Построение схемы электронного блока

Все синтезированные каскады необходимо объединить на чертеже в соответствии с функциональной схемой САУ (рис 9.1).

 

Рис 9.1. Функциональная схема замкнутой САУ с электронным блоком

 

В курсовом проекте следует предусмотреть все необходимые источники питания (обозначить их на общей схеме) и показать точки подключения. При этом нужно учитывать: если источники питания применяются до гальванической развязки, то одна клемма их присоединяется к общей точке - земле, другая – к нужной точке схемы. Все источники, которые применяются после гальванической развязки, не должны иметь электрического контакта с этой землей и с другими элементами схемы до гальванической развязки.

Для стандартной П–схемы нужно иметь три гальванически развязанных источника, если не применяется бутсрепное питание (рис. 9.2, 9.3).

Вначале, по мере развития электроники, был разработан так называемый, универсальный способ управления силовыми ключами, при котором VT1, VT3 (рис 9.2), а также VT2, VT4 управляются отдельными четырьмя схемами и запитываются от трёх, гальванически развязанных источников питания (отдельного для VT1, отдельного для VT3, отдельного для VT2 и VT4, изображены три земли – земля 1, земля 2, земля 3). Они гальванически отделены друг от друга.

БП1, БП2, БП3 – блоки питания схем управления Др. 1, Др. 3, а также Др. 2 и Др. 4. Тогда силовыми транзисторами можно управлять как угодно, независимо друг от друга: это первый способ управления, например VT1, VT2 противофазно переключаются в режиме ШИМ, VT3 – постоянно закрыт, VT4 – постоянно открыт; другой способ – VT1, VT4 – VT2, VT3 противофазно переключаются и т.д.; силовые ключи могут быть как биполярными, так и униполярными; между модулятором, не приведенным здесь, необходима гальваническая развязка (например посредством оптопар). Недостаток – необходимы три источника питания, в то время как желателен один, именно это обеспечивает способ бутстрепного питания, иллюстрирующийся рис 9.3.

 

Рис. 9.2. Универсальное питание для управления силовыми транзисторами

 

Если при универсальном питании конденсаторы С1–С4 могут отсутствовать, то при бутстрепном питании конденсаторы С1 и С3 обязательны.

Таким образом, на рис 9.3 только один блок питания БП, а не три, но введены два бутстрепных диода VD1 и VD2, а также бутстрепные конденсаторы С1, С3, ёмкость которых надо рассчитывать. Достоинство схемы – она проще, дешевле, всего один блок питания, зато схема потеряла свойство универсальности: работать может только в импульсном, достаточно высокочастотном режиме. Кроме того драйверы не могут открывать или закрывать ключи на биполярных транзисторах, т.к. в базовых цепях должны протекать значительные токи, бутстрепный способ не способен их создать. Принято считать, что обратно смещённые, закрытые диоды VD1, VD2 обеспечивают гальваническую развязку между низковольтными информационными каскадами и силовыми мостовыми схемами вида рис 9.3. В действительности, диоды со временем могут быть пробиты, в этом случае вся информационная часть портится. Таким образом недостатки есть, тем не менее бутстрепное питание применяется широко, особенно в зарубежных схемах.

В данном пособии даются стандартные решения, которые не являются единственными. Поэтому студенты могут выполнить задание на базе других узлов (например, создать модулятор ШИМ на таймерах, микропроцессорах и т.д.). Отход от стандартных решений обычно приветствуется преподавателем, так как студент показывает свой уровень знаний и способность самостоятельно работать с технической литературой. Студентам – заочникам предлагается схемная реализация электронного устройства на базе стандартных решений, освещенных в пособии по курсовому проектированию (см. приложения 11,12).

 

Рис.9.3. Схема бутстрепного питания

 

При этом студент обязан:

1. Согласно технического задания на курсовое проектирование самостоятельно выбрать соответствующие типы и номиналы комплектующих элементов (ОУ, мощные VT, VD, драйверы, оптопары, резисторы, ёмкости и т.д.).

2. Драйверы, управляющие мощными ключами (VT), обязательно должны иметь внутреннюю гальваническую развязку и допускать бутстрепный способ питания.

3. Предусмотреть все необходимые источники питания, Е₁, Е₂ и т.д. В приложении на всех схемах все источники обозначены символом Е. Поэтому следует разобраться с их назначением и заменить символ Е на соответствующий E_j и соответственно подключить к необходимой точке схемы их вторую клемму.

4) Разобраться с назначением узлов спроектированного устройства. Для этого при работе с отдельными разделами особенно важно обращаться к приложению 2. На чертеже пронумеровать все используемые «ножки» каждой микросхемы (например, разные типы ОУ имеют свою оригинальную нумерацию и т.д.).

 

 

Методические указания

Цель курсового проектирования по дисциплине «Схемотехника в СУ» – практически закрепить изучаемые теоретические разделы одноименного курса; освоить методы, приемы расчета и конструкторской разработки специальных устройств автоматики на основе оптимальных критериев качества; научиться пользоваться справочниками, пособиями, реферативными журналами и другими библиографическими изданиями, выбирать необходимые материалы из накопленных в технической литературе.

Проектирование начинается с изучения технического задания. В настоящем методическом пособии приведены варианты технических заданий на различные электронные устройства. Техническое задание формирует требования к функциональным возможностям проектируемого устройства и условиям, в которых оно должно действовать; эти требования должны быть корректны.

Обычно имеется несколько путей построения общей функциональной схемы, значительно большее число вариантов может быть предложено для отдельных функциональных узлов. Опытный разработчик имеет набор всевозможных вариантов из практической деятельности, как правило, сравнительно быстро выбирает оптимальные или близкие к ним. Студентам рекомендуется прежде всего обращаться к литературе, указанной в предметном и алфавитном каталогах библиотеки, реферативным журналам по данной теме, перечню, приведённому в конце пособия. Умение быстро и уверенно найти нужную книгу, журнал, выбрать искомый материал – одно из самых ценных качеств, присущих хорошему специалисту. В значительной степени это качество приобретается путем самостоятельной и систематической тренировки. Настоятельно предлагается на каждый просмотренный источник заполнять карточку с исходными данными по форме перечня литературы пособия или любой книги, и, если по истечении времени источник потребуется вновь, то по правильно оформленной карточке его легко найти. Заполненные карточки составят начальную часть собственной картотеки в данной области. Постепенно пополняясь, она оказывает надежную помощь в приобретении опыта.

Из приобретенных теоретических знаний и из литературы студенты выбирают всевозможные варианты построения функциональных схем и их отдельных составляющих, применяя свои способности к инженерному творчеству, компонуют функциональные схемы с целью получения предельных качественных показателей по простоте, количеству элементов, стабильности характеристик, надежности, габаритам, весу, стоимости, коэффициенту полезного действия и т.д. В пояснительной записке к курсовому проекту должны быть приведены как минимум две–три возможные реализации общих функциональных схем и входящих в них узлов и на основании сопоставления и сравнения доказать, что выбранные варианты наилучшие, оптимальные для данных параметров и условий техзадания. В пояснительной записке из приведённого методического пособия выбираются только необходимые формулы и текст(но не приводить бездумно все пояснения, которые могут не касаться решаемой технической задачи). Этим студенты должны показать свой технический уровень и умение работы со справочной литературой.