Разработка блока управления силовыми ключами для аппарата плавного запуска привода скребкового конвейера

 

 

                                                           

3.3 Алгоритм работы разрабатываемого блока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание алгоритма  работы устройства производится графиками  функций.

 

 

1) - Определение моментов перехода через 0.

Напряжение синхронизации Uа,Uв,Uс

 

 

 

2) - Аналогово-цифровой преобразователь Uоп.

 

 

 

3) - Формирование задержек выходных сигналов, пропорционально Uоп.

 

4) - Заполнение получ.НЧ амплитудой .ВЧ пакетом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА.

 

Разработка принципиальной технической схемы выполняется на схемотехническом этапе проектирования, она синтезируется со структурной схемы проектирования. Ведется расчет блоков и элементов, а потом с полной номенклатурой изображается принципиальная схема (4.1).

 

БИФУ преобразует синусное напряжение сети в серию прямоугольных импульсов идущих на управляющие электроды силовых тиристоров.

 

 

                            4.1 Принципиальная схема устройст ва

 

Рис(4.1)

 

4.2Расчетная часть

 

4.2.1 Производим расчёт делителя напряжения:

 

           

 

   

 

Задаёмся R1=1КОм. и током I=10мА

Мощность рассеивания  резистора R1:

 

Принимаем по ГОСТ сопротивление R1

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

 

Находим сопротивление R2:

Мощность рассеивания  резистора R2:

 

Принимаем по ГОСТ сопротивление R2

 

 R2-МЛТ-0,125-250Ом±5%

 

4.2.2 Расчёт инвертирующего ОУ.

 

Представляем  для расчётов в виде:

;

 

;

;

 

                                                            

 

 

Задаёмся Iвх=1мА;

Uвх=12В;

R7=

Мощность рассеивания резистора R7:

 

Принимаем по ГОСТ сопротивление R7

          R7-МЛТ-0,125-12кОм±5%

 

Задаёмся R8=1КОм;

 

Принимаем по ГОСТ сопротивление R8

          R8-МЛТ-0,125-1кОм±5%

По электрическим параметрам принимаем усилитель типа: КР140УД6

Его параметры:

Работа от двух источников +/-5...+/-18 вольт

Малый ток потребления: не более 4 мА

1 МГц частота единичного усиления

2 В/мкс скорость нарастания

Входной ток не более 100 нА

Смещение нуля не более 10 мВ

Температурный дрейф  смещения нуля не более 20 мкВ/°С

Широкий диапазон допустимых синфазных напряжений: +/-15 В 

Дифференциальный коэффициент  усиления не менее 30 000

Внутренняя частотная  коррекция

Зарубежный аналог - МС1456

Изготавливается в 8-выводных 2101.8-1 (КР140УД608) и 301.8-1 корпусах

Цоколевка

 

 

 

                                                          

 

Назначение выводов:

-IN - инвертирующий вход

+IN - неинвертирующий вход

OUT - выход

V - напряжение питания 

BL - выводы для подключения  цепей балансировки нуля 

NC - не подключен 

 

Назначение выводов КР140УД6:

1,2,7,8,12,13,14 - свободные;

3,9 - балансировка;

4 - вход инвертирующий;

5 - вход неинвертирующий;

6 - напряжение питания  -Uп;

10 - выход;

11 - напряжение питания  +Uп;

 Назначение выводов  К140УД6, К140УД608:

1,5 - балансировка;

2 - вход инвертирующий;

3 - вход неинвертирующий;

4 - напряжение питания  -Uп;

6 - выход;

7 - напряжение питания  +Uп;

 

4.2.3Расчёт блока питания

С=   

 

                                                     

С ; Dt=0,01;DU=

С

Принимаем по ГОСТу  С1

С=ЭТН-40мкФ*100В;

Диодный мост принимаем DB157.

 

Если мощность не превышает 5 Вт ,а ток не более 1А,то для данного устройства  подходит интегральный стабилизатор L7805 и L7905.

Получение двухполярного  напряжения при помощи микросхем 7805

Для питания операционных усилителей нередко требуется получить двухполярное напряжение +5 и -5В. Если имеется  однополярное напряжение 12В, а ток  нагрузки не велик, то можно применить простую схему получения исскуственной средней точки на двух стабилизаторах 7805.

Для нормальной работы схемы  нужно, чтобы ток источника отрицательного напряжения был на 10-20% больше тока источника  положительного напряжения I1. Для этого в ней предусмотрен балластный резистор R1.

 

Если резистор R1 отсутствует  и нагрузка к источнику отрицательного напряжения не подключена, то ток I1 потечет  через выход DA2 по ее внутренним цепям  на клемму -12В.

 Протекание тока  в направлении противоположном нормальному полностью нарушит работу DA2 и может вывести ее из строя.

                                                                      

Электрические параметры 
 
Минимальное постоянное выходное напряжение, U_out.min . . . . . . . . . . 4,9 В 
Номинальное постоянное выходное напряжение, U_out . . . . . . . . . ….... 5,0 В 
Максимальное постоянное выходное напряжение, U_out.max . . . . . . . . . . 5,1 В 
Минимальное постоянное выходное напряжение (при токе нагрузке I_н от 5 мА до 1 А), U_out.min . . . . . . . 4,8 В  
Номинальное постоянное выходное напряжение (при токе нагрузке I_н от 5 мА до 1 А), U_out . . . . . . . . . . 5,0 В 
Максимальное постоянное выходное напряжение (при токе нагрузке I_н от 5 мА до 1 А), U_out.max . . .  . . . 5,2 В 
Выходное сопротивление на частоте f=1 кГц, R_out . . . . . . . . . . . . . . . 17 мОм 
Предельно допустимые электрические режимы эксплуатации 
Предельно допустимое входное напряжение, U_in . . . . . . . . . . 35 В* 
Предельно допустимый ток нагрузки, I_in . . . . . . . . . . 1 А 
Диапазон рабочих температур . . . . . . . . от -40 до 150 °С

 

 

 

 

 

 

4.2.4 Рассчитываем выходной усилитель.

 

 

Uпит=15 В

Определяем тип  транзистора VT(n-p-n-переход),если Uкэобр>30 В;Iкmax>0,4 А;

Выбираем КТС613 В; 
Iкmax=0,4 А; 
Uкэобр=30 В; 
Uбэ=0,6 В;

Iвх задаёмся 200 мА

Uвх=5 В

Мощность рассеивания резистора R1:

 

 

Принимаем по ГОСТ сопротивление R

          R-МЛТ-1Вт-22Ом±5%

 

4.3 Выбор микроконтроллера

 

Для решения поставленной задачи принимается микроконтроллер ATmega8 фирмы Atmel.

Отличительные особенности:

1)8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым -потреблением 

 

 

 

 

 

 

2)Прогрессивная RISC архитектура 

-130 высокопроизводительных  команд, большинство команд выполняется за один тактовый цикл

-32 8-разрядных рабочих  регистра общего назначения Полностью  статическая работа 

- Приближающаяся к  16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц)  производительность 

- Встроенный 2-цикловый  перемножитель 

3)Энергонезависимая память  программ и данных

 -  8 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash)

 

   -  Обеспечивает 1000 циклов стирания/записи

 - Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки

 - Обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write)

    512 байт EEPROM

 - Обеспечивает 100000 циклов стирания/записи

 -1 Кбайт встроенной SRAM

 -Программируемая блокировка, обеспечивающая защиту программных средств пользователя

4)Встроенная периферия 

-Два 8-разрядных таймера/счетчика с отдельным предварительным делителем, один с режимом сравнения

- Один 16-разрядный таймер/счетчик  с отдельным предварительным  делителем и режимами захвата  и сравнения 

-Счетчик реального  времени с отдельным генератором 

- Три канала PWM

-   8-канальный аналого-цифровой  преобразователь (в корпусах TQFP и  MLF)

-6 каналов с 10-разрядной  точностью 

-  2 канала с 8-разрядной  точностью 

-6-канальный аналого-цифровой  преобразователь (в корпусе PDIP)

-4 канала с 10-разрядной  точностью

-2 канала с 8-разрядной  точностью 

 - Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс

-Программируемый последовательный USART

-Последовательный интерфейс  SPI (ведущий/ведомый) 

 -Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором

 -Встроенный аналоговый компаратор

5)Специальные микроконтроллерные  функции 

    Сброс по  подаче питания и программируемый  детектор кратковременного снижения  напряжения питания 

  Встроенный калиброванный  RC-генератор 

    Внутренние  и внешние источники прерываний

    Пять режимов  пониженного потребления: Idle, Power-save, Power-down, Standby и снижения шумов ADC

6)Выводы I/O и корпуса

 -23 программируемые линии ввода/вывода

-28-выводной корпус PDIP, 32-выводной корпус TQFP и 32-выводной корпус MLF

7)Рабочие напряжения

 - 2,7 - 5,5 В (ATmega8L)

 -4,5 - 5,5 В (ATmega8)

8)Рабочая частота

 - 0 - 8 МГц (ATmega8L)

 -0 - 16 МГц (ATmega8)

 

 

Рисунок 4.3 – Вывода микроконтроллера

Описание  выводов

23 порта ввода/вывода, объединенных в 3 группы:

Порт В (PB0 - РВ7): Два  вывода (РВ6 и PB7) используются для подключения  кварцевого резонатора. Выводы РВ2 - РВ5 зарезервированы для внутрисхемного программирования. Таким образом, для  общего применения остаются порты PB0 и PB1.

Порт С (PC0 - РС6 : 7 выводов): Порты PC0 - РС5 можно использовать в качестве аналоговых входов. РС6 обычно используется для сброса.

Порт D (PD0 - PD7 : 8 выводов): Эти порты можно использовать для общего применения.

VCC Вход напряжение питания от +4.5 до +5.5 В

GND Вход Общий (земля)

AVcc Вход напряжение питания + 5 В для модуля АЦП

ARef Вход вход опорного напряжения для АЦП

 

 

 

                 

 

 

                    5.КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА

                Технологические методы изготовления печатных плат

 

Печатные платы в настоящее время получили самое широкое распространение. Их применение обеспечивает идентичность электрических параметров – от образца к образцу, замену значительной части ручных монтажных операций машинными, допускающими использование полуавтоматических и автоматических установок, поточных линий и автоматизированных средств контроля, что делает их экономически и технически целесообразными. С точки зрения конструктивных преимуществ печатных плат позволяет улучшить такие параметры, как плотность монтажа и масса.

 

В настоящее время  выпускается несколько типов  печатных плат, имеющих различные  конструктивные особенности: односторонние (ОПП), двухсторонние (ДПП) и многослойные печатные платы (МПП), гибкие печатные платы (ГПП), гибко – жесткие печатные платы (ГЖПП), гибкие печатные кабели (ГПК) и шлейфы (ГПШ).

Технологические методы изготовления печатных плат, базируются на двух направлениях получения проводящего  материала платы: субтрактивный, вычитание  или избирательное удаление проводящего  материала на фольгированном диэлектрике; аддитивный, прибавление или избирательное нанесение проводящего материала на чистый диэлектрик.

В соответствии с этим для изготовления ОПП и ДПП наиболее широкое распространение получили три метода изготовления печатных плат: химический, электрохимический, или полуаддитивный, комбинированный позитивный.

Химический  негативный метод широко применяется не только в производстве ОПП, но и для изготовления слоев МПП, а также ГПК, ГПШ и т.д. Основным преимуществом химического метода является простота и малая длительность технологического цикла, что облегчает автоматизацию, а недостатком – отсутствие металлизированных соединений между сторонами платы.

       Электрохимический, или полуаддитивный, метод дороже, требует большего количества специализированного технического оборудования, менее надежен, но необходим для ДПП с повышенной плотностью монтажа.

Комбинированный позитивный методоснован на химическом и электрохимическом методах и является основным при изготовлении двусторонних печатных плат.

       Чертежи печатных плат выполняются на бумаге, имеющей координатную сетку, нанесенную с определенным шагом. Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника.

По сетке можно воспроизвести  рисунок печатной платы при изготовлении фотооригиналов, с которых изготовляются шаблоны (например, фотонегативы) для наненсения рисунка платы на заготовку. Координатную сетку наносят на чертеж с шагом 2,5; 1,25; 0,625 мм.