Розрахунок схеми електронного навантаження для тестування низьковольтних джерел

Purpose. The introduction of electronic load for testing high-precision low-voltage sources (solar panels) requires careful review not only of the circuit design, but also thermal and mechanical design. The article considers the principle of creating and calculating the optimal solution for the implementation of electronic load. Methodology. To achieve this goal, methods of analysis of modern electronic database, calculations of basic physical and electrical parameters and their modeling are used. Findings. Based on the considered physical and circuit solutions for the implementation of the electronic load unit, a corresponding electrical circuit was developed. The transistors are controlled by four unipolar operational amplifiers integrated into the LM324 chip. Control of the electronic load unit is implemented by controlling the voltage at the positive feedback terminals, which is further stabilized by the TL431 chip. The device is powered by a source of DC stabilized current of 12 V (provides additional filtering from voltage fluctuations). Originality. Modern advances in the development of solar cells and other low-voltage energy sources have led to the need to create compact and express systems for testing them, which cannot be implemented on existing solutions. Practical value. Adherence to the indications and principles set out in this article will provide the load with the ability to work at high power, while maintaining good performance and reliability. The developed scheme allows to create a compass device for express testing of solar panels.Цель работы. Внедрение электронной нагрузки для испытания высокоточных низковольтных источников (солнечных батарей) требует тщательного просмотра не только схемотехнической конструкции, но и теплотехнической и механической конструкции. В статье рассматривается принцип создания и расчета оптимального решения для реализации электронной нагрузки. Методы исследования. Для достижения цели используются методы анализа современной электронной базы, расчет основных физических и электрических параметров и их моделирование. Полученные результаты. На основе рассмотренных физико-схемных решений для реализации электронного блока нагрузки была разработана соответствующая электрическая схема. Транзисторы управляются четырьмя униполярными операционными усилителями, интегрированными в микросхему LM324. Управление электронным блоком нагрузки реализуется путем управления напряжением на клеммах положительной обратной связи, дополнительно стабилизируемой микросхемой TL431. Устройство питается от источника постоянного стабилизированного тока напряжением 12 В (обеспечивает дополнительную фильтрацию от колебаний напряжения). Научна новизна. Современные достижения в разработке солнечных элементов и других низковольтных источников энергии привели к необходимости создания компактных и экспрессных систем их тестирования, которые нельзя реализовать на существующих решениях. Практическая ценность. Соблюдение показаний и принципов, изложенных в этой статье, обеспечит нагрузке возможность работать на большой мощности, и при этом сохранить хорошие характеристики и надежность. Разработанная схема позволяет создать компасное устройство для экспрессного тестирования солнечных батарей.Мета роботи. Впровадження електронного навантаження для випробування високоточних низьковольтних джерел (сонячних батарей) вимагає ретельного перегляду не тільки схемотехнічної конструкції, а й теплотехнічної та механічної конструкції. У статті розглядається принцип створення та розрахунку оптимального рішення для реалізації електронного навантаження. Методологія. Для досягнення мети використовуються методи аналіза сучасної електронної бази, розрахунки основних фізичних та електричних параметрів та їх моделювання. Висновки. На основі розглянутих фізико-схемних рішень для реалізації електронного блоку навантаження була розроблена відповідна електрична схема. Транзистори керуються чотирма уніполярними операційними підсилювачами, інтегрованими в мікросхему LM324. Управління електронним блоком навантаження реалізується шляхом управління напругою на клемах позитивного зворотного зв'язку, яка додатково стабілізується мікросхемою TL431. Пристрій живиться від джерела постійного стабілізованого струму напругою 12 В (забезпечує додаткову фільтрацію від коливань напруги). Оригінальність.  Сучасні досягнення у розробці сонячних елементів та інших низьковольтних джерел енергії призвели до необхідності створення компактних та експресних систем їх тестування, котрі не можна реалізувати на існуючих рішеннях. Практичне значення. Дотримання показань і принципів, які викладені в цій статті, забезпечить навантаженню можливість працювати на великій потужності, і при цьому зберегти хороші характеристики і надійність. Розроблена схема дозволяє створити компасний пристрій експресного тестування сонячних батарей

Дослідження процесів швидкого перемикання в структурах на основі телуриду кадмію

Однією з головних вимог до сучасного радіоелектронного обладнання є питання електромагнітної стійкості, що означає здатність підтримувати робочі параметри під час і після дії імпульсного електромагнітного випромінювання різного походження. Проблема забезпечення електромагнітної стійкості пов'язана з тим, що під впливом ЕМ-імпульсів у ланцюгах виникають імпульси перенапруги, що призводять до руйнування напівпровідникових приладів внаслідок як властивостей p-n переходу, так і питомої теплопровідності напівпровідникових матеріалів. У той же час ефекти резистивного перемикання активно використовуються в сучасній електроніці, зокрема, робота мемристорів заснована на резистивному перемиканні в оксидах перехідних металів. Цей ефект резистивного перемикання вже давно спостерігається в CdTe, як на товстих (понад 100 мкм) монокристалічних шарах, так і в тонких полікристалічних плівках. Новизна запропонованої роботи полягає в тому, що процеси перемикання між станами з низькою і високою провідністю в плівках CdTe залежать від різних факторів, таких як товщина плівки, її початкова структура, потужність імпульсу перемикання, властивості контакту. Тонкоплівкові структури на основі CdTe були виготовлені методами вакуумного осадження. Вивчення процесів швидкого перемикання в виготовлених структурах Mo – телурид кадмію – Mo проводилося шляхом вимірювання та подальшої аналітичної обробки їх амплітудно-часових характеристик під дією електромагнітних імпульсів наносекундної тривалості. Встановлено, що прототипи з діаметром металізації 0,5 мм і 6 мм, виготовлені за планарною технологією, мають подібні параметри: час перемикання на рівні 1-2 нс, близькі значення напруги відсікання та хід її залежності від амплітуди імпульсу. Геометрія контактної металізації не впливає на параметри перемикання конструкцій, а при виготовленні елементів захисту від електромагнітних імпульсів на їх основі можна використовувати промислову технологію формування металізації без необхідності її надмірної мініатюризації.One of the main requirements for modern radio electronic equipment is the issue of electromagnetic (EM) stability, which means the ability to maintain operating parameters during and after the action of pulsed EM radiation of various origins. The problem of ensuring EM stability is due to the fact that under the influence of EM pulses, overvoltage pulses appeared in the circuits, which is particularly prone to the destruction of semiconductor devices due to both the properties of the p-n junction and the specific thermal conductivity of semiconductor materials. At the same time, the effects of resistive switching are actively used in modern electronics, in particular, the work of memristors is based on resistive switching in oxides of transition metals. This effect of resistive switching has long been observed in CdTe, both on thick (more than 100 μm) single-crystal layers and in thin polycrystalline films. The novelty of the proposed work consists in the fact that switching processes between low and high conductivity states in CdTe films depend on various factors, such as the film thickness, its initial structure, the power of the switching pulse, and the contact properties. Thin film CdTe based structures were prepared by using vacuum deposition methods. The study of fast switching processes in manufactured Mo – cadmium telluride – Mo structures was carried out by measuring and further analytical processing of their amplitude-time characteristics under the action of EM pulses of nanosecond duration. It was found that the prototypes with a metallization diameter of 0.5 mm and 6 mm, made using the planar technology, have similar parameters: the switching time is at the level of 1-2 ns, similar values of the cutoff voltage and the course of its dependence on the pulse amplitude. The geometry of the contact metallization does not affect the switching parameters of structures, and in the manufacture of protection elements against EM pulses on their basis, an industrial technology for the formation of metallization can be used without the need for its excessive miniaturization

Розробка модульної конструкції системи генерації та накопичення енергії для автономного електропостачання

У статті представлено концепцію розробки високомобільної системи генерації і накопичення енергії з інтелектуальними системами перетворення та накопичення енергії для використання у військових і цивільних цілях у регіонах з пошкодженою інфраструктурою, де доступ до електроенергії та гарячої води обмежений або знаходиться під загрозою через людину або природні пошкодження. Основною особливістю пропонованої системи є модульна конструкція, яка поєднує в собі тепловий колектор, перетворювач електричної енергії та відповідні системи накопичення енергії. Модульна, надійна конструкція та простота розгортання запропонованої системи, розмір якої дозволяє здійснювати транспортування в стандартних транспортних контейнерах, забезпечує швидке та гнучке масштабування розгорнутої сонячної електростанції, виробництво та зберігання електроенергії та гарячої води. Конструкція модуля пропонованої системи базується на використанні високоефективних багатоперехідних сонячних елементів III-V у поєднанні з економічною та надійною пластиковою системою концентрації сонячного випромінювання. При цьому охолодження сонячних батарей для підтримки їх робочої температури забезпечує нагрівання води до мінімальних значень, необхідних у побутових умовах. Також модульний принцип лежить в основі системи накопичення та розподілу електроенергії, яку передбачається складати з високоефективних акумуляторних батарей на основі Li-Fe, які на сьогодні мають одні з найкращих показників за співвідношенням об’єму та накопичена енергія. Інтелектуальна система управління на основі мікроконтролерів забезпечує точне позиціонування сонячних елементів, реалізацію алгоритму MPPT для максимального збільшення вироблення електроенергії та підтримки балансу між живленням споживачів і зарядкою акумуляторів. Модульність дозволяє формувати комплекси аварійного живлення різної потужності (45 Вт електричної потужності та 50 Вт теплової енергії на один модуль) для забезпечення аварійного та постійного живлення більшості електронних пристроїв за стандартними протоколами PD 3.0, QC 3.0, 12В, 220В, а також забезпечити споживачів теплою водою для основних потреб.The article presents the design conception of a high mobility energy generation and storage system with intelligent energy conversion and storage systems for use in military and civilian purposes in regions with damaged infrastructure, where access to electricity and hot water is limited or threatened due to man-made actions or natural damage. The proposed system main feature is modular design which combines a heat collector, electrical energy converter, and related energy storage systems. The modular, reliable design and ease of deployment of the proposed system, the size of which allows to carry out in standard shipping containers, enables rapid and flexible scaling of a deployed solar power plant, production and storage of electricity and hot water. The design of the module of the proposed system is based on the use of highly efficient multi-junction III-V solar cells in combination with economically and reliable plastic made system for concentrating solar radiation. At the same time, the cooling of solar cells to maintain their operating temperature provides heating of water to the minimum values required in domestic conditions. Also, the modular principle is the basis of the system for storing and distributing electrical energy, which is supposed to be made of highly efficient Li-Fe based rechargeable batteries, which today have one of the best indicators in terms of the ratio of volume and accumulated energy. An intelligent control system based on microcontrollers provides accurate positioning of solar cells, the implementation of the MPPT algorithm to maximize power generation and maintain a balance between supplying consumers and charging batteries. Modularity makes it possible to form emergency power supply complexes of different power (45 W of electric power and 50 W of thermal energy per one module) for provide emergency and permanent power supply of most electronic devices according to the standard protocols PD 3.0, QC 3.0, 12 V, 220 V as well as supply consumers with warm water for basic needs