Рисунок 8.
3 Расчет принципиальной схемы
3.1 Параметры формирователя управляющих импульсов
Параметры используемого в качестве ФУИ таймера КР1006ВИ1 приведены в таблице 1.
Таблица 1 – параметры таймера КР1006ВИ1
Тип микросхемы
|
КР1006ВИ1
|
Напряжение питания Uпит
, В
|
5..15
|
Ток потребления*
Iпотр.
DA
1
, мА
|
10
|
Ток нагрузки Iнагр.
MAX
, мА, не более
|
100
|
Рассеиваемая мощность PDA
1
, Вт, при T=500
С
|
0,5
|
* здесь и далее при Uпит
=9 В.
3.2 Расчет схем коммутации и гальванической развязки
3.2.1 Определяем начальные данные для выбора симистора VS1.
Амплитудное напряжение в цепи нагрузки:
.
Действующее значение тока в цепи нагрузки:
.
В соответствии с найденными значениями выбираем симистор и выписываем его характеристики.
Таблица 2 – параметры симистора КУ208Г
Параметр
|
КУ208Г
|
Максимальное напряжение U
VS
1
MAX
, В
|
400
|
Максимальное дейст. знач. тока I VS
1
MAX
, А, при TК
=500
С
|
5
|
Ток управления, мА
|
160
|
Рассеиваемая мощность PVS
1
, Вт, при TК
=500
С
|
10
|
3.2.2 Подбор оптронной пары.
Типовым решением в данных условиях коммутации сети с напряжением ~220В силовым симистором, и управления с помощью ИМС является использование тиристорной оптопары АОУ160А при R5=100 Ом.
Таблица 3 – параметры оптопары АОУ160А
Параметр
|
АОУ160А
|
Ток включения IU1
, мА
|
10
|
Входное напряжение UU
1
, В, не более, при IU
1
=10 мА
|
1,6
|
Наибольшее выходное напряжение, В
|
400
|
Напряжение изоляции между входом и выходом, В
|
1500
|
Оптронная пара АОУ160А обеспечивает необходимую изоляцию управляющей цепи от цепи нагрузки и управление симистором VS1.
Управление излучателем осуществляется через резистор R4, который подбирается таким образом, чтобы при высоком уровне выходного напряжения таймера ток через оптрон составлял 10 мА.
Из ряда E24 выберем резистор типа МЛТ – 0,5 100 Ом ±5%.
3.3 Расчет схемы запуска
Схема запуска предназначена для подачи на вход S DA1, при нажатии на SA1, напряжения меньше 1/3Uпит
в течение времени, достаточного для срабатывания таймера. На основании этих условий выберем из ряда номиналов конденсатор типа КМ-6 емкостью 1 мкФ и резистор МЛТ 0,25 1 кОм.
3.4 Расчет времязадающей схемы
Длительность выходного импульса ФУИ определяется по формуле
T=1,1RC, (1)
где R и С - навесные элементы в типовой схеме включения.
По ТЗ необходима регулировка длительности импульса в пределах от 0.1 с до 10 мин. Покрытия такого широкого диапазона можно добиться только при разбиении его на поддиапазоны с перекрытием. Одним из вариантов является использование постоянного и переменного резисторов и нескольких конденсаторов, подключаемых попеременно через тумблер или галетный переключатель.
Зададимся двумя конденсаторами и исходя из этого составим систему уравнений в соответствии с формулой (1):
t0=1,1R3C3;
t1=1,1(R3+R2)C3;
t2=1,1R3C4;
t3=1,1(R3+R2)C4.
При этом должны выполняться условия:
t0<=0,1; t1>t2; t3>=600.
Синтез схемы, обеспечивающей необходимый диапазон можно вести путем задания некоторых элементов из ряда номиналов и расчета значений остальных элементов, с последующим выбором их номиналов и проверкой на соответствие ТЗ. В качестве начальных значений целесообразно задаваться номиналами конденсаторов и переменного резистора, т.к. ряд номиналов резисторов позволяет гораздо точнее выбрать их значения после расчетов.
Путем задания различных номиналов емкостей и вычисления остальных элементов было найдено, что при C3=10 мкФ, C4=500 мкФ, R2=1 МОм, R3=9,1 кОм получаются поддиапазоны от 0,1 до 12 секунд и от 5 до 603 секунд, что удовлетворяет ТЗ.
Выберем конденсаторы К52-2Б 10 мкФ и 500 мкФ с рабочим напряжением 16В, резистор МЛТ – 0,5 9,1 кОм±5% и переменный резистор СП-1 1 МОм группы А.
3.5 Расчет блока питания
Напряжение питания таймерной ИМС может находиться в пределах от 5 до 15 В. Поэтому при расчете блока питания мы можем задаться напряжением питания +9В и исходя из этого значения рассчитывать остальные параметры БП.
Напряжение стабилизации VD5:
Uстаб
=Uпит
=9В.
Выбираем из справочника стабилитрон Д814Б.
Таблица 4 – параметры стабилитрона Д814Б
Параметр
|
Д814Б
|
Напряжение стабилизации Uстаб
, В
|
9,5
|
Ток стабилизации Iстаб
, мА
|
5
|
Для понижения напряжения возьмем стандартный УТП типа Т8.
Таблица 5 – параметры трансформатора Т8
Тип трансформатора
|
Т8
|
Типоразмер магнитопровода
|
ШЛМ10х20
|
Напряжение на первичной обмотке Uперв
, В
|
220
|
Ток первичной обмотки Iперв
, мА
|
33
|
Номинальное напряжение на вторичной обмотке Uвт
, В
|
10
|
Номинальный ток вторичной обмотки Iвт
, мА
|
400
|
Для выпрямления переменного напряжения выберем из справочника диодный мост КЦ402В.
Таблица 4 – параметры диодного моста КЦ402В
Параметр
|
КЦ402В
|
Максимальное обратное напряжение (амп.), В
|
400
|
Средний выпрямленный ток, мА
|
1000
|
Для защиты БП от перегрузок по току в цепь первичной обмотки трансформатора поставим плавкий предохранитель на 2А.
4 Расчет КПД устройства
Коэффициент полезного действия рассчитываемого устройства может быть найден из произведения КПД его составных частей – блока питания и схемы коммутации:
5 Конструкторская часть
Максимальное рабочее напряжение рассчитанной схемы – 19В. Для печатной платы на основе стеклотекстолита минимальное расстояние между проводниками при данном напряжении – 0,15мм /7, с.306/.
Для печатных проводников, используемых в бытовой аппаратуре, допускается плотность тока до 30А/мм2
, следовательно для схемы с максимальной силой тока 2А необходимо использовать печатные проводники шириной не менее 1,3мм.
Диаметр контактной площадки определяем по формуле:
dK
=
d + 2
b +
c
= 1,2 + 2×0,3 + 0,7 = 2,5мм
,
где, d – диаметр отверстия, берется из расчета, что диаметр выводов используемых элементов 0,9мм, и диаметр отверстия делают на 0,3мм больше; b – необходимая минимальная радиальная толщина контактной площадки, с – коэффициент разброса межцентрового расстояния и смещения фольги.
Плату изготовить химическим методом. Шаг координатной сетки 2,5мм. Материал – стеклотекстолит СФ-1Н-1,5 ГОСТ10316-78. Элементы паять припоем Прв КР2 ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Длина выступающих выводов за плату 0,5-1,0мм. Установку элементов производить по ОСТ 4010.030-81
Разводка платы производилась с помощью программы ACCEL EDA V15.0.
Заключение
Курсовой проект выполнен в соответствии с заданием на проектирование, полученные результаты t
и
=0,1с…10мин
, U
вых
=220В
удовлетворяют ТЗ.
Также в соответствии с ТЗ были разработаны односторонняя печатная плата и печатный узел размером 55Х85мм.
В данной схеме возможно установить элементы индикации о состоянии схемы коммутации, о заданном t
и
. Также возможна установка тепловой защиты СК.
Список литературы
1. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Резисторы, конденсаторы, провода, припои, флюсы. Справочное пособие. – М.: СОЛОН-Р, 2000. - 240 с.
2. Аксенов А.И., Нефедов А.В., Юшин А.М. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Диоды. Транзисторы. Справочник. - М.: Радио и связь, 1993. – 224 с.
3. Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. - Киев: Вища школа, 1983. - 240с.
4. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы: Справочник. – М: СОЛОН, МИКРОТЕХ, 1996. – 176 с.
5. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоэлектронной радиоаппаратуры. – М.: Высшая школа, 1989. – 463 с.
6. Расчет импульсных устройств на полупроводниковых приборах/ Агаханян Т.М., Кармазинский А.Н., Мезенцев А.В. и др. –М.: Советское радио, 1975.- 344 с.
7. Коломбет Е.А. Таймеры.- М.: Радио и связь, 1983.