнительно обтравливать периферию кристалла, создавая меза-планарную структуру. Затем обтравленная наклонная поверхность дополнительно пассивируется.

Наличие охранного кольца устраняет необходимость этих операций, поэтому после проверки параметров на пластине и резки кристаллы могут поступать непосредственно на монтаж в- микросборке. Таким образом, новая перспективная технология изготовления высоковольтных транзисторов создает предпосылки экономически эффективной микроминиатюризации силовых элементов ИИЭ.

Альтернативой высоковольтных биполярных транзисторов являются запираемые тиристоры и высоковольтные МДП-ключи. [10, 16].

х /г-г шуп:

ИЕЩК

Стаи

Рис. 34. Структура мощного высоковольтного МДП-ключа с верти-кальным каналом по технологии SIMPOS (стрелками обозначен электронный ток канала)

К созданию запираемых тиристоров привело тщательное изучение физических процессов в сильноточных р - n-структурах, где понижение электрической проводимости высокоомных слоев достигается образованием в них электронно-дырочной плазмы. Так же, как и в высоковольтных транзисторах, при включении запираемых тиристоров происходит разрушение плазмы путем замедленного «вытягивания» дырок из высокоомного я-слоя анодного р - n-перехода тиристора. В это время анодный ток тиристора стягивается в узкий шнур в центральной области и затем быстро прекращается. Недостатком запираемых тиристоров является то, что значения запирающего тока управляющего электрода и выключаемого анодного тока имеют один порядок. Это усложняет цепи управления тиристором и принципиальным образом ограничивает быстродействие таких ключей.

Более простое решение предоставляют высоковольтные МДП-ключи, в разработках которых лидирующее место занимает в настоящее время западногерманская фирма Сименс [16]. Ключ, предложенный этой фирмой, содержит на кристалле размерами 4X4 мм более 3000 индивидуальных МДП-транзисторов с индуцированным

вертикальным n-каналом, включенных параллельно. Упрощенное изображение его структуры приведено на рис. 34. Подложка n--типа представляет собой трехслойную эпитаксиаль-ную структуру, с тыльной стороны которой выращены эпитак-сиальные слои n - и р+-типа. Основную толщину, однако, составляет высокоомный п-слой, благодаря которому обеспечивается высокое пробивное напряжение структуры (до 1000 В). Общий R+-слой является стоком для всех транзисторов. В n--слое методом ионной имплантации создаются достаточно глубокие p-области, которые выполняют роль изолирующего барьера между п+-истоками и n-подложкой, в которой возникает канал. Истоки я+-типа также формируются путем ионной имплантации в барьерных р+-областях.

Подложка с имплантированными участками сначала окисляется, а затем покрывается слоем поликремния п+-типа, который образует общий затвор. В нем вытравливают окна для последующего формирования выводов от п+-истоков, а также для попарного разделения затворных областей структур, включаемых параллельно.

Поликремниевый слой покрывается слоем SiO2, в котором также вытравливают окна для металлизации истока. Затем всю структуру покрывают алюминием, образующим контакт истока, к которому приваривают вывод. В одном из углов кристалла имеется вскрытое окно, обнажающее слой поликремниевого затвора,. Этот участок затвора металлизируют и приваривают к нему вывод.

Структура работает следующим образом. Когда к затвору приложен положительный потенциал, в тонком участке барьерного р+ -слоя между n+ -истоком и n-подложкой индуцируется n-канал,, По этому каналу начинает протекать электронный ток в направлении стока, к которому приложено положительное напряжение. Избыток электронов в л-области компенсируется дырочной ин-жекцией из р+ - п+-перехода в зоне стока. В результате сопротивление л-области понижается.

В этой структуре достигается гораздо более равномерное распределение тока по площади кристалла, чем в транзисторе. Действительно, структура содержит более 3000 ячеек, по которым протекает ток, а для транзисторной структуры число таких ячеек не превышает 200. За число элементарных ячеек в транзисторе можно принять квадрат числа пар эмиттерно-базовых «гребенок», которое для мощных транзисторов не превышает 10 - 12. Увеличению числа «гребенок» препятствует рост сопротивления металлизации эмиттера и базы.

Так как ток каждой ячейки при суммарном токе стока, например 5 А не превышает 2 мА, то процессы его переключения происходят гораздо быстрее, имея в виду, что площадь пассивных (плохо управляемых) участков кристалла гораздо меньше, чем в транзисторе.

Общим для транзисторной и МДП-высоковольтной структуры-остается наличие достаточно толстого высокоомного n--слоя с модулируемой проводимостью, а также наличие охранных колец по периферии, предотвращающих пробой по боковой поверхности. Таким образом, мощные МДП-ключи явились результатом развития современной технологии БИС: прецизионной фотолитографии, ионной имплантации. Большое значение имеет также высокое качество исходного кремния.

Главные преимущества МДП-ключей - более простое управление, которое может быть реализовано с помощью КМДП-микро-схем, повышенная устойчивость ко вторичному пробою из-за снижения вероятности локального перегрева кристалла, повышенная (до 50 - 100 кГц) частота переключения.

Ключи МДП повлекут за собой дальнейшее повышение требований к выпрямительным диодам, фильтрующим конденсаторам, материалам для магнитопроводов. Однако главные принципы построения ИИЭ в основном сохранятся.

Повышение частоты работы преобразователей ИИЭ, а так-же появление планарных силовых ключей открывают широкие возможности для микроминиатюризации. В микросборках для ИИЭ бытовой РЭА перспективно использование недорогих алюминиевых оксидированных подложек с наклееным металлизированным полиимидным пленочным диэлектриком, на котором методами трафаретной печати наносят резисторы, изготовленные из низкотемпературных полимерных паст, и вытравливают проводники. Такие подложки выдерживают пробивное напряжение свыше 2 кВ и обладают хорошими теплоотводящими свойствами. Экспериментальные образцы микросборок, собранные по схеме двухтактного полумостового преобразователя (см. рис. 29) с вынесенным за пределы микросборки трансформатором продемонстрировали возможность их использования в стереофонических усилителях мощностью 2X50 Вт. Эти же микросборки были использованы в образцах маломощных ИИЭ с Рвых = 1 - 3 Вт (трансформатор на магнитопроводе Ш5Х5) для питания переносной аппаратуры в стационарных условиях. По сравнению с выпускаемыми трансформаторами источниками питания маломощные ИИЭ имеют вдвое меньше объем и массу. Маломощные силовые микросборки с планарными транзисторами особенно хорошо должны сочетаться с пьезоэлектрическими трансформаторами [12].

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П1

Параметры мостовых блоков для выпрямления сетевого напряжения

ПараметрI Номинальное значение