Расчет резонансного мостового преобразователя

Группа ответственных на один проект

В список ответственных за реализацию нового нацпроекта по электронике вошли Минцифры, Минпромторг, а также два профильных вице-премьера – Дмитрий Чернышенко, курирующий, помимо прочего, ИТ-сферу, и Юрий Борисов.

Согласно плану властей, к 2030 г. по-настоящему современная современная отечественная электроника в России не появится

Борисов занимает свою должность с мая 2018 г., сохранив ее при последнем формировании Правительства в начале 2020 г. В разные периоды своей карьеры он тоже был связан с электроникой. Например, в Федеральном агентстве по промышленности с 2004 по 2008 гг. Борисов занимал должности начальника управления радиоэлектронной промышленности и систем управления, заместителя руководителя.

В аппарате Дмитрия Чернышенко сообщили изданию, что федеральные проекты и их параметры в настоящее время находятся на стадии согласования. При этом они сделали акцент на том, что указанные в презентации к проекту по электронике размеры денежных вливаний «не соответствуют действительности». В то же время представители аппарата Чернышенко предпочли не раскрывать истинные размеры объемов финансирования. Другие ответственные тоже не стали уточнять сумму, какую в действительности власти хотят потратить на развитие электроники в России.

Структурная и принципиальная схема основных частей блока

Обобщенная структурная схема импульсного БП.

На входе блока питания устанавливается сетевой фильтр. Принципиально на работу самодельного или промышленного импульсного блока питания он не влияет – все будет функционировать без него. Но отказываться от схемы фильтрации нельзя – из-за крайне нелинейной формы потребляемого тока импульсные источники интенсивно «сыплют» помехами в бытовую сеть 220 вольт. По этой причине работающие от этой же сети устройства на микропроцессорах и микроконтроллерах – от электронных часов до компьютеров – будут работать со сбоями.

Схема сетевого фильтра.

Назначение входного устройства — защита от двух видов помех:

• синфазной (несимметричной) – возникает между любым проводом и землей (корпусом) БП;
• дифференциальной (симметричной) – между проводами (полюсами) питания.

Фильтр, как и весь блок питания, на входе защищен предохранителем F (плавким или самовосстанавливающимся). После предохранителя стоит варистор – резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Пока входное напряжение в норме, сопротивление варистора велико и он не оказывает никакого действия на работу схемы. Если напряжение повышается, сопротивление варистора резко просаживается, что вызывает увеличение тока и сгорание предохранителя.

Статья по теме: Из чего состоит блок питания компьютера

Конденсаторы Cx блокируют дифференциальные помехи на входе и выходе фильтра в диапазоне до 30 МГц. На частоте 50 Гц их сопротивление велико, поэтому влияния на сетевое напряжение они не оказывают. Их емкость может быть выбрана от 10 до 330 нФ. Резистор Rd устанавливается для безопасности – через него разряжаются конденсаторы после отключения питания.

Синфазные помехи подавляет фильтр на Cy и L. Их значения для частоты среза f связаны формулой Томпсона:

f=1/(2*π*√L*C), где:

• f – частота среза в кГц (берется частота преобразования импульсника);
• L – индуктивность дросселя, мкГн;
• С – емкость Cy, мкФ.

Синфазный дроссель наматывается на ферритовом кольце. Обмотки одинаковые, мотаются на противоположных сторонах.

Конструктив синфазного дросселя.

В отличие от выходного фильтра, на расчет элементов фильтра защиты от помех номинальный ток БП не влияет, за исключением провода, которым наматывается дроссель.

После фильтра сетевое напряжение выпрямляется. В большинстве случаев используется стандартный двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Суть проекта

Согласно графе «Продукт», в России еще до конца 2022 г. будет запущена программа по реинжинирингу иностранных решений в сфере электроники и по переносу их производства в пределы границ России и Китая. Эту сферу курируют Юрий Борисов и Минпромторга Василий Шпак.

Параллельно власти хотят стартовать программу развития электронного машиностроения, к 2024 г. обеспечить «100% импортозамещения по всем направлениям», а к 2030 г. «завершить формирование продуктового портфеля российских технологий». На эту часть нацпроекта, согласно плану, будет выделено 1,14 трлн руб.

Далее следует графа «Инфраструктура». Ответственность за реализацию всех приведенных в ней планов так же несут Борисов и Шпак.

В данном случае речь идет о запуске до конца 2022 г. на территории России производства микросхем по 90-нанометровому техпроцессу. Это, на деле, довольно старая топология – американская Intel, в апреле 2022 г. покинувшая российский рынок, такие процессоры начала выпускать еще 19 лет назад, в 2003 г.

К 2030 г. власти планируют выйти на нормы 28 нм, освоенные в начале прошлого десятилетия. На 2022 г. самыми современными были 4-нанометровые процессоры, а компании, занимающиеся их производством, вовсю готовились к переходу на 3 нм и даже 2 нм.

Также в графе «Инфраструктура» говорится о наращивании численности российских дата-центров. Сейчас их около 70, а к 2030 г. по всей стране их должно быть 300.

10 простых шагов: Как выйти на новые внешние рынки с помощью платформы «Мой экспорт»
Бизнес

Размеры вложений в проекты из графы «Инфраструктура» — 460 млрд руб. до 2030 г.

Направление «Спрос» – это зона ответственности Дмитрия Чернышенко и замглавы Минцифры Андрея Заренина. В данном параграфе рассматриваются возможности стимулирования закупок отечественной электроники посредством сквозных проектов. Как пишет «Коммерсант», эти проекты предполагают, что «гарантировать спрос на отечественную электронику будут крупнейшие корпорации и компании, а государство субсидирует до 50% от суммы таких контрактов».

Реализация всех планов, по задумке властей, приведет к тому, что к 2030 г. 30% процентов российских домохозяйств начнут использовать преимущественно отечественную электронику. При этом доля российской электроники в госзакупках к 2030 г. должна дойти до 100%.

Что касается направления «Кадры», за которое отвечают Дмитрий Чернышенко и замглавы Минобрнауки Алексей Медведев, то здесь размер денежных вливаний к 2030 г. достигнет 309 млрд руб. В этой части нацпроектов говорится о разработке не менее 400 прототипов новых видов электроники и о проведении не менее 2000 научно-исследовательских работ.

Наряду с этим авторы документа хотят нарастить так называемую «кадровую конверсию» выпускников отечественных вузов с нынешних 5% до 35%. В планы также входит создание, по меньшей мере, 1000 проектных команд на основе существующих и новых на учебных дизайн-центров.

Проблемы, связанные с цепочкой поставок

Растущее доминирование TSMC начинает привлекать политическое внимание. Государства стремятся перенести жизненно важные цепочки поставок на свои территории, чтобы сделать их менее уязвимыми для сбоев в условиях пандемии и защитить их от влияния геополитических противников

В США законодатели ссылаются на нехватку микросхем как на доказательство того, что стране необходимо возродить производство полупроводников на своей территории. В 2020 году TSMC под политическим давлением администрации Дональда Трампа обязалась построить завод стоимостью $12 млрд в Аризоне.

Опасения высказывают и японские власти. TSMC уже объявила, что создаст дочернюю компанию в Японии для исследований в области новых полупроводниковых материалов. Даже члены ЕС в настоящее время предложили инициативу инвестировать в завод по производству 2-нм чипов, расположенный на территории Европы.

Необходимость идти на уступки может создать нагрузку на бизнес-модель TSMC. По мнению аналитиков, одной из ключевых причин, по которой компания настолько эффективна и прибыльна, является концентрация производства на Тайване.

По оценкам компании, производственные затраты в США на 8-10% выше, чем на Тайване. Поэтому TSMC не готова вести свои производственные операции по всему миру.

«В США мы взяли на себя обязательство построить завод после того, как власти ясно дали понять, что они будут субсидировать разрыв в расходах. В Японии наши инвестиции сосредоточены в области, которая является ключом к нашему будущему, — объясняет один из руководителей TSMC. — Но в Европе ситуация не настолько критична, и европейцы должны определить, чего именно они хотят, и могут ли они достичь этого силами собственных производителей чипов».

С этим согласны и представители европейского рынка полупроводников. Такие европейские производители микросхем, как Infineon, NXP и ST Micro, доминируют на рынке автомобильных чипов и в некоторых других нишах

Но они уже давно сосредоточили свое внимание на разработке чипов, а не на производстве

Фото в тексте: Ascannio / 

В США обязательства TSMC также более ограничены, чем может показаться, исходя из заявленных $12 млрд, которые она инвестирует. Новый завод в Аризоне будет работать на 5 нм, технологии, которая сейчас является передовой, но в 2024 году, когда начнется массовое производство, он будет уступать мощностям, которые TSMC возводит на юге Тайваня.

Отраслевые эксперты также предупреждают, что усилий властей по переносу производства чипов может оказаться недостаточно.

Именно по этой причине TSMC достигла своего доминирующего положения. Ее конкуренты, в том числе базирующаяся в США компания GlobalFoundries и тайваньский конкурент UMC, постепенно отказались от стремления конкурировать с передовыми мощностями, поскольку требуемые инвестиции были слишком большими.

Хотя обсуждать положение TSMC начали только сейчас, доминирование тайваньской компании уже довольно давно беспокоит ее клиентов.

«В течение нескольких лет у компаний, не имеющих производства, были опасения, что доминирующее положение TSMC даст ей больше возможностей для управления ценами», — говорит Хэнбери. Он добавляет, что эти опасения стали более серьезными, когда GlobalFoundries, единственный оставшийся американский конкурент TSMC, выбыл из гонки за развитие передовых производственных мощностей в 2018 году.

Остается Intel. Новый глава компании Пэт Гелсингер планирует возродить собственное производство. В сентябре 2021 года стало известно, что Intel начала строить два новых завода полупроводниковых чипов. Но даже для переходного периода Intel потребуются услуги TSMC, чтобы конкурировать с AMD за долю рынка центральных процессоров. Аналитик Bernstein Марк Ли оценивает, что в 2023 году Intel передаст на аутсорсинг TSMC 20% своего производства.

TSMC не уступит легко. Благодаря своим огромным планам капиталовложений на этот год компания уже дала понять, что она полна решимости сохранить свое лидерство. Значительная часть прогнозируемых капитальных затрат TSMC будет инвестирована в передовое оборудование, отмечает руководитель компании, поставляющей машины для производства полупроводников.

ASML, голландская компания, доминирующая на рынке EUV, заявила в своем последнем отчете о доходах, что ее мощности не покрывают спрос. Поэтому инсайдеры считают, что каждый заказ, размещенный сейчас TSMC, поможет ей держать любого потенциального конкурента на расстоянии вытянутой руки и оставаться неприступной.

В статье использованы материалы следующих источников:

Схемы инверторов

Получившееся выпрямленное напряжение поступает на преобразователь (инвертор). Его выполняют на биполярных или полевых транзисторах, а также на IGBT-элементах, сочетающих свойства полевых и биполярных. В последние годы получили распространение мощные и недорогие полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET). На таких элементах удобно строить ключевые схемы инверторов. В схемах импульсных блоков питания используются различные варианты включения MOSFET, но в основном применяются двухтактные схемы из-за простоты и возможности наращивания мощности без существенных переделок.

Пуш-пульная схема Схема пуш-пульного преобразователя.

Пуш-пульный инвертор (push – толкать, pull – тянуть) — пример двухтактного преобразователя. Транзисторные ключи работают на первичную обмотку трансформатора, состоящую из двух полуобмоток I и II. Транзисторы поочередно открываются на заданный промежуток времени. Когда открыт верхний по схеме транзистор, ток течет через полуобмотку I (красная стрелка), когда второй – через полуобмотку II (зеленая). Чтобы избежать ситуации, когда оба ключа открыты (из-за конечной скорости работы транзисторов), схема управления формирует паузу, называемую Dead time. Управление транзисторами с учетом Dead time.

Такая схема хорошо работает при низком напряжении питания (до +12 вольт). Минусом является наличие выбросов амплитудой, равной удвоенному напряжению питания. Это влечет за собой применение транзисторов, рассчитанных на вдвое большее напряжение.

Мостовая схема

От главного недостатка предыдущей схемы свободна двухтактная мостовая. Двухтактная мостовая схема инвертора.

Здесь одновременно открывается пара транзисторов T1 и T4, потом Т2 и Т3 (сигнал управления ключами формируется с учетом Dead time). При этом первичная обмотка подключается к источнику питания то одной стороной, то другой. Амплитуда импульсов равна полному напряжению питания, и выбросы напряжения отсутствуют. К минусам относят применение четырех транзисторов вместо двух. Помимо увеличения габаритов БП это ведет к удвоенным потерям напряжения.

Полумостовая схема

На практике часто применяют полумостовую схему инвертора – в определенной мере компромисс между предыдущими двумя схемами. Полумостовая схема.

В этом случае одна сторона обмотки коммутируется поочередно открывающимися транзисторами Т1 и Т2, а другая подключается к средней точке емкостного делителя С1, С2. Достоинства схемы:

• в отличие от пушпульной отсутствуют выбросы напряжения;
• в отличие от мостовой используются только два транзистора.

На другой чаше весов – обмотка трансформатора запитана лишь от половины напряжения питания.

Однотактные схемы

В схемотехнике преобразователей применяются и однотактные схемы – прямоходовые и обратноходовые. Их принципиальное отличие от двухтактных – трансформатор (точнее, его первичная обмотка) служит одновременно накопительной индуктивностью. В обратноходовых схемах энергия накапливается в первичной обмотке во время открытого состояния транзистора, а отдается в нагрузку через вторичную обмотку во время закрытого. В прямоходовых накопление энергии и отдача потребителю происходит одновременно. Две фазы работы обратногоходового однотактного инвертора.

Экономика против микроэлектроники в России

Бизнес всегда стремится к тому, чтобы получить максимум прибыли с минимальными вложениями и рисками. Высокотехнологичный бизнес этим требованиям совершенно не соответствует. Он требует больших вложений, сроки его окупаемости крайне высокие, а в добавок еще присутствуют большие риски.

Некоторые государства повышают привлекательность высокотехнологичного бизнеса дотациями, госконтрактами в военной и гражданской сфере. Это дает некоторый толчок его развитию, особенно в ситуации, когда в стальном бизнесе остается мало места.

Производство микроэлектроники требует больших вложений средств

В России же низкотехнологичный бизнес по ряду причин может быть гораздо более прибыльным. В результате с экономической точки зрения разработка микроэлектроники является бессмысленным занятием, особенно в краткосрочной перспективе.

Есть ли будущее у российских процессоров?

В Зеленограде в мае 2022 года было объявлено о начале строительства нового завода, на котором будут выпускаться процессоры. Речь о нем идет уже давно, и ожидалось, что запуск производства состоится только в 2030 году. Однако табличка на строительной площадке говорит о том, что завод будет построен в 2024 году.

На заводе будут выпускаться процессоры на 28 нм технологии. Для сравнения, завод TSMC, на котором до февраля 2022 года выпускались процессоры “Эльбрус” и “Байкал”, запускает 2-нанометровый техпроцесс. Чтобы было понятнее — 28-нанометровый техпроцесс использован в смартфоне iPhone 5, который был выпущен в 2013 году. Очевидно, конкурировать с зарубежными аналогами отечественные процессоры не смогут в ближайшем обозримом будущем. Да и в целом перспективы и российской микроэлектроники, учитывая все вышеперечисленные факторы, не обнадеживающие

Напоследок напомним, что кроме процессоров в России не производят ряд другой важной продукции. Будет ли она в дефиците? Узнайте об этом прямо сейчас

TSMC, Тайвань

Тип производства: чистое литейное производство.

Производимые устройства: только производство для сторонних компаний без разработки и проектирования собственных компонентов.

Тайваньская компания замыкает «большую тройку» лидеров на мировом рынке полупроводников. В отличие от двух предыдущих компаний, у TSMC нет собственной разработки компонентов.

Большинство производственных мощностей расположено в Тайване. Несколько более мелких заводов функционируют в Сингапуре, Китае и США.

TSMC создает полупроводники и микроэлектронику только по технологиям и разработкам заказчиков. Отсутствие собственного производства делает компанию зависимой от полученных заказов, но в последние годы на их отсутствие никто не жалуется.

В планах руководства компании открыть новое производство в Европе и США. В последнем случае велика вероятность получить хорошее финансирование от американского правительства.

При этом основной бизнес TSMC в Тайване находится под угрозой. Во-первых, в ближайшее время возникнет потребность в закупках очищенного неона из-за остановки украинских поставок. А, во-вторых, происходящие вокруг острова провокации США и Китая могут отпугивать потенциальных заказчиков.

Как человечество стало зависеть от полупроводников

Содержание полупроводников в электронных системах по годам

Полупроводники активно используются во всех видах электроники, спрос на них с каждым годом только растет. Это неудивительно, ведь сильно увеличивается количество электроники во многих потребительских сферах.

Так, например, пользователи все чаще выбирают умные часы и браслеты вместо механических часов без электронной начинки. При выборе бытовой техники растет спрос на умные устройства, электроники в которых в разы больше, чем в обычных устройствах без smart-составляющей. Даже на автомобильном рынке наблюдается планомерное увеличение встраиваемой электронной начинки.

Как видите на графике выше, если в начале века каждый пятый электронный гаджет содержал полупроводники в своем составе, то сейчас они встречаются уже в каждом третьем устройстве.

Распределение полупроводников по разным сферам

На производство бытовой электроники уходит лишь 11% от общего количества производимых полупроводников. Такой же процент (11.2%) требуется для автомобилестроения.

Еще 12% полупроводников идет на нужды промышленности, а оставшуюся часть примерно поровну делят коммуникационный рынок и сфера хранения/обработки данных. Доля этих ниш составляет 31,5% и 34%, соответственно.

Аналитики прогнозируют устойчивый рост потребления полупроводников на ближайшие годы. В этой ситуации рынок полупроводников должен был бы выглядеть очень стабильно – но его сильно лихорадит.

Разновидности блоков питания

Применение нашли несколько типов инверторов, которые отличаются схемой построения:

• бестрансформаторные;
• трансформаторные.

Первые отличаются тем, что импульсная последовательность поступает непосредственно на выходной выпрямитель и сглаживающий фильтр устройства. Такая схема имеет минимум комплектующих. Простой инвертор включает в себя специализированную интегральную микросхему — широтно-импульсный генератор.

Из недостатков бестрансформаторных устройств главным является то, что они не имеют гальванической развязки с питающей сетью и могут представлять опасность удара электрическим током. Также они обычно имеют небольшую мощность и выдают только 1 значение выходного напряжения.

Более распространены трансформаторные устройства, в которых высокочастотная последовательность импульсов поступает на первичную обмотку трансформатора. Вторичных обмоток может быть сколько угодно много, что позволяет формировать несколько выходных напряжений. Каждая вторичная обмотка нагружена на собственный выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Мощный импульсный блок питания любого компьютера построен по такой схеме, которая имеет высокую надежность и безопасность. Для сигнала обратной связи здесь используется напряжение 5 или 12 Вольт, поскольку эти значения требуют максимально точной стабилизации.

Использование трансформаторов для преобразования напряжения высокой частоты (десятки килогерц вместо 50 Гц) позволило многократно снизить их габариты и массу и использовать в качестве материала сердечника (магнитопровода) не электротехническое железо, а ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой.

На основе широтно-импульсной модуляции построены также преобразователи постоянного тока. Без использования инверторных схем преобразование было связано с большими трудностями.

Какие бывают виды и где применяются

Разделить импульсники можно по разным признакам. По выходному напряжению они делятся на:

• однополярные с одним уровнем напряжения;
• ондополярные с несколькими уровнями напряжения;
• двухполярные.

Эти типы можно комбинировать как угодно – принципиальных ограничений нет. Можно создать блок питания, например, с несколькими однополярными напряжениями (+5 В, +24 В) и с двуполярным (±12 В), или с двумя двуполярными выходами (±12 В, ±5 В). Все зависит от области применения.

Более интересной является информация о типе стабилизации. Здесь ИИП можно разделить на категории:

1. Нестабилизированные источники. У них выходное напряжение зависит от нагрузки. Могут быть применены для питания оконечных устройств аудиоаппаратуры (усилители и т.п.).
2. Стабилизированные источники. У таких устройств от нагрузки могут не зависеть напряжение, ток или и то, и другое. Источники со стабилизированным напряжением используются, например, в качестве БП для компьютеров и серверов, или для заряжания кислотно-свинцовых аккумуляторов. Стабилизированный ток подойдет для зарядных устройств для других типов АКБ.
3. Регулируемые источники. У них уровень выходного напряжения и тока можно выставлять в определенных пределах в зависимости от потребности. Такие устройства используются в качестве лабораторных источников питания.Схема и сборка самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока

Описать все области использования импульсников невозможно. Они применяются там, где надо получить большой ток от легкого и компактного источника.

Также можно разделить ИИП по схемотехнике:

• с импульсным трансформатором;
• с накопительной индуктивностью.

В схемотехнику можно углубляться и дальше и классифицировать БП по другим критериям, но это принципиального значения не имеет.

Усугубили ситуацию непростые отношения между Россией и Украиной

В технологическом процессе производства необходим очищенный неон. Процесс его получения крайне сложный, ведь необходимая степень очистки – 99.9%.

Самым крупным мировым производителем неона является Россия, но мощностей для его очистки не хватает. На рынке очищенного неона доля отечественных компаний составляет всего 20-22%.

Два украинских предприятия в Одессе и Мариуполе занимались производством очищенного неона и в 2021 году обеспечивали до 50% всего его мирового объема. Сырье для очистки беспрепятственно закупалось в России.

Весной оба предприятия остановили производство. После остановки обоих заводов очищенный неон начал дорожать. За последние месяцы цена на газ выросла почти в 9 раз. Вместо $280 за кубометр (столько стоил газ еще весной) сейчас он продается за $2500.

Заполнить нишу смогут лишь предприятия из России и Китая, где уже налажен этот технологический процесс.

Пока что объемов закупленного производителями полупроводников газа может хватить на 5-6 месяцев. Но в дальнейшем его придется приобретать по новым ценам, что неизбежно скажется на издержках производителей электронных товаров.

Теория импульсных блоков питания

В обычных источниках питания изменение напряжения и гальваническая развязка выполнялись на трансформаторе со стальным сердечником, работающим на частоте 50 Гц, полупроводниковым выпрямителем и линейным стабилизатором напряжения.

Однако КПД этой схемы очень низкий (не превышает 50%), большая часть мощности преобразуется в тепло в трансформаторе, диоде и аналоговом стабилизаторе. Большая номинальная выходная мощность требует наличия сетевого трансформатора повышенного размера и большой потери тепла. Этого неудобства можно избежать, увеличив рабочую частоту до нескольких сотен кГц и заменив регулятор напряжения электронным ключом с интеллектуальным управлением. Их задача – преобразовать сетевое напряжение в постоянное, а затем в выпрямленное напряжение, выполняемое быстрым переключением транзисторов. В результате получается высокочастотное прямоугольное напряжение, которое преобразуется импульсным трансформатором и выпрямителем.

Стабилизация выходной мощности достигается изменением ширины импульса при постоянной частоте или включением переключения в определенные периоды времени в зависимости от нагрузки схемы. Наиболее важные преимущества SMPS, сравнимые с обычными блоками питания:

• малый вес, уменьшенный объем, повышенная эффективность
• малая емкость фильтрующих конденсаторов для высоких частот переключения
• отсутствие слышимых помех из-за того, что частота переключения находится за пределами слышимого диапазона
• простое управление различными выходными напряжениями
• легко снижать высокое сетевое напряжение

С развитием мощных транзисторов с быстрой коммутацией для высоких частот, стало возможным использовать ИИП, работающие на частотах до 1 МГц. С помощью этого типа резонансных трансформаторов рабочие частоты могут быть увеличены даже до 3 МГц. Тем не менее, эти преимущества уменьшаются из-за нежелательного высокочастотного излучения, а также из-за более низкой скорости реакции на возможные изменения нагрузки.

Эта тенденция привела к разработке новых ферритов Mn-Zn с очень мелкой структурой зерен и материалов с уменьшенными гистерезисными потерями, что позволяет передавать мощность в диапазоне от 1 до 3 МГц. Высокие рабочие частоты приводят к дальнейшему уменьшению размеров ядер и, следовательно, всего блока питания. Новый принцип конструкции в планарной технологии позволяет изготавливать высокочастотные трансформаторы с кардинально уменьшенными размерами (плоские трансформаторы, низкопрофильные трансформаторы). Эта технология оказывает сильное влияние на разработку преобразователей постоянного и переменного тока, а также на производство гибридных импульсных источников питания.

Но вернёмся к теории. Импульсный источник питания работает контролируя среднее напряжение, подаваемое на нагрузку. Это делается путем размыкания и замыкания переключателя (обычно мощного полевого транзистора) на высокой частоте. Система более известна как широтно-импульсная модуляция – ШИМ. Схема ШИМ – самая важная, которая отличает этот тип блока питания, поэтому стоит вспомнить хотя бы само название.

На приведенной диаграмме показаны идеи, лежащие в основе работы ШИМ, и ее довольно просто понять: V = напряжение, T = период, t (вкл.) = длительность импульса. Среднее напряжение приложенное к нагрузке, можно объяснить следующей формулой:

Vo (av) = (t (on) / T) x Vi

Импульсы следуют друг за другом быстро (это порядка многих кГц, то есть тысячи раз в секунду), и для того, чтобы нагрузка не видела внезапных импульсов, необходимы конденсаторы, обеспечивающие относительно постоянный уровень напряжения. Уменьшение времени t (on) вызывает уменьшение среднего значения выходного напряжения Vo (av) и наоборот – увеличение длительности высокого вольтажного состояния t (on) увеличивает выходное напряжение Vo (av).

Частота, с которой работает ШИМ, обычно находится в диапазоне от 30 кГц до 150 кГц, но может быть намного выше.

Наследие 90-х годов

В России, как и в остальных странах СНГ, был приватизирован и начал развиваться простой бизнес. Крупные бизнесмены занимались получением сверхприбылей в сжатые сроки. Впоследствии они стали лоббировать изменения законодательства, которые помогали сохранять высокие доходы в своих нишах бизнеса.

Что касается высоких технологий — государство науку практически не финансировало. Это привело к “утечке мозгов”. Многие специалисты оказались за рубежом, где вносили свой вклад в развитие иностранного высокотехнологичного бизнеса. Отечественный же высокотехнологичный бизнес оказался совершенно незащищенным.

iPhone 5 в 2013 году был выпущен с 28-нанометровым техпроцессом

Samsung, Южная Корея

Тип производства: производитель интегральных устройств (IDM) на основе полупроводников.

Производимые устройства: флэш-память NAND, SSD, DRAM, CMOS-сенсоры, радиочастотные передатчики, OLED-панели.

Южнокорейская компания год является лидером по производству проводников. После снижения коронавирусных ограничений Samsung удалось обойти многолетнего лидера отрасли – Intel. Основное производство сосредоточено на родине в Южной Корее, небольшая доля заводов находится в ближайших странах Азии.

Компания постепенно наращивает производственные мощности и пытается перекрыть дефицит полупроводников на рынке, в том числе и за счет дотаций на постройку новых мощностей в США.

Samsung на данный момент не ощущает негативного влияния тайваньского кризиса, но в то же время сильно зависит от поставок очищенного неона. Сейчас резервуары заполнены на несколько месяцев вперед. Но уже к концу года придется входить на рынок дорогих ресурсов и заключать сделку с предприятиями из РФ или Китая.

Что ждет рынок полупроводников в будущем

Аналитики предсказывают два сценария дальнейшего развития рынка полупроводников.

Первый сценарий предполагает планомерный рост цен на полупроводники и, соответственно, всю связанную с ними электронику. Производители будут пытаться покрыть свои расходы, связанные со строительством новых заводов и производственных линий.

Мировые гиганты оказались не готовы к резкому росту спроса на полупроводники и сейчас планомерно наращивают выпуск необходимой продукции. Резко увеличивать темпы производства никто не торопится, чтобы неожиданно не оказаться с избытком продукции (как Nvidia).

Второй сценарий предрекает скорое окончание кризиса полупроводников. Некоторые аналитики уверены, что инновации и одновременно стагнация на рынке существенно продлила жизненный цикл электроники, что уже замедлило её темпы продаж по всему миру.

Снижение продаж ведёт к сокращению производства, а это освободит резервы полупроводников для более нуждающихся в них отраслей.

В этом случае нас, вероятно, ожидает постепенное снижение цен на гаджеты и окончание дефицита в некоторых нишах.

Карта предстоящих военных учений вооруженных сил Китая вокруг Тайваня

Наконец, возвращаясь к ситуации вокруг Тайваня, от напряжённости или возможной блокады больше всего пострадает корпорация TSMC. До полной остановки производства, скорее всего, не дойдет, но задержки и усложнение логистики выглядит вполне реальной перспективой.

Минимизировать риски компания сможет лишь через полтора-два года после постройки новых заводов в Европе и США. При этом конкуренты будут готовы перехватить часть заказов или крупных клиентов при необходимости.

Любой из описанных сценариев выхода из кризиса полупроводников приведет к последствиям не сразу. Но одно понятно: до разрешения накопившихся и новых проблем индустрии ещё очень далеко.

iPhones.ru

Проблемы закончатся, но не очень скоро.

Рассказать