3.2. Расчет вторичного источника питания платы кросс – коммутатора.

При описании принципиальной схемы платы кросс – коммутатора не рассматривали элементы, вошедшие в блок вторичного источника питания платы. Как уже было описано выше, при вставке платы кросс – коммутатора в блок универсальной платформы, через кросс –плату подается напряжение +60В и –60В. Элементы же нашего устройства питаются напряжениями +5В, +3.3В, +1.8В. С этой целью в составе платы и предусмотрен вторичный источник питания.

Расчет начнем с подсчета суммарного тока, потребляемого микросхемами платы кросс - коммутатора:

• DSP процессор TMS320VC5421 – 150 мА, где 90 мА (+1.8В) ток потребления ядра процессора, а 60 мА (+3.3В) ток потребления всей остальной периферии процессора;

• ПЛИС EPM7128SVLC – 200 мА (+3.3В);

• Интерфейс Е1 PMC4312 – 300 мА (+5В). Здесь нужно учесть, что один из интерфейсов будет обрабатывать 4 потока, а другой только 2, поэтому потребление второго будет примерно в два раза меньше;

• Сигнальный микроконтроллер AT89C5124JC – 20 мА (+5В);

• Flash – память AT29LV256 – 15 мА (+3.3В);

• Генератор SG – 8002DC – 40 мА (+5В);

• Генератор HO – 25C – 20 мА (+3.3В);

В итоге получим:

• по напряжению +5В суммарный ток потребления составил 510 мА. Данное значение увеличим на 20% (102мА), в которые войдет потребление тока преобразователей уровней. В сумме получим 602 мА. Мощность ровна 0.602А*5В=3Ватт;

• по напряжению +3.3В суммарный ток потребления составил 295 мА. Данное значение увеличим на 20% (59 мА), в которые войдет потребление тока линейного регулятора напряжения LM1117-3.3. В сумме получим 354 мА. Мощность ровна 0.354А*3.3В=1.17Ватт;

• по напряжению +1.8В суммарный ток потребления составил 90 мА. Данное значение увеличим на 20% (18 мА), в которые войдет потребление тока линейного регулятора напряжения LM1117-1.8. В сумме получим 108 мА. Мощность ровна 0.108А*1.8=0.2Ватт;

Просуммировав полученные значения, получим потребляемую мощность всех вышеуказанных элементов платы кросс – коммутатора 4.37Ватт. Таким образом, суммарный ток потребления по питанию +5В составит 0.874А, а по питанию 60В составит 0.073А.

Теперь выберем преобразователь постоянного напряжения из 60В в +5В. Итак, первое, данный преобразователь должен иметь входное напряжение 60В, второе, на выходе он должен устанавливать напряжение +5В и, третье, данный источник должен обеспечивать выходной ток 0.874 мА. По данным параметрам выбираем микросхему EA 7.5-31 фирмы Fran Mar. Параметры данной микросхемы описаны в разделе «Проектирование функциональной схемы платы кросс – коммутатора».

Учитывая, что КПД преобразователя постоянного напряжения 82%, получим потребляемый ток всей платы кросс коммутатора по питанию 60В 0.073А + 0,18*0.073А= 0.09А.

Как уже было отмечено ранее, вторичный источник питания данного устройства представляет собой совокупность следующих узлов: схема плавного пуска, обеспечивающая защиту от скачка тока при установке платы кросс – коммутатора в блок универсальной платформы, фильтр, устраняющий помехи на входе преобразователя постоянного напряжения, преобразователь постоянного напряжения, линейные регуляторы напряжения.

Схема плавного пуска состоит из следующих элементов:

• F1 -плавкая вставка (предохранитель). Рассчитана на ток 2А и напряжение 250В. При превышении указанных параметров произойдет обрыв входной линии, и ток на плату поступать не будет;

• VD25 – выпрямительный диод КД243В. Максимальное обратное напряжение на диоде – 200В. Данный диод включен обратно. В случае превышения напряжения на входе платы свыше 200В произойдет пробой диода, при этом возникнет большой ток короткого замыкания, который потечет по цепи: +60В, VD25, F1, -60В. Если ток превысит 2А, сработает предохранитель и напряжение с платы будет снято.

• HL5 – светодиод КИПД14 и резистор R47. Эти элементы реализуют световую индикацию наличия питания на входе платы кросс – коммутатора.

• Резистор R48 и стабилитрон VD26. Учитывая, что максимальный ток, который может течь через стабилитрон 5 мА и что необходимо понизить напряжение перед ним на 100В, получим, что сопротивление R48 равно 20 Ком. После этого стабилитрон обеспечивает напряжение на катоде +15В. Данное напряжение необходимо для открывания транзистора VT2.

• VT1 – это транзистор 2T3130A9. Для того чтобы транзистор открылся на его базу необходимо подать напряжение +0.6…+0.7В.

• R49 и R50 обеспечивают сопротивление 5 Ом, на котором при максимальном токе в нагрузке, падение напряжения не превысит порога открывания транзистора VT1.

• VT2 – транзистор IRF640. Напряжение открывания транзистора не менее 10В. Данный транзистор способен пропускать токи до 18А.

• C52 – полярный конденсатор K50-68 емкостью 220 мкФ. Входит в состав входного фильтра, но необходим также и для работы схемы плавного пуска.

Теперь рассмотрим работу схемы.

При помещении платы кросс – коммутатора в блок универсальной платформы образуется соединение с кросс – платой, с которой начинает поступать первичное напряжение. В результате образуются переходные процессы, итогом которых может стать наличие большого тока. Для того чтобы данный ток никак не повлиял на преобразователь постоянного напряжения, используется схема плавного пуска (смотри принципиальную схему). При появлении питания на базе транзистора VT2, с помощью резистора R47 и стабилитрона VD26, выставляется напряжение +15В, которого вполне достаточно для открывания транзистора. При наличии большого тока сработает цепь: +60В, С52, VT2, R49, R50, F1, -60В. Емкость мгновенно зарядиться, не давая току возможности как – то повлиять на преобразователь напряжения. На сопротивлениях возникнет падение напряжения, которое приоткроет транзистор VT1, в результате чего чуть закроется VT2, ограничивая при этом, текущий в цепи ток. Как только величина тока снизится, произойдет полное закрытие VT1, а значит полное открытие VT2. Ток потечет в зависимости от нагрузки. Величина тока будет, как было рассчитано ранее, в пределах 90 мА. При этом падение напряжения на резисторах R49, R50 окажется меньше величины достаточной для открытия транзистора VT1, следовательно, и VT2 будет оставаться открытым. Если же ток в нагрузке по какой – либо причине превысит 1.5 А, схема опять начнет свою работу. Таким образом, схему плавного пуска можно назвать еще и ограничителем тока.

Кроме схемы плавного пуска, преобразователя постоянного напряжения и линейных регуляторов, в данный источник вторичного питания входит фильтр, состоящий из конденсаторов C52, C53, C81, и дросселей L1 и L2 (смотри принципиальную схему). Данный вариант включения этих элементов был предложен фирмой изготовителем микросхемы преобразователя постоянного напряжения в качестве рекомендуемого.