АВТОНОМНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПИТАНИЯ С ДЛИТЕЛЬНЫМ СРОКОМ СЛУЖБЫ

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для преобразования радиоактивной энергии в электрическую.
63
174
Известна ядерная батарея (Пат. US №8134216 B2), способная работать в сложных климатических условиях продолжительное время. В качестве бетавольтаической ячейки используется SiC диод с нанесенным на поверхность рn-перехода бета-источником, например Т, Ni, Pm, поскольку они могут быть получены в количествах, достаточных для поддержания высоких объемов производства батарей питания. Для повышения эффективности ядерной батареи поверхность диода модифицируют путем вытравливания канальцев размером около 300 нм куда помещают бета-изотопы, таким образом, повышается контактная площадь изотопа с диодом. В результате облучения поверхности диода бета-частицами происходит генерация электронно-дырочных пар.
Основным недостатком батареи является то, что для увеличения генерации электронно-дырочных пар в диоде делают небольшие каналы, в которые помещают изотопы, что усложняет конструкцию батареи. Кроме того такая батарея не является источником переменного или импульсного напряжения.
Известно, что для получения переменного напряжения от источника постоянного напряжения применяется инвертор (Раскин, Л.Я. Стабилизированные автономные инверторы тока на тиристорах / Л.Я.Раскин. - Энергия, 1970. - 96 с.). Работа инвертора основана на том периодическом прерывании тока с помощью вентилей, в качестве которых используют тиристоры, МОП-транзисторы, биполярные транзисторы с изолированным затвором и др.
Недостатками известных инверторов (Пат. RU 2456737 C1, RU 119546 U1, RU 2168825 C1) являются значительные входные напряжения при которых инвертор начинает работать, наличие трансформаторов и большие масса габаритные показатели.
Известны умножители напряжения на коммутируемых конденсаторах, позволяющие получить от переменного напряжение - высоковольтное постоянное за счет свойств конденсаторов накапливать и в течение некоторого времени сохранять электрическую энергию. Главный недостаток умножителей напряжения - малая сила тока на выходе. Кроме того, при добавлении большого числа конденсаторов в умножитель напряжение на выходе может быть ниже ожидаемого (Дольник, А.Г. Выпрямители с умножением напряжения / А.Г.Дольнико. - ГОСЭНЕРГОИЗДАТ. - 1952. - 35 с.).
Задачей предлагаемой полезной модели является создание автономных импульсных источников электрической энергии.
Техническим результатом модели является получение переменного выходного напряжения.
63
Предлагаемый автономный импульсный источник электрического питания с длительным сроком службы содержит первичный преобразователь на основе полупроводниковой структуры с p-n-переходами с нанесенным на ее поверхность изотопом Ni, к которому подключен инвертор, умножитель напряжения и импульсный генератор.
63
Сущность полезной модели заключается в следующем. В первичном преобразователе под воздействием бета электронов испускаемых источником Ni в p-n-структуре в области пространственного заряда генерируются электронно-дырочные пары. За счет встроенного электрического поля в области пространственного заряда происходит разделение заряда. На выходе первичного преобразователя таким образом образуется разность потенциалов. Значения этого потенциала в лучших случаях достигают нескольких милливольт, что не достаточно для работы современных инверторов постоянного напряжения в переменное. Для повышения напряжения на выходе первичного преобразователя предлагается использовать батарею из последовательно включенных p-n-структур с нанесенным на их поверхность радиоизотопом. Количество структур в батарее определяется необходимым значением напряжения на выходе. В данном случае это значение составляет величину порядка 0,4 В. При этом уровне выходного напряжения на первичном преобразователе возможно подключение к нему упрощенной схемы инвертора, порог срабатывания которого равен 0,3 В. В результате на выходе инвертора возможно получение переменного напряжения. Для повышения уровня выходного напряжения и тока в схему импульсного радиационно-стимулированного источника на выход добавлен умножитель напряжения (фиг.1). Применение умножителя напряжения позволяет получить преобразование импульсного низкого напряжения в высокое постоянное напряжения. А добавление импульсного генератора работающего на малых напряжениях позволяет получить на выходе радиационно-стимулированного источника импульсы напряжения до нескольких вольт и тока амплитудой до сотен миллиампер.
63
Конструктивно предлагаемый автономный импульсный источник электрического питания с применением бета-источника Ni (фиг.2) представляет собой герметичный алюминиевый корпус с выведенными внешними контактами для подключения полезной нагрузки. Внутри металлического корпуса (5) помещен модуль радиоизотопного первичного преобразователя (1), представляющий собой батарею кремниевых диодов с нанесенным на поверхность pn-перехода бета-источником и электронное устройство (2), включающее инвертор, умножитель напряжения и импульсный генератор, обеспечивающее формирование импульсного напряжения на выходе. Импульсное напряжение с выхода устройства коммутации поступает на выходные контакты (3), расположенные на внешней стенке корпуса. Электрическое подключение выхода модуля радиоизотопного преобразователя (1) к входу электронного устройства (2) осуществляется с использованием провода (4). Размещенные указанным образом внутри корпуса и электрически соединенные компоненты заливаются компаундом и герметично закрываются верхней алюминиевой крышкой (6).
63
Таким образом, автономный импульсный источник электрического питания с длительным сроком службы содержащий первичный преобразователь на основе полупроводниковой структуры с p-n-переходами с нанесенным на ее поверхность изотопом Ni позволяет увеличивать напряжение на выходе источника до величины 180 мВ (фиг.3) и ток на нагрузке с 0.1 мА до 200 мА (фиг.4).