Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0089

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0089
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "СибИС"
Название доклада
Разработка перспективных технологий и конструкций серии интегральных микросхем мультифункционального контроля и управления источниками вторичного электропитания энергоэффективных светодиодных систем
Докладчик
Васильев Владислав Юрьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель ПНИЭР: разработка комплекса научно-технических решений, предназначенных для создания перспективных технологий и конструкций серии интегральных микросхем (ИМС) мультифункционального контроля и управления (МФКУ) для источников вторичного электропитания (ИВЭП), обеспечивающих высокую стабильность выходного тока/напряжения, работоспособности в широком диапазоне нагрузок с высоким коэффициентом полезного действия и предназначенных для применения в системах электропитания светодиодных, радиоэлектронных, телекоммуникационных и иных устройств.

Основные задачи ПНИЭР:
- разработка оптимальной по критерию минимума потребляемой мощности архитектуры ИМС МФКУ;
- разработка функциональных моделей ИМС МФКУ для исследования на системном уровне;
- исследование и разработка новых архитектурно-микросхемотехнических принципов реализации СФ блоков по высоковольтному КМОП технологическому процессу с топологическими нормами 180 – 350 нм;
- разработка принципиальных схем и топологий экспериментальных образцов (ЭО) ИМС МФКУ трех типов;
- изготовление ЭО серии ИМС МФКУ;
- исследование ЭО ИМС МФКУ;
- разработка и изготовление макетов ИВЭП Индустриальным партнером проекта;
- опробование ЭО ИМС МФКУ в макетах ИВЭП Индустриального партнера, подтверждение их работоспособности;
- разработка ТЗ на ОКР.

Актуальность и новизна исследования
Разработка ИМС МФКУ ведётся в соответствии с мировым трендом создания управляющих ИМС по специализированной технологии. Разрабатываемые ИМС МФКУ, состоящие из сложно-функциональных блоков, являются инновационными, так как позволяют создать устройства управления источников вторичного электропитания с высокостабильным выходным током и напряжением во всём диапазоне нагрузок, с малыми пульсациями выходных тока и напряжения, а также функционирующих без электролитических конденсаторов в широком диапазоне температур.

Разрабатываемые ИМС МФКУ имеют малое собственное энергопотребление, сочетают уникальный набор функций - стабилизатора тока, напряжения, синхронного выпрямителя.

Полных аналогов разрабатываемых ИМС МФКУ в настоящее время не найдено. Ближайшим аналогом являются микросхемы серии NCP4328 фирмы ON Semiconductor, которые существенно уступают ИМС МФКУ по функциональным возможностям и выходному току. Отечественные ИМС данного типа отсутствуют.
Описание исследования

Источники вторичного электропитания применяются в системах освещения, промышленной автоматике, транспортных средствах, средствах телекоммуникации и в других отраслях техники. В последнее время особое внимание привлечено к ИВЭП, функционирующим в режиме источника постоянного тока (так называемые драйверы тока) для светодиодов, поскольку необходимость энергосбережения диктует ускоренный переход осветительной техники во всём народном хозяйстве от ламп накаливания к экономичным светодиодным светильникам. При этом постоянно ужесточаются требования к выходным параметрам ИВЭП в статических и динамических режимах, в том числе к стабильности выходного тока и к уровню его пульсаций.

Достижение требуемых параметров возможно за счёт применения новых схемотехнических решений, реализация которых сопряжена с необходимостью увеличения количества компонентов в составе ИВЭП, а также имеет своим следствием возрастание потребляемой мощности системами управления ИВЭП. С другой стороны, постоянно ужесточаются требования к материалоёмкости, массогабаритным характеристикам и энергоэффективности ИВЭП.

Наиболее эффективным решением указанной проблемы является разработка специализированных интегральных микросхем мультифункционального контроля и управления (ИМС МФКУ) ИВЭП, реализующих алгоритмы для обеспечения высокостабильного тока/напряжения в/на нагрузке, а также минимума пульсаций при малом собственном энергопотреблении.

Конечным продуктом, создаваемым с использованием результатов проекта, являются высокоэффективные системы электропитания средней мощности (10…300 Вт), разрабатываемые Индустриальным партнером проекта с ориентацией на промышленные и бытовые светодиодные системы.

Кроме того, при разработке ИМС МФКУ решался ряд задач, связанных с разработкой ИМС по высоковольтным технологиям полупроводниковой промышленности (в том числе гибридным), реализации интегральных устройств с высокой токовой нагрузкой, реализации алгоритмов и схемотехнических решений для минимизации потребления мощности управляющих устройств, а также топологических решений для минимизации площади кристалла ИМС МФКУ и его себестоимости.

Укрупненно при реализации проекта предусматривалось и выполнено:

- создание совокупности научно-технических решений для проектирования топологии сложно-функциональных блоков интегральных микросхем мультифункционального контроля и управления;

- разработка лабораторной технологии изготовления кристаллов экспериментальных образцов ИМС МФКУ трех типов, включая конструкторскую документацию.

- разработка лабораторной технологии сборочных операций изготовления ЭО ИМС МФКУ трех типов, включая конструкторскую и технологическую документацию;

- разработка методик и средств для выполнения измерений ЭО ИМС МФКУ трех типов;

- разработка КД на макеты ИВЭП с использованием ЭО ИМС МФКУ трех типов;

- создание методик измерений и исследований ЭО ИМС МФКУ в составе ИВЭП и собственно макетов ИВЭП с ЭО ИМС МФКУ трех типов.

- изготовление образцов ЭО ИМС МФКУ трех типов, измерения и исследования, опробование в макетах ИВЭП Индустриального партнера с определением параметров ИМС МФКУ для составления ТЗ на ОКР.

Результаты исследования

Работа находится на пятом, заключительном этапе.

Этапы 1-4 выполнены и приняты Заказчиком. Результатом выполнения 1-4 этапов стали изготовленные экспериментальные образцы ИМС МФКУ трех типов, переданные на этапе 5  Индустриальному партнеру для проведения измерений и исследований в составе изготовленных макетов ИВЭП.

На четвертом этапе ПНИЭР проведено исследование и подтверждена работоспособность экспериментальных образцов ИМС МФКУ трех типов в соответствии с требованиями ТЗ на ПНИЭР. На пятом этапе ПНИЭР проводятся заключительные исследования разработанных ИМС МФКУ в составе макетов ИВЭП Индустриального партнера.

Проведены следующие работы, предусмотренные планом-графиком пятого этапа ПНИЭР:

- обобщение и оценка полученных результатов исследования ЭО ИМС МФКУ, включая анализ выполнения требований ТЗ, оценку полноты исследования и решения поставленных задач, оценку соответствия уровня выполненных работ; 

- разработаны технические требования и предложения по дальнейшей разработке и эксплуатации продукции с использованием ИМС МФКУ трех типов;

- дополнительные патентные исследования;

- разработан проект ТЗ на ОКР по разработке ИМС МФКУ трех типов;

- проведены исследования и измерения характеристик макетов ИВЭП Индустриального партнера с использованием ЭО ИМС МФКУ трех типов.

     Макеты ИВЭП Индустриального партнера проекта, в которых предполагается использовать ИМС МФКУ, уже сейчас превосходят ближайшие аналоги (PLEC-100S фирмы Sunpower, Англия; HVGC-100 фирмы MeanWell, Тайвань; MG700-120-Open фирмы Макро Груп, Россия и др.) в части:

     - стабильности выходного тока (1% против 4…5% у конкурентов);

     - энергоэффективности (КПД) (до 95% против 92% у конкурентов в диапазоне выходной мощности 10…300 Вт),

а также других параметров, таких как уровень пульсаций, температурного диапазона, и массогабаритные характеристики.

 

Предусмотренные показатели и индикаторы ПНИЭР выполнены полностью и в полном объеме.

Практическая значимость исследования
Использование ожидаемых результатов рассматривается в первую очередь посредством организации Индустриальным партнером
отечественного производства серии ИМС МФКУ, а также ИВЭП на их основе.
Ожидаемые народно-хозяйственные и социально-экономические эффекты от внедрения результатов исследовательской работы:
- отечественное производство современной инновационной продукции;
- разработка во многом решает проблемы импортозамещения обширного ассортимента комплектации, необходимой для изготовления современных высокоэффективных ИВЭП средней мощности;
- разработка позволяет реализовать алгоритмы управления ИВЭП высокой эффективности, что определяет возможность создания малогабаритных ИВЭП будущих поколений с увеличенным отношением мощности к объему ИВЭП, что позволяет использовать будущие ИВЭП в составе электроники транспортных средств.