Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ

Наукоемкие разработки российской электроники На протяжении многих лет международные выставки «Экспо­Электро­ника» и «ЭлектронТехЭкспо», ежегодно проводимые компаниями «Прим­экспо» и ITE Group plc, оказывают большое влияние на развитие российской электронной промышленности. В этом году они традиционно отразили основные тенденции производства электроники в стране и стали для специалистов одним из главных отраслевых событий. В рамках деловой программы выставок прошли более 20 бизнес-мероприятий, позволивших участникам и посетителям пообщаться со своими партнерами и клиентами по актуальным вопросам. Ключевым мероприятием программы стал круглый стол «Стратегия развития радиоэлектронной отрасли России до 2015 го­да», в котором приняли участие руководители ведущих предприятий и отраслевых структур. Общее мнение коллег по проблемам развития российской электроники выразил в своем выступлении генеральный директор ОАО «ЦНИИ “Электроника”» профессор Борис Авдонин: «Основная стратегическая цель на ближайшие годы — придать развитию радиоэлектронной промышленности инновационный характер и прежде всего обеспечить интенсивную реконструкцию и модер­низацию производств и стимулировать разработку, освоение и выпуск наукоемкой продукции, конкуренто­способной в наполнении отечественного рынка». Светодиоды для освещения Три-четыре года назад, когда начали появляться первые «сверхяркие светодиоды» (сверхяркие — в данном словосочетании эпитет), родились фантастические прогнозы о скорой замене традиционных источников общего освещения свето­диодными. Основанием для таких предсказаний послужили тогдашние темпы роста эффективности светодиодов, которые в 2006 г. возросли в 1,5 раза и во столько же — в 2007 г. Корреспонденты некоторых из­вест­ных СМИ, знакомые с физикой больше понаслышке и имеющие довольно смутное представление о полупроводниках, раструбили на весь мир, что такие темпы роста наметились на долгосрочный период. А значит, светодиоды в скором времени вытеснят традиционные источники общего освещения. Специа­листы же, обладающие ограниченными возможностями доводить свою точку зрения до широкого круга пользователей, справедливо полагали, что время само скоро все расставит на свои места. Идеей продвижения осветительных светодиодов увлекся даже генеральный директор РОСНАНО Анатолий Чубайс. На новом поприще бывший руководитель РАО ЕС России определил свето­диодное направление приоритетным в развитии российских нанотехнологий. Но уже в 2008 г. светоотдача (эффективность) светодиодов, выпускаемых ведущими мировыми компаниями, возросла всего на 10% и в 2009 г. фактически замерла на уровне 100–120 лм/Вт (при температуре p-n-перехода 25 °С). А поскольку при нагреве светодиоды теряют 10–20% своего светового потока, реальная светоотдача не превышает сегодня 80–100 лм/Вт. Справедливости ради надо сказать, что существуют лабораторные образцы, работающие на так называемых «квантовых точках». Их светоотдача находится на уровне 150–170 лм/Вт, что, казалось бы, вполне приемлемо для нужд освещения. Но эти полупроводники имеют сложную многослойную структуру (каждый слой образован четырьмя атомными слоями) и чрезвычайно дороги в изготовлении. Поэтому массовое производство таких светодиодов для замены ими традиционных источников общего освещения серьезно специалистами даже не рас­сматривается. По светоотдаче (80–100 лм/Вт) светодиоды сопоставимы с люминес­центными лампами и превосходят галогенные лампы накаливания. Однако, поскольку работают они при напряжении 2–4 В и небольшом токе, све­товой поток «мощных светодиодов» очень мал. Так, например, светодиод KPWH-080-1 имеет мощность 1 Вт и световой поток 95 лм. В то же время автомобильная малогабаритная га­логенная лампа, используемая для дальнего света фар, обеспечивает полный световой поток не менее 125 600 лм. Другими словами, для того чтобы получить такой же световой поток с помощью светодиодов KPWH-080-1, их потребуется не менее 1322 шт. Несостоятельность (а точнее, абсурдность) идеи использования светодиодов для общего освещения становится очевидной, если учесть 10-кратное превышение их стоимости над стоимостью галогенных ламп. Серьезной проблемой является и отвод от «мощных» светодиодов тепла, выделяемого ими в процессе работы. Для этого светодиоды монтируются на алюминиевых платах, выполняющих функцию радиаторов. При повышении температуры окружающей среды теплоотвод становится затрудненным, и в полупроводниках развиваются разрушительные процессы диффузии, влияющие как на светоотдачу, так и на срок службы. Установка же охлаждающих вентиляторов сразу перечеркивает основное достоинство светодиодов — экономичность в эксплуатации. Главным фактором, определяющим целесообразность применения светодиодов, считается срок службы. Но в настоящее время нет стандарта, позволяющего определить этот показатель. Существуют только предложения считать таковым время, в течение которого световой поток уменьшается до определенного значения (например, до 70 или 50% от начальной величины). Поэтому де­кларируется он во многих случаях произвольно и с реальным сроком напрямую не связан. К тому же в отличие от яркости и экономичности, долговечность для потребителей — свойство, выраженное не явно, т. к. выявляется только в процессе эксплуатации. Надо сказать, этим умело пользуются недобросовестные производители. Поскольку яркость светодиодов зависит от пропускаемого через них тока, при увеличении последнего до величины тока насыщения p-n- перехода она значительно возрастает. Это позволяет продавать изделия, оснащенные маломощными чипами, под видом более мощных и дорогих. Во время демонстрационного включения значения яркости и напряжения соответствуют заявленным производителем параметрам. А в процессе эксплуатации выясняется, что срок службы изделий вместо заявленных 100 тыс. ч, а это более 11 лет непрерывной работы, состав­ляет от нескольких дней до 3 мес. С подобной ситуацией, например, часто сталкиваются при устройстве наружной рекламы, в частности, световых табло. При максимальной плотности тока, пропускаемого через светодиод, происходит процесс миграции носителей: p-контакт смещается в активную область и разрушает ее. Недобросовестные же производители при выходе из строя светодиодных систем зачастую обвиняют пользователей в нарушении температурного режима эксплуатации их «качественных изделий», рассчитанных на нормальную работу только при 25 °С. Если использование светодиодов для нужд общего освещения является нецелесообразным, то область их применения для подсветки и местного освещения расширяется все больше. На выставке светодиоды и изделия на их основе были представлены российскими компаниями «КТЛ» (г. Москва, Зеленоград) и «Протон» (г. Орел). Первая разрабатывает светодиоды в России, а изготавливает в Китае под своим контролем. Производство ОАО «Протон» находится в Орле. Одним из новых предложений ООО «КТЛ» являются белые светодиоды с изменяемой температурой свечения. Обычно для получения белого (или близкого к нему) света на синий светодиод наносится желтый люминофор. Но такой метод имеет ряд недостатков. Поскольку в ходе технологического процесса трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора, получить одинаковую температуру для каждого светодиода в пределах партии практически невозможно. Регулировка цветовой температуры таких изделий тоже невозможна. Кроме того, из-за потерь в слое люминофора они имеют пониженную светоотдачу (для теплого белого), из-за плохого теплового режима работы кристалла короткий срок службы, а из-за разрушения фосфорного слоя изменяемую со временем цветовую температуру. Лишенный перечисленных недостатков новый 5-миллиметровый светодиод Top LED-5050 содержит один оранжевый и четыре синих кристалла, покрытых тонким слоем желтого фосфора. Возможность изменения тока через оранжевый кристалл путем поворота ручки регулятора (переменного резистора) позволяет получать белый свет в широком диапазоне цветовых температур: от холодного до теплого. Причем с высокой светоотдачей и без уменьшения срока службы при работе в режиме теплого белого. Благодаря использованию Top LED-5050 регулирование света не только по яркости, но и по цветовой температуре становится реально осуществимым. На основе этих источников разработаны светильники нового типа для освещения магазинных витрин. Светильники позволяют подстраивать освещение под конкретный вид товара с целью представить его в наилучшем виде. Интерес посетителей на стенде «КТЛ» вызвали также мощные 3-ваттные светодиоды Power LED типа KPWH-080-3. Изделия герметизированы силиконом, имеют световой поток 225 лк, постоянный прямой ток 1000 мА и угол свечения 60–120°. На основе KPWH-080-3 ООО «Техно­ло­гии энергосбережения» начало вы­пуск уличных светодиодных светиль­ников ТЭС. Последние предлагаются в качестве энергосберегающей альтернативы существующим светильникам с лампами ДРЛ. Вы­пускаются они в двух вариантах: ТЭС-080 и ТЭС-160 с потребляемой мощностью соответственно 80 и 160 Вт и световым потоком 5280 и 10 560 лм. Для освещения крупных объектов компания предлагает использовать блочные осветительные приборы на базе ТЭС-160 со световым потоком до 230 000 лм и потребляемой мощностью до 3,5 кВт. Легко подсчитать, что количество мощных 3-ваттных светодиодов в таких приборах доходит до 1167 шт. ОАО «Протон» приступило к производству светодиодных модулей на основе светодиодов КИПД 140* мощностью 1 и 3 Вт и световым потоком (для свечения белого цвета) 80 и 120 лм. В состав модулей с углом излучения 120° и световым потоком до 1100 лм (МПС-К100-09Б-03) входят от трех до девяти светодиодов с белым, синим, красным, желтым и зеленым цветом свечения. Диапазон рабочих температур изделий — от -40 до +70 °С, самих светодиодов — от -60 до +85 °С. Модули белого света компания изготавливает с цветовой температурой 4500–5000, 5000–5650, 5650–6300, 6300–7000 и 7000–10 000 К (группы U, V, W, X, Y). Стоят 3-ваттные светодиоды КИПД 140 от 118 до 130 руб. На стенде компании «Протон» также были представлены светодиодные светильники новой серии СПО, предназначенные для освещения коридоров, лестничных площадок, подсобных помещений и подземных переходов. Серия включает три 10-ваттных светильника СПО-53, -54 и -55 со световым потоком со-­ответственно 320, 580 и 410 лм и 50-ваттный СПО-71 с потоком 3200 лм. Оборудование для пайки и ремонта Московская компания «Аргус ИКС» — один из крупнейших поставщиков паяльного оборудования, инструмента и материалов для ручных методов монтажа и замены электронных компонентов. На ее стенде специалистам было представлено современное оборудование для пайки, выпускаемое ООО «НТФ “Техно-Альянс Электроникс”» (г. Мос­ква). Одной из новых разработок фирмы является цифровая им­пульсная система пайки ФРЦ-150, созданная с учетом опыта использования аналоговой импульсной системы ФР-100, превосходящей по своим характеристикам зарубежные аналоги. ФРЦ-150 аналогов пока не имеет. Как и ФР-100, она предназначена для работы с термочувствительными компонентами, например, с ферритовыми либо выполненными на керамической подложке деталями. При монтаже таких компонентов требуется, чтобы до начала выполнения операции паяльник был в холодном состоянии и только после прикосновения к паяемому контакту начинал нагреваться, причем с определенной скоростью. Последняя зависит от подводимой к инструменту мощности и задается оператором, а затем автоматически отслеживается. Система пайки ФРЦ-150 состоит из низковольтного источника переменного напряжения с цифровым управлением и четырех термоинструментов: импульсного паяльника, съемника изоляции с проводов и двух импульсных пинцетов — одноконтурного для распайки кабеля на разъеме и двухконтурного для монтажа-демонтажа керамических компонентов. Питание на инструмент, подключенный к источнику напряжения, подается только на время выполнения операции. При смене инструмента монтажник нажимает на соответствующую ему кнопку, и система автоматически устанавливает значения минимальной и максимальной мощности, в рамках которой выбранный инструмент должен работать. Как следствие, исключается перегрев и повреждение его наконечников. Применение для распайки кабеля одноконтурного пинцета позволяет избежать повреждений изоляции соседних проводов, вероятность возникновения которых достаточно велика при использовании обычного паяльника. Во время припаивания провода с помощью пинцета ток проходит через вывод разъема и нагревает его. При этом наконечники пинцета остаются чуть теплыми, что безопасно для соседних проводов. Применение для зачистки проводов импульсного съемника изоляции также обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционно используемым для этой операции способом зачистки с помощью так называемой «обжигалки» (инструмента с раскаленной докрасна нихромовой петлей на конце). При контакте раскаленного нихрома с виниловой изоляцией выделяется целый ряд вредных веществ (в т. ч. хлор), а медные жилы проводов перегреваются, что вызывает их окисление и усложняет последующую пайку. Еще в большей степени это проявляется при зачистке проводов с термостойкой фторопластовой изоляцией типа МГТФ. Ножи же импульсного съемника нагреваются лишь чуть выше температуры плавления изоляции. В результате нагрев не вызывает горения материала и задымления, а медные жилы не перегреваются. Основной прибор системы импульсной пайки — цифровой источник напряжения ФРЦ-150 — может работать в трех режимах: непрерывном, когда нагрев происходит, пока нажата педаль, в режиме «таймер» с фиксированными параметрами нагрева и в программном режиме. Во втором режиме монтажник задает мощность нагрева инструмента (определяющую скорость нагрева) и время подачи на него питания. Эти параметры подбираются опытным путем и записываются в память системы, а при необходимости вызываются нажатием кнопки. Программный режим может, например, использоваться для реализации ступенчатого нагрева при монтаже компонентов на паяльную пасту. В течение одного цикла пайки он позволяет через определенные промежутки автоматически изменять уровень мощности. Число зон с разным уровнем мощ­-ности можно задавать от одной до семи. Для управления мощностью в ФРЦ-150 используется способ периодического отключения нагрузки от сети. При этом коммутация нагрузки строго синхронизирована и происходит в момент перехода сетевой фазы через ноль. Периодичность отключения зависит от установленной мощности. Например, при мощности 50% нагрузка подключается к сети в течение одного полупериода, а в течение следующего отключается. При выборе мощности в пределах от 5 до 100% рабочие и нерабочие периоды равномерно распределены во времени. В отличие от широко распространенных тиристорных регуляторов с фазовой системой управления на­гревом этот способ не вызывает возникновения высокочастотных по­мех в питающей сети. А с учетом инерционного характера работы любых нагревательных элементов источник ФРЦ-150 может применяться не только для импульсной пайки, но и для управления мощностью практически любых систем нагрева (с помощью встроенного или внешнего реле), подключаемых к сети 220 В напрямую или через понижающий транс­форматор. Стоит цифровой регулятор мощности 19 990 руб. В настоящее время система импульсной пайки комплектуется импортным термоинструментом, стоимость которого значительно превосходит пока не запущенные в серийное производство российские аналоги. Так, одноконтурный пинцет TW-15 стоит 8900 руб., двухконтурный СТ-15 — 14 800 руб. Стоимость импульсного паяльника LF-15 состав­ляет 8900 руб., а импульсного съемника изоляции — 14 800 руб. Для профессионального ремонта современной электронной техники НТФ «Техно-Альянс Электроникс» начала производство универсального цифрового инфракрасного ре­монт­ного центра ИК-650, успешно прошедшего испытания в московском сервисном центре по ремонту ноутбуков. Центр предназначен для ремонта печатных узлов и пайки плат методом оплавления паяльной пасты по термопрофилю. При этом он одинаково эффективно работает как по бессвинцовой, так и по традиционной технологии. Преимуществами ИК-650 являются также модульная конструкция, возможность установки различных термостолов и крепление верхнего нагревателя на телескопическом штативе. Поскольку термостол не связан со штативом, а положение верхнего регулятора можно изменять, ограничения на размер и расположение платы практически отсутствуют. Для ограничения области инфракрасного нагрева платы вместо требующих регулирования шторок ре­монтный центр комплектуют быстро­сменными диафрагмами из нержавеющей стали. С целью удобства закрепления термодатчика и увеличения срока его службы разработчики ИК-650 предлагают использовать специальный шарнирный прижим ПДШ-300. Для подогрева печатной платы ремонтный центр оснащают прибором нижнего подогрева серии НП (термостолом), позволяющим уменьшить теплоотвод от компонента в плату и снизить таким образом температуру инструмента, необходимую для пайки или демонтажа. Управление температурой рабочей поверхности осуществляется с помощью электронного терморегулятора серии ТП или ПРО. Печатная плата с помощью рамочного держателя РД-400 устанав­ливается над рассеивающей плас­тиной нагревательного элемента термостола. Держатель позволяет закреплять на плате контрольные термодатчики, регулировать зазор между ней и поверхностью нагревателя и перемещать плату в зоны подогрева и охлаждения. Конст­рукция нагревателя и рассеивающей пластины обеспечивает высокую равномерность температурного поля по рабочей поверхности. Термостолы серии НП выпускаются в антистатическом исполнении с размерами рабочей поверхности 105?65, 170?120, 240?170 и 340?240 мм. Нагреватели термостолов мо­дельного ряда НС имеют мощность 300, 700, 1400 и 2800 Вт. Скорость нагрева рабочей поверхности в температурном диапазоне от 50 до 300 °С составляет 1,7 град/с. Стоят термостолы от 9900 до 24 400 руб., терморегуляторы — от 13 400 до 18 990 руб. Источники бесперебойного питания ООО «Александер Электрик источ­ники электропитания» (г. Мос­ква) специализируется на производстве модулей и блоков питания для военной техники. На стенде компании в качестве новой продукции общепромышленного применения были представлены источники бесперебойного питания постоянного тока серии ИБП. Эти устройства предназначены для обеспечения стабильной работы электронного оборудования при пропадании сетевого напряжения, а также его защиты от различного рода помех, возникающих в сети. ИБП могут применяться для организации надежной работы аппаратуры связи, автоматики же­лезно­дорожного транспорта, по­жарной и охранной сигнализации, систем управления эксплуатацией интеллектуальных зданий и в целом ряде других областей. Предприятие производит источники бесперебойного питания с выходным напряжением 12, 24, 48 и 60 В, имеющие от одного до трех выходных каналов. Для каждого из указанных напряжений выпускаются устройства мощностью 150, 300, 450 и 600 Вт. Время работы ИБП от встроенной аккумуляторной батареи, в зависимости от ее емкости, состав­ляет при максимальной нагрузке от 5 мин. до 2 ч. При наличии сетевого переменного напряжения в пределах от 98 до 127 В или от 187 до 242 В источник преобразует его в постоянное, вы­полняет фильтрацию, стабилизацию и одновременно заряжает или поддерживает в заряженном состоянии аккумуляторную батарею. Уро­вень пульсации напряжения на выходе источника не превышает 1%, точность стабилизации — 2%. При пропадании сетевого напряжения питание нагрузки осуществляется от аккумуляторной батареи, гарантирующей на выходе номинальную мощность. Плата контроля обеспечивает световую индикацию о наличии питающей сети и напряжения на выходах, о подключении нагрузки к батарее. Кроме того, она выдает прерывистую звуковую и световую сигнализацию о падении или возрастании напряжения аккумулятора относительно допустимых уровней, а также формирует соответствующие телеметрические сигналы. Защита ИБП от перегрузки и короткого замыкания обеспечивается самовосстанавливающимися предохранителями. Конструкция источников дает возможность их установки на горизонтальную поверхность (стол) через амортизаторы, на стену с помощью кронштейнов, а также в 19-дюймовую стойку на уголках. Время наработки ИБП на отказ составляет не менее 100 000 ч. Стоят источники бесперебойного питания (без аккумуляторов) от 10 463 до 17 410 руб. Стоимость аккумуляторных батарей составляет от 505 до 8407 руб. С большим интересом специалисты ознакомились также с одними из последних разработок компании — ми­ниатюрными изолированными DC/DC-преобразователями серии MR-Z и мало­габаритными модулями электро­питания AC/DC на 20–150 Вт, не имеющими аналогов на российском рынке. Преобразователи MR-Z низко­профильной конструкции с входным напряжением 100 В предназначены для систем электропитания железнодорожного транспорта. Они имеют защиту от переходных напряжений по входу, систему дистанционного управления и рассчитаны на эксплуатацию при температуре от -60 до +125 °С. Типоразмерный ряд миниатюрных MR-Z включает пять ус­тройств выходной мощностью 10–160 Вт и габаритными размерами от 48?33х10 до 110?84?13 мм. Александр Пуховский, фото автора * Данные изделия являются аналогом светодиодов Luxeon и Prolight.