ОТЧЕТ о выполнении НИОКР по теме: "Разработка, изготовление и испытания опытного образца высоковольтного коммутирующего устройства с программируемыми параметрами." (договор №3619ГС2/60681 от 20.07.2020)Этап №1"Разработка конструкторской и технической документации для опытного образца высоковольтного коммутирующего устройства с программируемыми параметрами. Разработка схемотехнических решений для опытного образца высоковольтного коммутирующего устройства с программируемыми параметрами. Разработка системы программной симуляции переходных процессов высоковольтного коммутирующего устройства." (промежуточный)

Целью выполнения первого этапа проведения НИОКР является разработка и изготовление опытного образца высоковольтного коммутирующего устройства с программируемыми параметрами. Задачами данного этапа НИОКР является разработка конструкторской и технической документации, разработка схемотехнических решений, создание программы симуляции переходных процессов для высоковольтного коммутирующего устройства с программируемыми параметрами. Первый этап является ключевым, на втором этапе планируется разработка ПО и методики испытаний, проведение комплексных испытание уже готового образца высоковольтного коммутирующего устройства с программируемыми параметрами.В результате выполнения работы по первому этапу была составлена конструкторская и технологическая документация:- Габаритный чертеж (ГЧ)- Схема- Маршрутная картаВ ходе выполнения работ по этапу был создан опытный образец высоковольтного коммутирующего устройства с программируемыми параметрами. Высоковольтное коммутирующее устройство функционально состоит из четырех модулей: модуль питания, модуль управления, модуль силовой сборки, модуль ПЛИС.Основные технические характеристики опытного образца коммутирующего устройства:Максимальное рабочее напряжение: 12 кВМаксимальный импульсный ток (при продолжительности импульса 1 мкс): 50 АМаксимальный постоянный ток: 1 А;Максимальная частота непрерывной работы: 30 кГц;Максимальная частота коммутации в режиме пачки: до 3 МГц;Габариты корпуса: 68х50х25 ммМодуль питания включает в себя входной фильтр и DC/DC преобразователь опорного напряжения, предназначен для обеспечения энергией всех систем коммутирующего устройства. Схемотехнические решения: выбрана топология силового DC/DC двухтактного преобразователя (push-pull), подобран оптимальный сердечник трансформатора, подобраны системы защиты от пониженного/повышенного напряжения входного питания, смены полярности, разработан входной фильтр.Модуль управления включает в себя логический блок управления и схему формирования силовых управляющих импульсов, предназначен для управления модулем силовой сборки и для обмена логическими сигналами с внешними устройствами. Схемотехнические решения: разработана схема управления коммутатором как в нормальном режиме, так и в аварийном режиме, разработана система фильтров входных цепей, обеспечено экранирование модуля управления от внешних помех, разработана авторская схема формирования силовых управляющих импульсов, подобраны оптимальный тип ферритовых сердечников для импульсного трансформатора.Модуль силовой сборки включает в себя схему заряда/разряда баз транзисторов и последовательно-параллельную транзисторную сборку, предназначен для коммутации высокого напряжения внешних цепей. Схемотехническое решение: разработана схема блока заряда/разряда затворов с узлом компенсации.Модуль ПЛИС включает в себя ПЛИС-программируемую систему обработки сигналов и программатор, предназначен для обеспечения цифровой обработки входного сигнала по заданным алгоритмам, установка пользовательских настроек, и взаимодействием с модулем управления. Схемотехническое решение: подобрана оптимальная ПЛИС-микросхема, разработана система обработки сигнала, реализованная на базе связки логических элементов и ПЛИС-микросхемы с авторской системой обработки данных и формирования управляющего импульса.В результате проведённой работы была разработана система симуляции переходных процессов высоковольтного коммутирующего устройства. В программной среде Simplis построена схема формирования силовых управляющих импульсов, построено звено схемы заряда/разряда баз (без узла компенсации) и последовательно-параллельной сборки.Цели на первый этап реализации проекта достигнуты в полном объеме.