3. Выходной каскад блока управления

Выходной каскад выполнен в виде трехфазной мостовой схемы на транзисторных ключах VT1-VT6, рис.4.1. Он выполняет функции коммутатора ведущего двигателя ВД диска.

Такой вариант схемы каскада позволяет наиболее простым способом управлять двигателем ВД: регулировать скорость, осуществлять реверс, производить пуск и остановку. Коммутация осуществляется переключением обмоток (фаз) двигателя по сигналам датчика положения ДП. Эти сигналы формируются на выходе Ф (+C-C+A-A+B-B). Работа выходного каскада состоит из шести тактов.

В соответствии с сигналами u_A, u_B, u_C, поступающими от ДП, осуществляется переключение транзисторов VT1-VT6 и фазных обмоток ВД. В каждом такте к источнику питания +U_П подключается последовательная цепочка, состоящая из двух обмоток и двух транзисторов.

Управление скоростью вращения двигателя осуществляется с помощью широтно-модулированных импульсов управления U_У. Этот сигнал поступает на базы транзисторных ключей VT1-VT3 через ограничительные резисторы R6-R8 от ШИМ. Сигналы управления поступают одновременно на все три транзистора, но открывается только тот, на который с выхода Ф поступает разрешающий положительный сигнал коммутации.

Вентили VD1-VD3 служат для гальванической развязки U_У и сигналов, поступающих с выхода Ф. Резисторы R3-R5 - ограничительные.

Рис.4.1. Выходной каскад блока управления

Транзисторы VT1-VT3 переключаются не только по сигналам датчика ДП с частотой коммутации f_К (рис.3.11), но и с частотой следования управляющих импульсов Гц. В импульсном режиме работы транзистора можно коммутировать нагрузку, превыщающую его по мощности в несколько десятков раз. Поэтому мощность, рассеиваемую транзисторным ключом, можно выбрать из условия:

(4.1)

Чем больше P_Красс (т.е. ближе к коэффициенту 0.1), тем больше вероятность того, что выбранный транзистор может работать без теплоотвода.

P₀ - мощность фазной обмотки.

,

(4.2)

где I₀ - среднее значение тока в обмотке двигателя,

U₀⁵⁰⁰ - напряжение на обмотке в режиме НС.

Выбираемый транзистор должен удовлетворять требованиям, при которых максимальная рассеиваемая на коллекторе мощность P_Кмакс, максимально допустимое напряжение на коллекторе U_КЭмакс и максимально допустимый ток P_Кмакс были бы больше аналогичных параметров, развиваемых схемой,

P_Кмакс > P_Красс,

U_КЭмакс > U_П,

I_Кмакс > I_{0 макс},

где U_П - напряжение питания двигателя,

I_{0 макс} - максимальный ток, возникающий в фазной обмотке при пуске двигателя,

,

(4.3)

U_КЭ - напряжение насыщения транзисторных ключей, U_КЭ ≈ (1.4-1.5)В,

R_ОБМ - сопротивление фазной обмотки; выбираем 2R_ОБМ, т.к. две обмотки в каждом такте включены последовательно,

P_Красс - мощность, рассеиваемая транзисторным ключом.

Шунтирующие диоды VD4-VD9 выбираются из условия

U_{ОБР макс} > U_П,

I_{ПР макс} > I_{0 макс},

3.1. Расчет основных соотношений, характеризующих работу выходного каскада блока управления

Для мостовой трехфазной схемы (m=3) ток фазной обмотки

[A]

Мощность фазной обмотки

[Вт]

В соответствии с (4.1) выбираем мощность, рассеиваемую на транзисторном ключе коммутатора

[Вт]

Максимальное значение тока обмотки при пуске

[A]

Выбираем транзистор КТ802, у которого:

P_{К МАКС} = 50Вт > P_{К РАСС} = 0.138Вт,

U_{К МАКС} = 60В > U_П = 15.4В,

I_{К МАКС} = 3,5А > I_{0 МАКС} = 2.21А,

h_21Э≥15.

Значение тока базы каждого из транзисторных ключей в режиме насыщения с учетом вводимого коэффициента запаса q=1.2

[A]

На выходе Ф (рис.4.1.) логическими элементами DD1-DD6 формируются управляющие импульсы с параметрами: U_ВЫХ^Ф = 10В при токе нагрузки I_ВЫХ^Ф = 5мА. Ток нагрузки I_ВЫХ^Ф = 5мА меньше требуемого значения тока базы транзисторного ключа I_Б^ТК = 0.16А. Поэтому необходим согласующий импульсный усилитель ИУ на базе эмиттерных повторителей ЭП (VT7-VT9). Причем согласуются не только токи или нагрузка, но и полярность сигналов I_ВЫХ^Ф и I_Б^ТК. Для согласования токов устанавливается по одному ЭП на каждый транзисторный ключ (VT7-VT9). Согласование токов верхней группы транзисторных ключей (VT1-VT3) осуществляется при расчете ШИМ.

Эмиттерные повторители (VT7-VT9) выполняются на транзисторах КТ646A с параметрами:

P_{К МАКС} = 0.5Вт,

U_{К МАКС} = 60В > U_П2 = 12В,

I_{К МАКС} = 1,0А > I_Б^ТК = 0.1768А,

h_21Э = (40-200),

где U_П2 = 12В - напряжение питания ЭП.

Параметры всех трех согласующих ЭП идентичны.

Выбор ограничительных резисторов R3-R5

[Ом]

Токи базы ЭП (VT7-VT9)

[мА]

Выбор ограничительных резисторов R9-R11

[Ом]

Выбор сопротивления в цепи эмиттеров (R12-R14)

Нагрузкой эмиттерных повторителей является низкоомная базовая цепь ключей VT4-VT6. Значение R12 выбирают такого же порядка, т.е. R12 = 200Ом.

Выбор шунтирующих диодов VD4-VD9

Выбираем диоды КД213 с параметрами:

U_{ОБР МАКС} = 200В > U_П = 15.4В

I_{ПР МАКС} = 10А > I_{0 МАКС} = 2.21А