2.3 Расчет характеристик конструкции печатной платы блока управления ншр для пайки пп

2.3.1 Расчет выходного каскада

Выходными каскадами блока управления НШР для пайки ПП являются ключи, выполненные на транзисторах, управление которыми осуществляется через микросхему SN74LS75.

Рассчитаем ключи управления обмотками двигателей, как находящиеся в наиболее жестком тепловом режиме. Условная схема выходного каскада на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Схема выходного каскада

где Rн – нагрузка в виде двигателей, R1 – базовый резистор.

_{Ключевой режим работы транзистора характеризуется тем, что транзистор находится в одном из двух состояний: в полностью открытом (режим насыщения), или полностью закрытом (состояние отсечки).} Необходимо рассчитать рассеиваемую мощность на транзисторах MJE3055, TIP122 и TIP127 с различными нагрузками. В качестве нагрузки транзисторов MJE3055T выступают шаговые двигатели FL57ST76-0686A (напряжение 12В, сопротивлением 17,7 Ом, сила тока 0,67А) и FL86ST134-1806A (напряжение 12В, сопротивлением 6,5 Ом, сила тока 1,8А), а для транзисторов TIP122 и TIP127 нагрузкой является двигатель постоянного тока ДПР52-Н1-05 (напряжение 12В, сопротивлением 15 Ом, сила тока 1,2А). Т.к. одновременно в системе могут работать несколько двигателей, необходимо было предусмотреть, чтобы транзисторы ключей выдерживали суммарную нагрузку по силе тока, которая складывается из силы тока двигателей системы.

Рассчитаем транзистор MJE3055T с нагрузкой в виде двигателя FL86ST134-1806A.

Рассчитываем ток коллектора

_(2.12)

где Ik –ток коллектора, Uпит- напряжение питания (12В), Uкэнас- напряжение насыщения транзистора, Rн- сопротивление нагрузки (6,5 Ом).

_(2.13)

Следующим этапом рассчитываем ток базы, который нужно создать, чтобы обеспечить ток коллектора 1,7А.

Как известно, ток коллектора связан с током базы соотношением

_(2.14)

где h21э – статический коэффициент передачи тока, который берется из справочной информации по электрическому элементу.

Таким образом

_(2.15)

Для расчета базового резистора R1 смотрим на график, где приведена зависимость напряжения насыщения база-эмиттер (Uбэнас) от тока коллектора. При токе коллектора 1,7А напряжение насыщения базы будет 0,9В.

Следовательно, сопротивление резистора R1 должно быть равно:

_(2.16)

Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в меньшую сторону (130 Ом).

Рассчитываем потери мощности на транзисторе:

_(2.17)

Uкэнас берем из графика: при 1,7А оно составляет 0,15В.

_(2.18)

Каждым двигателем управляют 4 транзистора, одновременно могут работать 2 таких двигателя, поэтому общая рассеиваемая мощность во время работы этих двигателей может составить

_(2.19)

Это значение многократно укладывается в максимальную рассеиваемую мощность транзистора MJE3055T (75Вт).

Рассчитаем транзистор MJE3055T с нагрузкой в виде двигателя FL57ST76-0686A

Рассчитываем ток коллектора

_(2.20)

Рассчитываем ток базы

_(2.21)

Для расчета базового резистора R1 смотрим на график, где приведена зависимость напряжения насыщения база-эмиттер (Uбэнас) от тока коллектора. При токе коллектора 0,62А напряжение насыщения базы будет 0,7В.

Следовательно, сопротивление резистора R1 должно быть равно

_(2.22)

Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в меньшую сторону (680 Ом).

Рассчитываем потери мощности на транзисторе.

Uкэнас берем из графика: при 0,62А оно составляет 0,09В.

_(2.23)

Каждым двигателем управляют 4 транзистора, одновременно могут работать 3 таких двигателя, поэтому общая рассеиваемая мощность во время работы этих двигателей может составить

_(2.24)

Рассчитаем транзистор TIP122(TIP127) с нагрузкой в виде двигателя ДПР52-Н1-05.

Рассчитываем ток коллектора

_(2.25)

Рассчитываем потери мощности на транзисторе.

Uкэнас берем из графика: при 0,73А оно составляет 0,52В.

_(2.26)

Каждым двигателем управляют 4 транзистора, поэтому общая рассеиваемая мощность во время работы двигателей может составить

_(2.27)

Это значение многократно укладывается в максимальную рассеиваемую мощность транзисторов TIP122 и TIP127 (65Вт).

Теоретически одновременно могут работать сразу все двигатели системы, поэтому вычислим общую рассеиваемую мощность всех транзисторов схемы

_(2.28)

Полученное значение многократно укладывается в максимальную рассеиваемую мощность любого из транзисторов ключей, поэтому нет необходимости в радиаторах охлаждения. Однако, как отмечалось выше, блок управления разрабатывается с возможностью его усовершенствования и использования дополнительного оборудования, например, к нему можно подключить и более мощные двигатели, поэтому транзисторы ключей были выбраны с многократным запасом по параметрам и было решено закрепить их на боковых панелях корпуса, которые будут выполнять функцию радиаторов.