|
|
|
Вход на сайт Навигация по сайту » Начало » Преподаватели » Предметы » Статьи »  ФорУМРаботы:» Добавить работу Любить и уважать Бонус-счастливчики
Баннера:
|
Содержимое файла " 1+++.doc" (без форматирования) Зміст 1 Вступ 2 Розробка структурної схеми пристрою 2.1 Імпульсні джерела живлення 2.2 Розробка структурної схеми стабілізатора напруги 2.3 Блок захисту пристрою від перенапруги 2.4 Блок індикації 2.5 Блок електромагнітного реле 3 Розробка схеми електричної принципової пристрою 3.1 Розробка схеми електричної принципової блоку захисту пристрою 3.2 Розробка схеми електричної принципової блоку індикації 3.3 Розробка схеми електричної принципової блоку електромагнітного реле 3.4 Розробка схеми електричної принципової імпульсного джерела живлення 3.5 Розробка схеми електричної принципової стабілізатора напруги 4 Розробка плати друкованого монтажу 4.1 Розрахунок провідного малюнка плати 4.2 Розрахунок відстані між елементами провідного малюнка 5 Розрахунок надійності роботи пристрою 6 Економічний розділ 6.1 Розрахунок вартості виготовлення пристрою 6.2 Розрахунок витрат на експлуатацію пристрою 6.3 Розрахунок приведених витрат 6.4 Розрахунок економічної ефективності від впровадження виготовлення пристрою 7 Охорона праці 7.1 Умови праці на виробництві 7.2 Вимоги електробезпеки 7.3 Аналіз поліпшення умов праці 7.4 Вимоги до організації процесів пайки Висновок Список використаних джерел 1 Вступ Метою дипломного проектування є розробка пристрою захисту радіоапаратури від перенапруги в електричній мережі. Даний пристрій призначений для захисту різної мережевої електрорадіоапаратури від коливань напруги живлення. Він є складовою частиною багатофункціонального джерела живлення. До якого підключити сумарне навантаження до 3 кВт (230 В, 16А). Доцільно використовувати в пристрої без трансформаторні джерела живлення, це дозволить спростити його виготовлення і налагоджування. Джерело живлення (ДЖ) є головною частиною практично всіх радіоелектронних пристроїв. Найчастіше використовуються джерела живлення постійного або змінного струму. Пристрої, які дозволяють безпосередньо, без додаткових перетворень передавати енергію - це первинні джерела живлення, що перетворюють механічну, теплову, хімічну або будь-яку іншу енергію в електрику. Найпростіший первинним джерелом енергії - є акумуляторна батарея. Однак для радіоелектроніки і в побутових пристроях найчастіше використовуються вторинні джерела живлення, так як до сих пір найдешевшим загальнодоступним постачальником електроенергії залишається електрична мережа змінного струму. Мережеві джерела живлення не генерують електричний струм самостійно, а всього лише перетворюють в необхідний споживачеві постійний або змінний струм з певними параметрами (напруга, стабільність, частота). Для перетворення напруги (220 В, 50Гц) джерела живлення забезпечені спеціальними пристроями, які дозволяють трансформувати мережевий змінний струм в потрібний для конкретного пристрою або схеми. Це може бути також випрямляч, стабілізатор змінної напруги, стабілізатор постійного струму або напруги, різні типи згладжуючих фільтрів. Як правило, джерело живлення займає до третини обсягу всієї схеми. Відповідно і робота пристрою в цілому багато в чому залежить від надійності і параметрів вторинного джерела живлення, тому набагато ефективніше їх спеціалізувати під конкретну апаратуру, ніж використовувати уніфіковані моделі. На сьогодні існує три види мережевих джерел живлення постійного або змінного струму: лінійні джерела живлення, вторинні імпульсні джерела живлення, імпульсні (без трансформаторні) джерела живлення. 2 Розробка структурної схеми пристрою Даний пристрій згідно з технічним завданням проектування повинен мати наступні технічні характеристики, які наведені в таблиці 2.1. Таблиця 2.1 – Технічні характеристики пристрою Параметри Значення Напруга мережі, В 40 - 400 Інтервал установки нижнього порога відключення, В 170 - 200 Інтервал установки верхнього порогу відключення, В 240 - 270 Крок установки порогів відключення, В 2 Максимальний струм навантаження, А 16 До складу пристрою входить імпульсне джерело живлення, стабілізатор напруги, блок захисту пристрою від перенапруги, блок індикації, блок електромагнітного реле. На рисунку 2.1 наведена структурна схема пристрою захисту від перенапруги в електричній мережі (див. ст. 8). 2.1 Імпульсні джерела живлення Імпульсні (без трансформаторних) високовольтні високочастотні джерела живлення: фільтр - випрямляч 220В - імпульсний високочастотний перетворювач. Імпульсні джерела живлення характеризуються мінімальними малогабаритними показниками і високим коефіцієнтом корисної дії (ККД), що досягає 90% і більше. Головним технологічним перевагою імпульсних джерел живлення є можливість застосування гальванічної розв'язки безпосередньо від мережі, що дозволяє збирати ДЖ без досить великої в розмірах трансформатора. Дають можливість створювати ДЖ з великим розбігом потужності на будь-які вихідні напруги. Можуть застосовуватися в будь-яких електронних конструкціях, істотно поліпшують характеристики живляться пристроїв. Рисунок 2.1 – Структурна схема пристрою 2.2 Розробка структурної схеми стабілізатора напруги Основним призначенням стабілізаторів напруги є постійна підтримка напруги на рівні 220 В, і вирівнювання його до необхідних значень при будь-яких відхиленнях в зовнішній мережі. В даний час випускається багато стабілізаторів, але всі вони поділяються на три основні класи: ступінчасті, електромеханічні і ферорезонансні. 2.2.1 Ферорезонансні стабілізатори напруги Ферорезонансні стабілізатори з перерозподілом напруги характеризуються надійністю, здатністю одночасно стабілізувати лінійну і фазну напруги. За основу роботи таких стабілізаторів взято зміну підмагнічування осердя. За рахунок цього досягається висока точність, швидкість і в теж час плавність регулювання напруги. Це єдині агрегати, здатні працювати в критичних умовах навколишнього середовища, при температурі -45...+45C, вологості 98%, що володіють можливістю дворазової перевантаження, і що відстежують одночасно лінійну і фазну напругу. Вони є устаткуванням суто промислового призначення, і не придатні для побутового використання. Це складні прилади, що характеризуються великим розміром і достатньо високим рівнем шуму. Мінусами цих стабілізаторів є: високий рівень шуму, недостатньо широкий робочий діапазон, трифазні моделі не можуть працювати без наявності всіх трьох фаз, критичні до перекосу фаз, володіють великою масою, вносять деяку спотворення в синусоїду. 2.2.2 Стабілізатори електромеханічного типу Пристрій електромеханічних стабілізаторів напруги заснований на роботі керованого трансформатора, який вбудовується в первинну обмотку вольтодобавочного трансформатора, а вторинна обмотка підключається безпосередньо в розрив фази мережі. Це складніші і функціональні прилади, що поза сумнівом позначається на їх ціні. До основних особливостей стабілізаторів напруги даного типу можна віднести: можливість плавного регулювання напруги в локальній мережі, без переривання фази і зниження синусоїди струму; ефективна робота при дуже сильному падінні напруги, аж до 100-120 В, що є унікальною характеристикою, властивою тільки електромеханічним стабілізаторам; дуже висока надійність і великий ресурс безперебійної роботи; компактні розміри; можливість пристрою складних систем, що складаються з безлічі окремих стабілізаторів, що дозволяє забезпечувати роботу енергоспоживачів з різною напругою. Стабілізатори електромеханічного типу є устаткуванням напівпромислового і промислового призначення, і можуть успішно застосовуватися на будь-яких крупних об’єктах, у тому числі і на там, де існують особливі вимоги до якості і надійності електропостачання. 2.2.3 Стабілізатори ступінчастого типу Це найбільш прості і, відповідно, недорогі пристрої, засновані на комутації відведень трансформатора з використанням спеціальних електронних комутаторів. До основних характеристик стабілізаторів даного типу можна віднести: достатньо надійну роботу і захист від коротких замикань, а так само від підвищення напруги в зовнішній мережі; відсутність перешкод; робочий діапазон вхідних напруг 150...260 В; відсутність рухомих механічних деталей; широкий діапазон зовнішньої напруги і стабільність передачі струму електроспоживачам. Стабілізатори напруги даного типу випускаються переважно для побутового використання, а так само для забезпечення якісного електропостачання невеликого числа енергоспоживачів. Тому такі прилади цілком можна використовувати в невеликих офісах, магазинах і т.д. Таблиця 2.2 – Порівняльна характеристика стабілізаторів напруги Параметри Типи стабілізаторів напруги Ферорезонансні Електромеханічні Ступінчасті Температурний діапазон від -45 до +45 (С від 0 до +45 (С від -45 до +70(С ККД 80 % 90% 85% Ціна Середня Висока Низька Рівень шуму Високий Високий Низький Призначення у сфері використання Суто промислового напівпромислового та промислового Побутового Надійність Висока Мала Висока На підставі аналізу таблиці обираємо стабілізатор ступінчастого типу. З параметрами: температурний діапазон від -45 до +70(С, ККД 85%, низька ціна, низький рівень шуму, висока надійність та призначений для побутового використання. Найчастіше стабілізатори ступінчастого типу виконуються за схемою параметричного або компенсаційного стабілізатора. 2.3 Блок захисту пристрою від перенапруги Блок захисту пристрою від перенапруги призначений для захисту пристрою від коливань в електричній мережі. Головним елементом цього блоку буде мікроконтролер, який повинен контролювати вхідну напругу. Коли напруга мережі буде в інтервалі нижнього або верхнього порога відключення, то пристрій буде відключений від мережі, якщо вхідна напруга буде в допустимому інтервалі, то на пристрій подається напруга. 2.4 Блок індикації Блок індикації призначений для відображення повідомлень в якому показано в якій інтервал попадає вхідна напруга і точне її значення в вольтах. 2.5 Блок електромагнітного реле Пристрій, що розробляється виконує постійний аналіз вхідної напруги (220 В). Пристрої навантаження (кондиціонери, вентилятори, зварювальний агрегат, циркулярна пила і т.д.) підключаються до джерела мережі за допомогою електромагнітного реле, який керується блоком захисту. В даний час в електроніці та електротехніці реле використовують в основному для управління великими струмами. Реле — це пристрій, у якому при досягненні певного значення вхідної величини х вихідна величина у змінюється стрибкоподібно і приймає скінченне число значень. Найчастіше, це автоматичний пристрій, який реагує на зміни параметра (температури, тиску тощо) і який в разі досягнення параметром заданої величини замикає або розмикає електричне коло. Реле складається з релейного елемента (з двома станами стійкої рівноваги) і групи електричних контактів, які замикаються (розмикаються) при зміні стану релейного елемента. 3 Розробка схеми електричної принципової пристрою 3.1 Розробка схеми електричної принципової блоку захисту пристрою В даному дипломному проекті в блоці захисту пристрою від перенапруги в електричній мережі використовується мікроконтролер PIC16F876A. Вибір був обумовлений тим, що мікроконтролер має вбудований аналого-цифровий перетворювач (АЦП), що дозволяє відносно просто реалізувати цифровий вольтметр, показання якого відображаються блоком індикації. Він повинен постійно вимірювати мережеву напругу, а в разі його виходу за заздалегідь встановлені порогові значення відключає навантаження від мережі. Результат вимірювання та інформацію про режими роботи пристрою виводити на рідино кристалічний індикатор. До цих умов відмінно підходить мікроконтролер PIC16F876A. Умовно графічне позначення показано на рисунку 3.1. Рисунок 3.1 – Умовно графічне позначення мікроконтролера PIC16F876A Характеристика мікроконтролера: FLASH / EEPROM технологія (EEPROM - електрично стираний перепрограмований постійний запам’ятовуючий пристрій); швидкісна архітектура зі скороченим набором команд RISC; всі команди виконуються за один цикл, крім тих які виконуються за два цикли; тактова частота: DC – 20 МГц, тактовий сигнал; DC – 200 нс, один машинний цикл; до 8к х 14 слів FLASH пам’яті програм; до 368 х 8 байт пам’яті даних (ОЗП); до 256 х 8 байт EEPROM пам’яті даних; система переривань (до 14 джерел); 8-рівневий апаратний стек; прямий, непрямий і відносний режим адресації; скидання по включенню живлення (POR); таймер скидання (PWRT) і таймер очікування запуску генератора (OST) після включення живлення; сторожовий таймер WDT із власним RC генератором; програмована захист пам'яті програм; режим енергозбереження SLEEP; вибір параметрів тактового генератора; високошвидкісна, енергозберігаюча CMOS; повністю статична архітектура; програмування в готовому пристрої (використовується два виводи мікроконтролера); низьковольтний режим програмування; режим внутрішньо-схемного налагодження (використовується два вивода мікроконтролера); широкий діапазон напруг живлення від 2,0В до 5,5В; підвищена навантажувальна здатність портів вводу / виводу (25мА); мале енергоспоживання: 0,6 мА 3,0В, 4,0МГц, 20мкА 3,0В, 32кГц, 1мкА в режимі енергозбереження. Характеристика периферійних модулів: таймер 0: 8-розрядний таймер / лічильник з 8-розрядним програмованим предделителем; таймер 1: 16-розрядний таймер / лічильник з можливістю підключення зовнішнього резонатора; таймер 2: 8-розрядний таймер / лічильник з 8-розрядним програмованим предделителя і вихідним дільником; багатоканальний 10-розрядний АЦП; внутрішньо-схемний відгадчик ICD; послідовний синхронно-асинхронний прийомопередатчик USART з підтримкою детектування адреси; детектор зниженої напруги (BOD) для скидання щодо зниження напруги живлення (BOR). Таблиця 3.1 – Параметри мікроконтролера Параметри Значення Скидання (затримка скидання) POR, BOR (PWRT, OST) FLASH пам'ять програм (14-розрядних слів) 8K Пам'ять даних (байт) 368 EEPROM пам'ять даних (байт) 256 Переривань 13 Продовження таблиці 3.1 Параметри Значення Порти вводу / виводу Порти A,B,C Таймери 3 Модулі послідовного інтерфейсу MSSP, USART Модулі паралельного інтерфейсу - Модуль 10-розрядного АЦП 5 каналів Структурна схема мікроконтролера показана на рисунку 3.2. ing.11 HYPER14HYPER15 Рисунок 3.2 – Структурна схема мікроконтролера PIC16F876A 3.1.1 Організація пам'яті програм Мікроконтролери PIC16F87X мають 13-розрядний лічильник команд PC, здатний адресувати 8К х 14 слів пам'яті програм. Фізично реалізовано FLASH пам'яті програм 8К х 14 в PIC16F876. Звернення до фізично не реалізованої пам'яті програм приведе до адресації реалізованої пам'яті. Адреса вектора скидання - 0000h. Адреса вектора переривань - 0004h. Структурна схема організації пам’яті показана на рисунку 3.3 (див. ст. 18) 3.1.2 Організація пам'яті даних Пам'ять даних розділена на чотири банки, які містять регістри загального та спеціального (SFR) призначення. Біти RP1 (STATUS <6>) і RP0 (STATUS <5>) призначені для управління банками даних. У таблиці 3.2 показано стан керуючих бітів при зверненні до банків пам'яті даних. Таблиця 3.2 - Стан керуючих бітів RP1: RP0 Банк 00 0 01 1 11 2 10 3 Обсяг банків пам'яті даних до 128 байт (7Fh). На початку банку розміщуються регістри спеціального призначення, потім регістри загального призначення виконані як статичне ОЗУ. Всі реалізовані банки містять регістри спеціального призначення. Деякі, часто використовувані регістри спеціального призначення можуть відображатися і в інших банках пам'яті. Рисунок 3.3 – Структурна схема організації пам’яті 3.1.3 Генератор TMR1 Резонатор підключається до виводів T1OSI (вхід) та T1OSO (вихід підсилювача). Максимальна частота резонатора 200КГц. Тактовий генератор TMR1 (ідентичний LP генератору) в основному призначений для кварцового резонатора 32кГц. Включення генератора виробляється установкою біта T1OSEN в регістрі T1CON <3>, що дозволяє працювати TMR1 в SLEEP режимі мікроконтролера. У таблиці 3.3 вказані рекомендовані значення конденсаторів для генератора TMR1 (див. ст. 20). В даному пристрої використовуємо кварцовий резонатор з частотою 32 кГц. Таблиця 3.3 - Вибір конденсаторів для генератора TMR1 Тип генератора Частота C14 C15 LP 32 кГц 30 мкФ 30 мкФ 100 кГц 15 мкФ 15 мкФ 200 кГц 15 мкФ 15 мкФ Тип конденсаторів С14 та С15 обираємо з довідника [3] згідно ряду Е24 таблиця 2.1 с.17: C14: K78-17-30 мкФ 5%; C15: K78-17-30 мкФ 5%. Схема електрична принципова підключення кварцового генератора до мікроконтролера показана на рисунку 3.4. ing.11 HYPER14HYPER15 Рисунок 3.4 - Схема електрична принципова підключення кварцового генератора В даний час, пристрої працюють в режимі реального часу часто містять мікроконтролер як основний елемент схеми. PIC16F87X мають багато удосконалень підвищують надійність системи, знижують вартість пристрою і число зовнішніх компонентів. Мікроконтролери PIC16F87X мають режими енергозбереження та можливість захисту коду програми. Основні переваги мікроконтролера: вибір тактового генератора; скидання; скидання по включенню живлення; таймер включення живлення; таймер запуску генератора; скидання щодо зниження напруги живлення; переривання; сторожовий таймер; режим енергозбереження; захист коду програми; область пам'яті для ідентифікатора; внутрішньо-схемного програмування по послідовному порту; режим низьковольтного послідовного програмування; режим внутрішньо-схемною налагодження. В мікроконтролерах PIC16F87X вбудований сторожовий таймер WDT, який може бути виключений тільки в бітах конфігурації мікроконтролера. Для підвищення надійності сторожовий таймер WDT має власний RC генератор. Додаткових два таймери виконують затримку старту роботи мікроконтролера. Перший, таймер запуску генератора, утримує мікроконтролер в стані скидання, поки не стабілізується частота тактового генератора. Другий, таймер включення живлення , спрацьовує після включення живлення і утримує мікроконтролер в стані скидання протягом 72мс (типове значення), поки не стабілізується напруга живлення. У більшості програм ці функції мікроконтролера дозволяють виключити зовнішні схеми скидання. Режим SLEEP призначений для забезпечення наднизької енергоспоживання. Мікроконтролер може вийти з режиму SLEEP по сигналу зовнішнього скидання, по переповнення сторожового таймера або при виникненні переривань. 3.1.4 Модуль АЦП Модуль аналого-цифрового перетворення (АЦП) має п'ять каналів у 28-вивідних мікросхем і вісім каналів у 40/44-виводних мікросхем. Вхідний аналоговий сигнал через комутатор каналів заряджає внутрішній конденсатор АЦП Chold. Модуль АЦП перетворює напругу, що утримується на конденсаторі Chold до відповідного 10-розрядний цифровий код методом послідовного наближення. Джерело верхнього і нижнього опорного напруги може бути програмно обраний з виводів Vdd, Vss, RA2 або RA3. Допускається робота модуля АЦП в SLEEP режимі мікроконтролера, при цьому в якості джерела тактових імпульсів для АЦП повинен бути обраний RC генератор. Для управління АЦП в мікроконтролері використовується 4 регістра: регістр результату ADRESH (старший байт); регістр результату ADRESL (молодший байт); регістр управління ADCON0; регістр управління ADCON1. Регістр ADCON0 використовується для налаштування роботи модуля АЦП, а за допомогою регістра ADCON1 встановлюється які входи мікроконтролера будуть використовуватися модулем АЦП і в якому режимі (аналоговий вхід або цифровий порт вводу / виводу). 3.1.5 Робота модуля АЦП в SLEEP режимі Модуль АЦП може працювати в SLEEP режимі мікроконтролера за умови, що джерелом імпульсів перетворення АЦП буде внутрішній RC генератор ADCS1: ADCS0 = 11. при виборі RC генератора імпульсів модуль АЦП зробить затримку в один машинний цикл перед початком перетворення. Це дозволяє програмі користувача виконати команду SLEEP, тим самим зменшити "цифровий шум" під час перетворення. після завершення перетворення апаратно скидається біт GO /-DONE в 0 , результат перетворення зберігається в регістрі ADRESH: ADRESL. Якщо дозволено переривання від АЦП, то мікроконтролер вийде з режиму SLEEP. Якщо ж переривання було заборонено, то після перетворення модуль АЦП буде вимкнено, хоча біт ADON залишиться встановленим. Якщо був обраний інше джерело тактових імпульсів АЦП (не внутрішній RC генератор), то виконання програмою інструкції SLEEP перерве процес перетворення і вимкне модуль АЦП, залишивши встановленим біт ADON. Вимкнення модуля АЦП зменшить струм споживання мікроконтролера. 3.1.6 Система команд Кожна команда мікроконтролерів PIC16F87X складається з одного 14-розрядного слова, розділеного на код операції (OPCODE), що визначає тип команди і один або кілька операндів, що визначають операцію команди. Команди розділені на наступні групи: байт орієнтовані команди, біт орієнтовані команди, команди управління і операцій з константами. Для байт орієнтованих команд Г є покажчиком регістра, a d показником адресата результату. Покажчик регістра визначає, який регістр має використовуватися в команді. Покажчик адресата визначає, де буде збережений результат. Якщо d-О, результат зберігається в регістрі W. Якщо d = 1, результат зберігається в регістрі, який використовується в команді. В біт орієнтованих командах Ь визначає номер біта бере участь в операції, а Т - покажчик регістру, який містить цей біт. У командах управління або операціях з константами до представляє вісім або одинадцять біт константи або значення літералів. Система команд акумуляторного типу, ортогональна і розділена на три основні групи: байт орієнтовані команди; біт орієнтовані команди; команди управління та команди операцій з константами. Всі команди виконуються за один машинний цикл, крім команд умови, в яких отримано істинний результат та інструкцій змінюють значення лічильника команд PC. У разі виконання команди за два машинних циклу, у другому циклі виконується інструкція NOP. Один машинний цикл складається з чотирьох тактів генератора. Для тактового генератора з частотою 4 МГц всі команди виконуються за 1мкс, якщо умова істинна або змінюється лічильник команд PC, команда виконується за 2мкс. 3.1.7 Електричні характеристики мікроконтролера Електричні характеристики мікроконтролера наведені в таблиці 3.4. Таблиця 3.4 – Електричні характеристики мікроконтролера Параметри Значення Гранична робоча температура -55 С до +125 С Температура -65 С до +150 С Продовження таблиці 3.4 Параметри Значення Напруга Vdd до Vcc 0,3В до +7,5 В Напруга-MCLR до Vcc 0 В до +14 B Напруга RA4 до Vcc 0 В до +8,5 В Потужність, що розсіюється 1 Вт Максимальний струм виводу Vcc З00 мА Максимальний струм виводу Vdd 250 мА Вхідний замикаючий струм Iik 20 мА Вихідний замикаючий струм Iok 20 мА Максимальний вихідний струм стоку каналу 25 мА Максимальний вихідний струм витоку каналу 25 мА Максимальний вихідний струм стоку портів введення / виводу PORTA, PORTB і PORTE 200 мА Максимальний вихідний струм витоку портів введення / виводу PORTA, PORTB і PORTE 200 мА Максимальний вихідний струм стоку портів введення / виводу PORTC і PORTD 200 мА Максимальний вихідний струм витоку портів введення / виводу PORTC і PORTD 200 мА 3.2 Розробка схеми електричної принципової блоку індикації Для відображення значення вхідної напруги динамічного режиму до складу блоку індикації включаємо рідино кристалічний дисплей WH0802D-GGD-CT. Він має наступні технічні характеристики, які показані в таблиці 3.5 (див. ст. 26). Таблиця 3.5 - Технічні характеристики WH0802D-GGD-CT Параметри Значення Розмір модуля 58,0 x 32,0 мм Розмір екрану 38,0 x 16,0 мм Розмір символу 2,96 x 5,56 мм Розмір точки 0,56 x 0,66 мм Крок точок 0,60 x 0,70 мм Умовне графічне позначення рідино кристалічного дисплея WH0802D-GGD-CT показано на рисунку 3.5. Visio.Drawing.11 HYPER14HYPER15 Рисунок 3.5 - Умовне графічне позначення WH0802D-GGD-CT В таблиці 3.6 наведені електричні параметри рідино кристалічного дисплея WH0802D-GGD-CT. Таблиця 3.6 - Електричні параметри WH0802D-GGD-CT Параметри Мінімальне значення Максимальне значення Одиниці виміру Напруга живлення, Vdd 4,7 5,3 В Струм споживання, Idd - 1,7 мА Вхідна напруга низького рівня, UIH 2,2 - В Вхідна напруга високого рівня, UIL - 0,8 В Вихідна напруга високого рівня, UOH 2,4 - В Продовження таблиці 3.6 Параметри Мінімальне значення Максимальне значення Одиниці виміру Вихідна напруга низького рівня, UOL - 0,4 В Напруга зміщення скла, ULCD - 6,6 В Робоча температура, Top 0 50 C 3.3 Розробка схеми електричної принципової блоку електромагнітного реле В даному пристрої необхідно використовується високовольтне реле, з номінальним робочим струмом до 16 А. Характеристики реле наведені в таблиці 3.7. Таблиця 3.7 – Порівняльні характеристики реле Тип реле Максимальний робочий струм Максимальна робоча напруга TRA2L-12VDC 20 А 30 B JZC-20F 10 A 12 В TRA3L-12 VDC 5 А 12 B Усім поставленим вимогам відповідає реле TRA2L-12VDC. Технічні характеристики показані в таблиці 3.8. Таблиця 3.8 - Характеристики реле TRA2L-12VDC Параметри Значення Максимальний робочий струм 20 А Мінімальне навантаження 100 мА, 5 В Максимальна робоча напруга 30 В Продовження таблиці 3.8 Параметри Значення Максимальна потужність 480 Вт Номінальна (резистивна) навантаження 16 А Опір контактів (при 1A) 100 мОм max Температурний діапазон від -40 (С до 70 (С Таблиця 3.9 - Параметри котушки Параметри Значення Потужність котушки 0,54 Вт Номінальна напруга котушки 12 В Опір котушки індуктивності 270 Ом Номінальний струм 45 мА Робоча напруга 9,6 В Напруга відпускання 0,6 В 3.3.1 Розрахунок ключа для блоку електромагнітного реле Пристрій захисту радіоапаратури від перенапруги в електричній мережі повинен за допомогою мікроконтролера перемикати живлення. Запуск системи здійснюватиметься за допомогою електромагнітного реле TRA2L-12VDC. Для живлення обмотки потрібна напруга +5 В. Замикання реле відбувається при струмі 45 мА, тому безпосередньо під’єднати до мікроконтролера його неможливо. Це пов’язано з тим, що вивід контролера може надавати струм величиною не більше 20 мА. Для керування реле застосуємо простий транзисторний підсилювач –ключ. На рисунку 3.6 наведена схема підключення реле до мікроконтролера (див. ст. 29). Рисунок 3.6 – Схема електрична принципова підключення реле до мікроконтролера Для захисту схеми від електрорушійної сили самоіндукції, яка з’являється у процесі комутації обмотки, паралельно до неї під’єднується діод КД522, який обираємо з довідника [6]. Якщо транзистор буде закритий, то реле не спрацює. Для включення реле необхідно перевести транзистор у стан насичення. Транзистор потрібно обирати відповідно до наступних умов: , (3.1) , (3.2) де Uкб –напруга колектор база транзистора, В; Uр – напруга живлення обмотки реле, В; Інас.max – максимальний струм насичення транзистора, А; Ір – струм спрацювання реле, А. Вибираємо з довідника [7] кременевий транзистор типу КТ940А. Параметри транзистора наведені в таблиці 3.10. Таблиця 3.10 – Параметри транзистора КТ940А Параметри Uке Uкб Інас.max Iб КТ940А 300В 300В 100мА 50мА Перевіряємо відповідність параметрів транзистора формулам (3.1) та (3.2): 300В > 12B 100мА > 50мА В результаті аналізу робимо висновок, що транзистор КТ940А відповідає вимогам, висунутим реле TRA2L-12VDC. Вхідним сигналом для ключа є сигнал RА1, який надходить від мікроконтролера DD1. Для отримання режиму відсічення транзистора необхідно забезпечити напругу на базі транзистора: , (3.3) де Uбе – напруга на базі транзистора, В; Uпор. – гранична напруга транзистора, В. На режим відсічення транзистора впливає зворотній струм емітерного переходу транзистора, тому напруга, яка присутня на базі транзистора визначається по формулі: , (3.4) де Uбе = 2,5В – напруга емітер-база транзистора; Uвх=3 В – напруга джерела вхідного сигналу; Іезв = 50(10-3А – зворотній струм емітерного переходу в режимі відсічення; R13 – опір резистора R11, Ом. Для транзистора КТ940А гранична напруга (Uпор.) складає 5 В, зворотній струм колекторного переходу в режимі відсічення (Іб) – 50 мА, а напруга джерела вхідного сигналу (Uвх.) - 3 В. Для забезпечення запирання КТ940А потрібно розрахувати номінал резистора R11. Розраховуємо номінал резистора R13 згідно формули 3.4: , (3.5) T4 HYPER14HYPER15, Розраховуємо потужність, яка розсіюється на R13. (3.6) де РR11 - потужність, яка розсіюється на R11, Вт. РR13 =(50(10-3)2(10=0,025 Вт Тип резистору R13 обираємо згідно ряду Е24 [5] таблиця 2.1 с.17 : R13-МЛТ-0,125-10Ом5%. 3.4 Розробка схеми електричної принципової імпульсного джерела живлення Імпульсні джерела живлення (ІДЖ) дозволяють значно збільшити ККД блока живлення, проте, не рятують від таких громіздких елементів, як понижуючий трансформатор і згладжує фільтр, в якості якого застосовують електролітичний конденсатор великої ємності - від 1000 мкФ і вище. Особливо це актуально в пристроях, які споживають невеликий струм - до 300 мА. У них часто габарити блоку живлення в кілька разів перевищують вагу і габарити власне самого пристрою. Крім того, трансформаторні блоки живлення дуже чутливі до підвищеного напрузі в живильної мережі. При підвищеній напрузі вони інтенсивно нагріваються, що може привести до спалаху трансформатора - тому, багато виробників постачають їх термозапобіжника, який повинен розірвати мережеву обмотку в разі досягнення трансформатором критичної температури. Звідси отримуємо ще один недолік таких блоків живлення - вузький діапазон вхідної напруги. Якщо при підвищеному вхідному напрузі можна отримати перегрів трансформатора, про що говорилося вище, то при зниженій напрузі блок живлення просто не забезпечить заданих параметрів вихідної напруги. Тому, потрібно зупинимося на імпульсних перетворювачах напруги, які дозволяють побудувати без трансформаторних блоки живлення з широким діапазоном вхідної напруги і мінімальними габаритами і масою. Для цього як раз підходить високовольтний імпульсний стабілізатор напруги LNK304, що випускаються компанією Power Integrationws. Сімейство LinkSwitch-TN розроблено спеціально для заміни всіх лінійних і на конденсаторних баласту неізольованих джерел живлення з струмом навантаження до 360 мА при рівній собівартості системи, але пропонуючи більш високу ефективність і якість функціонування. Характерні особливості стабілізатора LNK304: ефективна по вартості заміна лінійних / ємнісних джерел живлення; понижуючий перетворювач з мінімальною вартістю і числом компонентів; повністю інтегровані схеми захисту від короткого замикання з автоматичним перезапуском та захисту від обриву ланцюга зворотного зв'язку, що зменшує кількість зовнішніх компонентів; робота на частоті 66 кГц з точним порогом струму, що дозволяє використовувати недорогу індуктивність 1 мГн при струмах навантаження до 120 мА; висока стабільність і мала чутливість до температури; висока напруга пробою забезпечує чудову стійкість до викидів на вході; набагато більш висока ефективність у порівнянні з дискретними знижувальними перетворювачами і пасивними стабілізаторами; захисту від перегріву, короткого замикання виходу і обриву зворотного зв'язку; чудова стабілізація при змінах вхідної напруги і струму навантаження навіть в типовій конфігурації; широкий частотний діапазон забезпечує швидкість включення без пере регулювання; робота схеми обмеження струму пригнічує пульсації; універсальний вхідний діапазон напруги (~ 85 ... 265В); вбудоване обмеження струму і термозахист з гістерезисом; більш високий ККД в порівнянні з пасивними рішеннями; підтримка SMD-технології; власне типове споживання всього лише 50/80 мВт при реалізації понижувальної топології при вхідній напрузі ~ 115/230В без навантаження. Представники LinkSwitch-TN містять моп-транзистор, генератор, просту схему управління включенням / відключенням, високовольтний імпульсний джерело струму, генератор плаваючою частоти, покрокове обмеження струму і термозахист в одній інтегральній схемі. Напруга живлення береться безпосередньо з виведення DRAIN, що виключає необхідність формування напруги зсуву і пов'язаної з цим схемою в понижуючих або обратноходових перетворювачах. Повністю інтегрована схема автоматичного перезапуску в LNK304 безпечно обмежує вихідну потужність при виявленні аварійних ситуацій, наприклад, короткого замикання або обриву зворотного зв'язку, за рахунок чого знижується кількість зовнішніх компонентів і собівартість схеми захисту. Локальне живлення, що генерується самою інтегральною схемою, дозволяє використовувати оптопару для зсуву рівня, що дозволяє поліпшити характеристики стабільності вихідної напруги при зміні вхідної напруги та навантаження в понижувальних і понижувальних / підвищують перетворювачах. Структурна схема імпульсного стабілізатора напруги LNK304 показана на рисунки 3.7. Рисунок 3.7 - Структурна схема імпульсний стабілізатор напруги 3.4.1 Розрахунок параметрів схеми включення LNK304 На рисунку 3.8 показана схема електрична принципова імпульсного перетворювача 230В/12В-120 мА на базі мікросхеми LNK304. Причому, цю схему досить просто перерахувати під іншу вихідну напругу - вона залежить від номіналів резисторів R1 і R3 і розраховується за формулою (3.7): Uвих = 1,65 (1 + R1/R3) (3.7) Інтервал вхідної напруги знаходиться в діапазоні 85 - 265 В, забезпечуючи при цьому стабільні 12 постійної напруги на виході. В даному пристрої Uвих = 12 В, приймаємо R3 = 100 кОм. Згідно з формулою 3.7 виведемо формулу розрахунку номіналу R1. R1 = R3 (Uвих/1,65 – 1) (3.8) R1 = 100(12/1,65 – 1) = 627 кОм Тип резистору R1 обираємо з довідника [5] згідно ряду Е24 таблиця 2.1 с.17: R1-МЛТ-0,125-620кОм5%. Рисунок 3.8 - Схема електрична принципова ІДЖ на LNK304 3.5 Розробка схеми електричної принципової стабілізатора напруги За принципом роботи стабілізатори поділяються на компенсаційні і параметричні. Компенсаційні стабілізатори можуть бути з безупинним або імпульсним регулюванням, рівнобіжної і послідовної дії. Параметричні стабілізатори здійснюють стабілізацію напруги за рахунок зміни параметрів напівпровідникових приладів: стабілітронів, транзисторів і інших. Змінюваним параметром стабілізаторів напруги є їхній опір або провідність. Компенсаційні стабілізатори являють собою замкнуті системи автоматичного регулювання напруги на навантаженні, виконані на напівпровідникових приладах. Основним недоліком компенсаційного стабілізатора напруги з безупинною дією є його невисокий ККД. Останнім часом найбільше поширення одержали інтегральні мікросхеми стабілізаторів напруги з безупинним регулюванням. Основними групами таких мікросхем є: трьохвиводні стабілізатори фіксованої напруги (позитивного чи негативного); стабілізатори фіксованої напруги з малим спаданням напруги на регулюючому елементі; стабілізатори регульованої вихідної напруги; багатоканальні стабілізатори. В таблиці 3.11 наведені технічні характеристики стабілізаторів напруги, в інтегральному виконані. Таблиця 3.11 - Технічні характеристики стабілізаторів напруги Тип мікросхеми Вихідна напруга, В Точність установки, В Максимальний струм навантаження,А Номінальний струм навантаження, А Вхідна напруга,В 7805 +5 0,2 8 0,5-1 7-25 КР142ЕН5А +5 0,2 10 0,5-1 +7,5...15 Продовження таблиці 3.11 Тип мікросхеми Вихідна напруга, В Точність установки, В Максимальний струм навантаження,А Номінальний струм навантаження, А Вхідна напруга,В КР142ЕН5Г +6 0,3 10 0,7-1,2 +8,5...15 Згідно даних технічних параметрів відповідає компенсаційний стабілізатор 7805, структурна схема якого показана на рисунку 3.9. Рисунок 3.9 – Структурна схема стабілізатора 7805 Стабілізатор 7805 виконаний в корпусі, схожому на транзистор і має три виводи. Так само в корпусі є отвір для кріплення стабілізатора напруги 7805 до радіатора охолодження. Стабілізатор 7805 є стабілізатором позитивного напруги (+5 V стабілізованої напруги і струм 1A). Так само варто відзначити, що для нормальної роботи на вхід стабілізаторам необхідно подавати напругу близько 10 вольт. Ця мікросхема містить вбудований захист від перевантаження по струму і тепловий захист від максимально допустимої температури кристала (от - 45 до + 70C), що істотно підвищує надійність мікросхеми. Типова схема включення стабілізатора приведена на рисунку 3.10. Рисунок 3.10 - Схема електрична принципова включення стабілізатора Вхід стабілізатора - "IN"; вихід - "OUT"; загальний - "GND" (Ground). До входу (Input), а також до виходу (Output) стабілізатора (безпосередньо у відповідного виводу або поблизу нього), щоб уникнути самозбудження необхідно підключати конденсатор ємністю 47 ... 220 мкФ. Тип конденсатора С3 обираємо з довідника [3] згідно ряду Е24 таблиця 2.1 с.17: С3: К10-79-16В-МП0-100мкФ. Якщо ємність конденсатора на виході стабілізатора дуже велика, а струм навантаження малий, між входом і виходом необхідно включати діод. Це рішення гарантує, що напруга на виході буде дуже швидко зменшуватися до величини вхідної напруги. Для надійної роботи стабілізатора напруга на вході вибирається не менше ніж на 3 В вище, ніж вихідна напруга. 4 Розробка плати друкованого монтажу Вибір параметрів, розрахунок , розробка друкованої плати зроблені у відповідності до вимог к конструюванню РД 50-708-91. Підставою плати служить пластина стандартного розміру, виготовлена з ізоляційного матеріалу. На неї наноситься друкований монтаж – система друкованих провідників, що забезпечує можливість електричного з’єднання деталей елементів схеми, що згодом будуть установлені на друковану плату, отримано деталь – плата, що складається з підстави з друкованим монтажем. Крім того, нерідко наносять друковані елементи – шари металу або діелектрика виконуючі функції конденсаторів, котушок індуктивності, рознімань та інше. З огляду на можливість виконання всіх комутаційних з’єднань техніко-економічні показники, вартість основного матеріалу, приймаємо плату друковану з двобічним монтажем, з металізацією отворів. Відповідно до розробленої принципової схеми вибираємо третій клас точності . Тому що це клас точності використовується для друкованих плат з мікрозборками і мікросхемами, що мають штиреві і пленарні виводи, а також з без вивідними ІЕТ при середній і високій насиченості поверхні друкованої плати ІЕТ. Матеріал підстави вибираємо х обліком фізико-механічних і електричних параметрів друкованих плат і УПК під час і після впливу механічних навантажень, кліматичних факторів і агресивних хімічних середовищ у процесі експлуатації. Таким чином, для 3-ого класу точності варто застосувати матеріал склотекстоліт СФ-2-50-1,5 ГОСТ 10316-78. Для забезпечення стабільності електричних, механічних та інших параметрів друкованих плати і ЦПК застосовуємо як металеві, так і неметалеві покриття. Конструктивні металеві покриття вибираємо відповідно до вимог ГОСТ 9.303 і інших НТД. Товщину покриття приймаємо 0,5 мм. Конструктивні неметалічні покриття (захисні маски) призначені для захисту: друкованих провідників і поверхні підстави друкованої плати від впливу припою; елементів провідного малюнка від замикання ИЕТ і інших конструкційних елементів. Як захист від замикання в даній схемі будемо використовувати ізольований провід, що служить як перемичка. Розміри, формування, а також місця кріплення друкованих плати і ЦПК вибираємо в залежності від настановних розмірів, елементної бази, експлуатаційних характеристик, пайки, контролю і техніко-економічних показників. Число типорозмірів друкованих плати в одному виробі варто обмежувати. Габаритні розміри плати повинні бурти кратними: 2,5 мм при довжині до 100 мм; 5 мм при довжині до 350 мм; 10 мм при довжині більш 350 мм. З умови міцності плати співвідношення сторін повинне бути не більш 1:3. Розмір друкованої плати складає 100 мм на 125 мм, що цілком відповідає цим вимогам. Основним кроком координатної сітки вибираємо крок 1,25 мм. Зображення друкованої плати лініями координатної сітки з основним кроком 1,5 мм, нумеруючи арабськими цифрами лінії координатної сітки шрифтом 3,5 мм. У вузлах координатної сітки розташовуються контактні, і монтажні отвори креслимо у виді однакових окружностей d=1,5 мм. Їхні дійсні розміри записуємо в таблицю отворів, користуючись умовними знаками для позначення однакових отворів. На друкованій платі (заготівлі) повинен розташовуватися елемент, що орієнтує, що забезпечує її однозначне положення в прямокутній системі координат. Як орієнтуючий елемент умовимося використовувати один з фіксуючих отворів. Товщину друкованої плати вибираємо в залежності від конструктивних особливостей в механічних навантажень експлуатації, що впливають на них у процесі. Товщину плати за ГОСТ вибираємо з ряду: 0,8 мм; 1,0 мм; 1,5 мм; 2,0 мм; 3 мм. Вибираємо 1,5 мм. Сторони прямокутної друкованої плати повинні бути рівнобіжні лініям координатної сітки. Місце розташування маркірування на кресленні позначаємо за ГОСТ 2.314. Маркіровані символи, виконані за провідникового матеріалу не повинні зменшувати мінімально припустимої відстані між сусідніми елементами провідного малюнка. Допускається часткове однобічне тор |
| Посетителей: 28, из них зарегестрированных: 0, гостей: 28 Зарегистрированные пользователи: Подробно | Страница сгенерирована за 0.0464 сек. |
