 |
Разработка и расчет схемы управления
|
|
|
|
Задающий генератор
В соответствии с ТЗ задающий генератор должен формировать развёртывающее напряжение треугольной формы с частотой 60 кГц. Такой генератор целесообразно выполнить на двух операционных усилителях, включенных по схеме рис. 3.1.
Рис. 3.1
Рассчитаем параметры элементов:
1) В качестве операционных усилителей (ОУ), в СУ, будем применять ИМС LF411/MC, имеющие время нарастания выходного напряжения 
В/мкс, что обеспечивает достаточное быстродействие.
В силу не симметрии ОУ при включении питания на выходе DA1 практически мгновенно появляется напряжение насыщения, полярности зависящей от напряжения смещения ОУ. Допустим оно отрицательно и 
полностью разряжен, цепь 
поддерживает ОУ в состоянии насыщения. Ток текущий под действием разности потенциалов через 
заряжает отрицательным напряжением по экспоненциальному закону, когда напряжение на по модулю превысит напряжение на не инвертирующем входе триггер скачком перейдет в состояние насыщения с положительным напряжением на выходе ОУ. 
станет заряжаться положительным напряжением (по экспоненте) и достигнув напряжения переключения триггера, опрокинет его и этот процесс будет продолжаться пока на ОУ будет подаваться питание.
) пассивные элементы рассчитываются по следующим формулам:
Напряжение переключения триггера Шмита определяется соотношением сопротивлений R1,R4 и напряжениями насыщения ОУ 
В (определено в результате моделирования).
Примем 
кОм, тогда:
В.
Так как интегратор на DA2 выполнен по инвертирующей схеме, то треугольное напряжение с выхода DA2 надо подавать на неинвертирующий вход DA1, для этого введены резисторы 
и . Примемем 
кОм.
|
|
|
Чтобы получить частоту тактового генератора f=60 кГц (период T=16мкс), постоянная интегрирования должна быть равна
с.
Выберем 
нФ. Тогда 
можно определить из выражения:
Þ
Ом.
Моделирование показало, что для достижения заданной частоты необходимо принять 
кОм. Это обусловлено параметрами ОУ, неучтёнными в расчётах. На рис. 3.2 показаны результаты моделирования.
Рис. 3.2
Формирователь напряжения управления
преобразователь напряжение импульсный модуляция
Для формирования напряжения управления используем вычитатель, собранный на ОУ LF412/LT. Схема вычитателя приведена на рис. 3.3. Работает он следующим образом: при помощи резистивного делителя R1, R2 получаем напряжение задания Uзад, соответствующее расчетному g (0,35). Это напряжение подаем на неинвертирующий вход ОУ.
На инвертирующий вход подаем опорное напряжение Uоп, которое вычитаем из Uзад и получаем напряжение управления Uу на выходе ОУ.
Рассчитаем номиналы резисторов R1 и R2.
Период импульсов ШИМ составляет 16 мкс. g = 0,35 соответствует tи = =16*0,35 = 5,6 мкс. Это время работы ключевого элемента. Так как развертывающее напряжение биполярное, следовательно напряжение управления также получится биполярным.
Рис. 3.3
Для получения униполярного напряжения управления используем диод (транзистор 40235 в диодном включении). Это приводит к тому, что максимальное g = 0,5. Этого вполне достаточно для нормальной работы схемы. Напряжение управления соответствующее g = 0,35 можно найти, вычислив развертывающее напряжение в момент времени t = (T/2) - tи)/2 = 1.2 мкс. Это напряжение составляет 1.26 В. Примем R1 = 800 Ом, тогда R2 = 1,1 кОм.
Так как при расчете мы не учитываем переходные процессы, которые при таком количестве активных элементов обязательно имеют место, в процессе моделирования некоторые элементы были уточнены. Результаты показаны на рисунке 3.4.
|
|
|
Рис. 3.4 Напряжение на выходе ОУ при (с низу вверх): 26В, 25В, 24В, 23В, 22В.
Компаратор
Компаратор - это устройство, сравнивающее 2 напряжения. Компаратор, сравнивающий 
и 
(элемент ШИМ), должен формировать на выходе импульсы отрицательной полярности при 
и положительной полярности при 
.
Реализуем компаратор на быстродействующем ОУ CLC420/CL, подав 
на прямой, а на инверсный входы. Из-за простоты модели компаратора я приведу его на общей схеме широтно-импульсного модулятора - рис. 3.5. На выходе компаратора необходимо поставить диод для того, чтобы отрицательные импульсы не проходили к микросхемам ТТЛ.
Рис. 3.5
Результат работы данной схемы можно увидеть на рис 3.6.
Рис. 3.6
Распределитель импульсов
Частота работы ШИМ по ТЗ составляет 60 кГц, период следования импульсов соответственно 16 мкс. Т.к. преобразователь полумостовой, необходимо дополнительное устройство, которое позволило бы включать ключевые элементы поочередно, друг за другом. Роль этого устройства выполняет Распределитель импульсов (РА).
Амплитуда выходных импульсов примерно 4.5 В. Это позволяет подключать устройства ТТЛ логики непосредственно к выходу ШИМа. Схема РИ представлена на рис. 3.7.
Рис. 3.7
Принцип работы схемы заключается в следующем. Когда на оба входа элемента И приходит лог. «1», на выходе у него так же устанавливается «1». Если же хотя бы на одном из входов лог. «0», на выходе также буде лог. «0». Элементы И подключены к триггеру таким образом, чтобы на каждом полупериоде поочередно то в одном, то в другом элементе на 1-м входе была единица. При приходе импульса напряжения управления на 2-е входы этих элементов, на выходе того из элементов у которого в данный момент лог. «1» на 1-м входе формируется этот импульс, а на выходе второго остается лог. «0». Таким образом осуществляется распределение импульсов между транзисторными ключами.
Так как отпирание ключа происходит в то момент, когда запирается транзистор из оптопары, будем использовать инвертирующие выводы микросхем элементов И (элементы И-НЕ).
Воспользуемся микросхемами:
К155ЛА3 - 4 - 2 И - НЕ
К155ТМ2 - 2 D - триггера.
Схема мультивибратора на базе интегральных микросхем
|
|
|
|
|
|
