2.4 Расчет выходного каскада управления электромагнитной форсункой

U_п=12 В

Рисунок 2.2 - Транзисторный ключ

Ток в цепи с индуктивным элементом нарастает по экспоненциальному закону. Установившееся значение в цепи форсунки определим по формуле:

,

где U_п - напряжение питания; U_п=12 В;

U_{э-к.н(VT2)} - напряжение между переходами эмиттер-коллектор транзистора VT2.

Принимаем U_{э-к.н(VT2)}=0,6 В;

R_к - сопротивление катушки, R_к=17,66996 Ом;

А

Ток коллектора транзистора VT2 равен его установившемуся значению:

i_к(VT2)=i_уст= А.

На транзистор vt2 действует импульс эдс индукции в момент размыкания ключа (запирания транзистора). Значение эдс индукции определим по формуле:

,

где Lк - индуктивность катушки, Lк=1,539 мГн;

 - время закрывания ключа.

Для ключа форсунок  = с.

 В

Определим максимально возможные значения тока коллектора и напряжения перехода коллектор-эмиттер транзистора VT2:

,

U_{к-э max(VT2)}=e_u k_з

где k_з - коэффициент запаса, k_з=1,5;

I_к.max=0,645·1,5=0,968 А

U_{к-э max}=4,966·1,5=7,449 В

Максимально возможная рассеиваемая мощность на транзисторе определяется статическим режимом его работы (открытый транзистор пропускает ток длительное время).

P_к^с=k_з·U_к-э.н·i_к=1,5·0,6·0,645=0,581 Вт

Выходной транзистор в оконечном каскаде драйвера электромагнитной форсунки имеет параметры близкие к транзистору КТ 815А:

• максимальный ток коллектора i_к.max=1,5 А;

• максимальный ток базы i_б.max=0,5 А;

• обратный ток коллектора i_к.о.=50 мкА;

• максимальное напряжение перехода эмиттер-коллектор U_э-к.max=40 В;

• напряжение насыщения на открытом коллекторе U_к-э.н=0,6 В;

• статический коэффициент усиления тока базы h₂₁=40...275;

• максимальная мощность рассеивания транзистора Р_к.max=10 Вт.

Ток базы транзистора VT2 определяется соотношением:

 мА

Определим сопротивление цепи эмиттера транзистора VT2. Сопротивление служит для надёжного запирания транзистора, когда на его базу не подаётся ток. Принимают падение напряжения на этом сопротивлении 0,1 В:

кОм

Определим сопротивление цепи базы транзистора VT2:

,

где U_э-б(VT2)- напряжение на переходе эмиттер-база транзистора VT2,

U_э-б(VT2)=0,3 В

U_э-к(VT1) - напряжение на переходе эмиттер-коллектор транзистора VT1,

U_э-к(VT1)=0,6 В

кОм

Ток коллектора транзистора VT1 равен току базы транзистора VT2:

i_к(VT1)=k_з i_б(VT2)=3,91 мA

Для выбора транзистора рассчитаем необходимый коэффициент усиления по току, исходя из того, что на базу VT1 будет действовать сигнал U_вх от логического элемента с силой тока I_вых⁰=150 мкА.

Для работы ключевой схемы необходимо, чтобы этот коэффициент был меньше или равен минимальному коэффициенту усиления по току, то есть справочное значение должно быть ≥ 37.

Транзистор VT1 имеет параметры близкие к КТ 209 Б:

• максимальный ток коллектора i_к.max= 300 мА;

• максимальный ток базы i_б.max= 100 мА;

• обратный ток коллектора i_к.о.= 1 мкА;

• максимальное напряжение между переходами эмиттер-коллектор

U_э-к.max=15 В;

• напряжение насыщения на открытом коллекторе U_э-к.н= 0,4 В;

• статический коэффициент усиления тока базы h₂₁=20-60;

• максимальная мощность рассеивания транзистора Р_к.max= 200 мВт.

Ток базы транзистора VT1 определим по формуле:

мкА

Определим сопротивление цепи эмиттера транзистора VT1:

кОм

Определим сопротивление цепи базы транзистора VT1:

,

где U_вх- напряжение входа, U_вх=5 В,

U_{э-б.н(VT1)} - напряжение насыщения между переходами эмиттер-база транзистора VT1, U_{э-б.н(VT1)}=1,5 В.

кОм

Рассчитаем рассеиваемую мощность на резисторах P_i=R_i·I²·К

Результаты расчетов запишем в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

	Расчётное сопротивление	Сопротивление по ГОСТу	Ток	Расчётная мощность	Мощность по ГОСТу
R1	42 кОм	43 кОм	72,4·10-6 А	2,208·10-4 Вт	0,062 Вт
R2	100 кОм	100 кОм	1·10-6 А	1·10-7 Вт	0,062 Вт
R3	1,57 кОм	1,6 кОм	2,607·10-3 А	0,011 Вт	0,062 Вт
R4	2 кОм	2 кОм	50·10-6 А	5·10-12 Вт	0,062 Вт