2.3.6 Расчет элементов схемы шим и усо
2.3.6.1.Выбор элементной базы
Перед выбором элементной базы следует окончательно определить функциональный состав схемы. Поскольку разработанная электрическая функциональная схема УРЧВ однозначно определяет состав ШИМ, то следует оценить, на какой элементной базе по возможности полностью можно реализовать функциональную схему устройства, узла и т.п.
Например, анализ функциональных схем ШИМ на рис.2.2.1-2.2.3 показывает, что все узлы этих схем, а тем более и схемы УСО, наиболее просто могут быть реализованы на интегральных операционных усилителях, интегральных таймерах и интегральных логических элементах.
При выборе типа операционного усилителя необходимо принимать во внимание такие важнейшие показатели интегральных схем, как номинал напряжения питания, входное сопротивление, дрейф нуля, смещение нуля, коэффициент усиления с разомкнутой цепью обратной связи, частотные свойства, диапазон рабочих температур, стоимость.
Так как элементы схемы ШИМ включены в прямую ветвь замкнутой системы автоматического регулирования с глубокой отрицательной обратной связью, то требования к точности элементов схемы в таких системах значительно ниже, чем в разомкнутых.
В связи с этим в качестве элементной базы для схемы ШИМ и УСО могут быть приняты интегральные операционные усилители (ОУ) общего применения. Среди них наиболее предпочтительными являются ОУ с внутренней коррекцией, поскольку они не требуют для нормальной работы дополнительных навесных элементов.
На рис.2.3.6.1 представлен один из возможных вариантов схемы УСО и ШИМ, построенной на интегральных ОУ типа К140УД6.
2.3.6.2.Расчет элементов схемы усо
Первоначально следует оценить максимально-достижимый коэффициент усиления выбранной интегральной схему ОУ с замкнутой обратной связью по его допустимой статической погрешности, вызванной температурным дрейфом разности входных токов и напряжения смещения:
,
где
- допустимое смещение нуля ОУ [B];
-
дрейф разности входных токов, [A]:
;
-
дрейф напряжения смещения, [B]:
;
-
интервал рабочих температур
.
Предельно допустимое смещение нуля выходного напряжения ОУ можно оценить по формуле:
,
где
- максимальное напряжение с выхода
задатчика;
-
допустимая статическая погрешность
заданной частоты вращения.
Расчет и выбор резистора R1 проводят следующим образом:
,
где
- входное сопротивление ОУ.
Расчет резисторов R2, R3:
;
.
Резистор R4 служит для коррекции нуля на выходе ОУ. Он выбирается любым в диапазоне от 1 до 100 кОм.
2.3.6.3.Расчет элементов схемы шим
Схема ШИМ состоит из генератора пилообразного напряжения (ГПН) DA2, DA4 и компараторов DA5, DA6 (рис.2.3.6.1).
В схеме ГПН DA2 работает в режиме нуль -компаратора, DA4 - в режиме интегратора. Петля положительной обратной связи охватывает оба усилителя и замыкается через R5.
При постоянном уровне выходного напряжения интегратора частота генерации определяется элементами интегратора R11, C2, а уровень выходных сигналов регулируется глубиной положительной обратной связи в DA2 резистором R6.
Для расчета частоты автоколебаний ГПН необходимо оценить минимальную частоту коммутации, при которой двигатель работает в режиме непрерывного тока якоря:
,
где
- минимальный коэффициент заполнения;
R9 - активное сопротивление якорной цепи;
-
граничный ток якоря, определяющий зону
непрерывных токов;
-
индуктивность якорной цепи.
При отсутствии справочных данных о величине индуктивности якоря ее можно ориентировочно оценить по формуле:
=
[Гн] ,
где p-число пар полюсов (например,2);
γ=0,4…0,6 –эмпирический коэффициент.
Расчет конденсатора C2 (см.рис.) проводят по формуле:
,
где
;
;
;
и
- амплитуда прямоугольных и пилообразных
импульсов на выходах DA2 и DA4 соответственно.
Рекомендуется
принять:
;
, где
- напряжение питания операционного
усилителя.
Выбор элементов схемы компаратора, например DA5, проводят в следующей последовательности:
R13 = R15;
R13 << RвхОУ..
Порог срабатывания:
,
откуда
определяем величину R14. При этом задаются:
.
Амплитуда выходного сигнала компаратора:
.
Резистор R19 совместно с диодом VD2 предназначен для ограничения выходного сигнала компаратора:
,
где
- выходное напряжение схемы РУМ;
-
максимальный выходной ток ОУ.
На инвертирующие входы компаратора пилообразное напряжение поступает с выхода фиксирующей цепочки - С1VD2. Емкость конденсатора С1 рассчитывают следующим образом:
.
Следует принять:
.
При применении интегральных ОУ, не имеющих защиты от короткого замыкания на выходе, последовательно с конденсатором необходимо включить ограничительный резистор:
,
где
- максимальный выходной ток микросхемы
DA4.