- •Методическое пособие по курсовому проектированию
- •Содержание:
- •Введение
- •2. Мощный каскад
- •3. Модуляторы
- •4. Драйверы силовых транзисторов
- •5. Расчет тепловых потерь мощного ключа
- •6. Задатчик
- •6.1 Задатчик на базе терморезисторов
- •7. Расчет коэффициента передачи усилителя
- •Выбор схемы усилителя
- •9. Защиты
- •9.1 Защита от токов короткого замыкания
- •9.2. Защита от длительного пускового режима
- •10. Отрицательная обратная связь по току
- •11. Построение схемы электронного блока
- •12. Методические указания
- •12.1 Последовательность выполнения курсового проекта
- •Литература
- •Варианты* заданий на курсовое проектирование
- •Усилители на базе оу
- •Инвертирующий усилитель
- •Неинвертирующий усилитель
- •Усилитель-повторитель
- •Разностный (дифференциальный) усилитель
- •Измерительный усилитель
- •Двигатели
- •Датчики температур
- •Mosfet транзисторы n-типа
- •Igbt транзисторы
- •Характеристики igbt-модулей со (Встречно-включенный диод и мощный радиатор)
- •N-канальные sense-мдп-транзисторы
- •Драйверы*
- •Оптопары транзисторные
- •Оптопары диодно – транзисторные
- •Адреса поиска сайтов фирм-производителей
- •Пример типовой ведомости учета элементов
9.2. Защита от длительного пускового режима
Схемная реализация такой защиты аналогична рис. 8.2, только необходимо исключить делитель R2, а величину ёмкости С3 следует рассчитать в соответствии с временными параметрами задания (время срабатывания защиты tз пус). Из неравенства (8.1) находят напряжение Uш2 (Uш2>0.23 В), где вместо Iкз подставляется ток Iпус и принимается новое значение величины Rш2. Ёмкость С3 определяет задержку срабатывания защиты в соответствии с уравнением:
Uзар |= 0.23 В|= Uш2*.
Решая это уравнение (см. раздел 1, расчёт величины tu), задаваясь величиной C3, находят величину резистора R3.
К сведению: это будет приближённое решение, так как при переходе от тока Iн до тока Iпус (частный случай – реверс скорости) ёмкость уже будет заряжена до величины UC0 = . Так как Uш2 при Iя = Iн будет в 10 раз меньше, чем Uш2 при Iя = Iпус ,то ошибка будет на границе неточности величин С и R, выпускаемых фирмами.
Схема для защиты от токов к.з. (рис.8.2; VT5; драйвер 5) и модифицированная (например VT6, драйвер 6), включается последовательно в основную цепь протекания тока Iя. Транзистор VT6 такой же, как и VT5 (нет необходимости рассчитывать мощность, радиатор), но необходим дополнительный источник питания для драйвера 6.
10. Отрицательная обратная связь по току
Качественные показатели систем автоматического управления (САУ) часто корректируют с помощью отрицательной обратной связи по току (ООСТ). Поэтому студентам предлагается синтезировать схему, в которой входная величина – ток якоря (Iя), выходной сигнал – напряжение (Uоост). Это напряжение будет корректировать усиленный сигнал с датчика Uy1. Стандартная операция – вычитание, и окончательный сигнал управления широтно-импульсного модулятора, при KТ=1 равен (рис. 11.2)
и с учетом соотношения (см задание)
получим :
Так в структуре схемы необходимо предусмотреть узел гальванической развязки, необходимость которого была обоснована при выборе драйверов (раздел 3).
С учетом замечаний к датчику тока () (раздел 8) наиболее оптимальным будет синтез ООСТ на базеSENSE МДП-транзисторов, хотя последние идеально с коэффициентом деления тока подходят для синтеза защит на базе интегральных драйверов (учет больших токов). ООСТ предназначена для работы с токами близкими по величине к номинальному току двигателя. Поэтому желательно применениеSENSE МДП-транзисторов с меньшим коэффициентом или предусматривать в структуре усилитель по напряжению (операционный усилитель), и дополнительный – усилитель по току для обеспечения входного тока оптопары (), которая обладает зоной нечувствительности по входу ().
ООСТ, в отличие от схем защит, должна учитывать и полярность якорного тока (направление вращения вала двигателя), т.е. выходное напряжение имеет соответствующую полярность в зависимости от направления протекания тока в цепи якоря ().С учетом всех замечаний студентам предлагается схема ООСТ, изображенная на рис. 9.1.
ООСТ базируется на двух SENSE МДП-транзисторах (VT5, VT6). Они включены в параллельные стойки П-образной схемы для определения направления протекания тока якоря (соответственно направления вращения вала двигателя).
На схеме (рис. 9.1) сигналу с VT6 присваивается отрицательный знак, так как модифицированная информация с его SENSE выхода подключается на инверсный вход разностного усилителя (DA3), а соответственно току, протекающему через VT5, после преобразования будет присвоен положительный знак . Информация сэтих транзисторов также используется и для синтеза защиты от длительного пускового режима с помощью резистораи конденсатора(см. раздел 8), (экономияVT, упрощается схема).
Напряжение через неинвертирующие усилители (DA1,DA2, компенсация большого значения Кn транзисторов VT5,VT6) поступает на входы эмиттерных повторителей (VT7,VT8). Последние согласуют усилители и оптопары по рабочим токам и позволяют избавиться от зоны нечувствительности во входных цепях. C выхода оптопар (VU1,VU2) сигналы поступают на соответствующие входы разностного усилителя (DA3). Конденсаторы включены для подавления высокочастотных помех (от ШИМ, от наличия коллектора якоря и др.), резистор- справочная величина. Расчет элементов схемы следует начинать с известных величин, полученных в разделе 8 при синтезе защиты от(VT5 и VT6,входят в структуру этой защиты). На входVT7 должен поступить сигнал, (справочная величина или можно принять для кремниевых структур), чтобы включилась в работу оптопара. Можно связать величинус зоной нечувствительности двигателя(раздел 6):
а начальное значение сигнала включения в работу транзистора оптопары (VU1, VU2) составляет:
Из этого равенства легко определяется необходимое значение (DA1, DA2, ) и соответственно величины резисторови.
Рис 9.1. Схема ООСТ совместно с защитой от токов к.з.(VT9) и защитой от длительного пускового режима (VT5, VT6)
Резистор и токVT7 можно рассчитать с учетом максимального тока, протекающего через VT7 (при )
где - максимальный входной ток оптопары. Желательно выбрать оптопару с токоммА (будет максимальный диапазон работы ООСТ без насыщения) и с постоянным коэффициентом передачи тока(например оптопары АОТ 123, АОТ 128).
Резистор рассчитывается с учетом максимального выходного тока оптопары:
где - остаточное напряжение оптопары (справочная величина).
Тогда выходное напряжение на оптопаре равно:
В разделе 6 было определено значение с учетом зоны нечувствительности двигателя. Тогда, используя выражение (9.1), можно найти коэффициент усиления разностного усилителя из очевидного соотношения:
где - выходной сигнал дифференциального (разностного) усилителя,илитак как один из сигналов,- равен нулю, т.е. :
Коост = см. задание на курсовое проектирование.
После нахождения величины можно рассчитать коэффициент передачи цепи обратной связи, который обычно определяется при изменении входной величины на единичную ступеньку (при ∆I=1А) как:
или, если ввести в цепь обратной связи и якорную цепь двигателя, получим:
Основное отличие ибудет определяться размерностью (- Ом,- безразмерная величина), а их числовая величина отличается на коэффициент(коэффициент передачи якорной цепи).