Схема управления драйвера верхнего ключа

Схема управления драйвером СТК микроконтроллером верхнего плеча показана на Рисунке 39.

Рисунок 39. Схема управления драйвером СТК микроконтроллером верхнего плеча

 

Основной задачей, стоящей при соединении сигнала с микроконтроллера и драйвером СТК, является гальваническая развязка земель, так как средняя точка полного моста (точка между верхним и нижним плечом моста) является плавающей, то есть может изменять значение потенциала во время работы системы (потенциалы U1 и U3 на Плакате 1). Поэтому выбираем оптопару 249ЛП8Т [20], УГО которой указано на Рисунке 40, шунтируя питание керамическим конденсатором емкостью 0.1 мкФ и подтягивая выход микросхемы к 5В, так как выход оптопары является открытым коллектором с инверсией входного сигнала и для обеспечения уровней ТТЛ-логики, на которой работает микросхема 1564ТЛ3, необходимо подавать четкие напряжения, а именно больше 2В и меньше 0.8В. Оптопара позволяет гальванически развязать два общих провода, иначе говоря, произвести передачу напряжения без передачи тока. Основные характеристики микросхемы 249ЛП8Т приведены ниже в Таблице 5 и 6.

Рисунок 40. УГО микросхемы 249ЛП8Т

Таблице 5. Электрические параметры

Наименование параметра	Обозн.	Ед. изм.	Значения			Режим измерения
			Мин.	Тип.	Макс.
Входное напряжение		В	1.1	-	1.5	Iвх = 12мА
Вых. напряжение низкого уровня		В	-	-	0.5	,
Вых. ток высокого уровня		мА	-	-	0.25	,
Ток потребления		мА	-	-	16	,

 

Таблица 6. Предельно-допустимые режимы эксплуатации

Параметры режима	Ед. изм.	Мин.	Макс.	Примечание
Вых. напряжение высокого уровня	В	-	6
Входной ток	мА	12	20
Вых. ток низкого уровня	мА		10
Вх. импульсный ток	мА		32	t ≤ 10 мкс

 

Вход оптрона 249ЛП8Т шунтирует транзистором VT2 (обоснование выбора такого включения транзистора для управления оптопарой будет обоснованно в следующей главе) с соединением на коллекторе резистора номиналом 270 Ом, для достижения входного тока значением:

; (53)

При открытом VT2 ток течет в обход светодиода, из-за этого на выходе микросхемы наблюдается сигнал высокого уровня. Противоположная ситуация на выходе будет при закрытом VT2.

Для управления транзистором VT2 подсоединим транзистор VT3 коллектором к базе. При закрытом VT3 транзистор VT2 будет открыт напряжением полученным при расчете (54), а при открытом VT3 транзистор VT2 будет закрыт.

; (54)

Так как по техническому заданию углы поворота пушечной установки ограничены, и присутствуют концевые выключатели, то необходимо, чтобы при наезде пушечной установки на концевики, вся установка начинала тормозиться. Для этого ДПТ должен войти в режим динамического торможения. Концевой выключатель срабатывает при наезде на него пушечной установки. При срабатывании концевого выключателя, он замыкается на земляной потенциал, иначе на его месте обрыв цепи. Но допускать обрыва цепи нежелательно, поэтому задействуем схему концевого выключателя, показанную на Рисунке 41.

Рисунок 41. Схема концевого выключателя

 

При отключенном концевом выключателе с источника питания 27В через делитель напряжения, образованный резисторами R21, R23 и R24 на вход микросхемы 1554ТЛ2ТБМ, представляющей собой тригер Шмитта, приходит напряжение рассчитанное в уравнении (55)

; (55)

В данном случае задержка распространения не играет никакой роли, ее влияние понадобится при разработке системы срабатывания муфты.

Последовательное включение двух микросхем триггера Шмитта позволяет придать системе стабильности и защитить входную цепь управления от нежелательных всплесков и просадок напряжения. УГО микросхемы 1554ТЛ2ТБМ [21] приводится на Рисунке 42, а ее короткая характеристика в Таблице 7. Также триггер Шмитта устанавливаем перед каждым сигналом, подаваемым с микроконтроллера для более устойчивой работы системы.

Рисунок 42. УГО микросхемы 1554ТЛ2ТБМ

 

Таблица 7. Основные электрические параметры 1554ТЛ2ТБМ

Параметр, ед. изм.	Буквенное обозначение	Режим измерения		Норма
		Условие	Vcc, В	Не менее	Не более
Входное напряжение выс. уровня, В		0.1В Или Vcc-0.1 В	5.5	3.85	-
Входное напряжение низ. уровня, В		0.1В Или Vcc-0.1 В	5.5	-	1.65
Выходное напряжение высокого уровня, В		= -24мА	5.5	4.94	-
Выходное напряжение низкого уровня, В		= 24мА	5.5	-	0.36
Выходной ток Низкого/Высокого уровней, мА			5.5		24
Ток потребления, мкА			5.5	-	4.0

 

При отключенном концевом выключателе на базу транзистора VT1 (см. Рисунок 39) приходит напряжение 5В. Выбираем токоограничивающий резистор R6 номиналом 510 Ом из условия, что постоянный ток базы для 2Т3130Б9 должен быть меньше 20 мА, иначе транзистор выйдет из строя. При номинале резистора в 510 Ом ток базы будет составлять

; (56)

Подберем резисторы R1 и R4. Они являются токоограничивающими и не допускают протекания через переход коллектор-эмиттер больших токов, ведь транзистор VT1 рассчитан на максимальный ток в 100 мА, а также резистор R1 участвует в работе делителя напряжения совместно с резистором R8, для корректного режима работы транзистора VT3, который также является 2Т3130Б8. При номиналах 100 и 10 Ом соответственно ток через коллектор-эмиттер VT1 составит 40 мА. Конденсатор C2 необходим для организации более плавного переходного процесса во время открытия транзистора VT1. Время переходного процесса рассчитывается по следующей формуле

C2; (57)

Примем время переходного процесса 3мкс, тогда C2 принимаем 22нФ.

Также необходимо предотвратить утечку тока с выхода триггера Шмитта DD2A, на который приходит напряжение с микроконтроллера, через транзистор VT1 в момент его открытия, для этого используем уже знакомую диодную сборку 2Д803АС9, включенный катодом к выходу микросхемы DD2A.

Резистор R8 принимаем равным 51 Ом из расчета того, что должно будет соблюстись важное условие: при нажатом концевом выключателе источник напряжения на 5В должен утянуть выход триггера Шмитта DD2A для того, чтобы принудительно включить динамическое торможение двигателя, о данном режиме будет рассказано позже. Из таблицы 7 наблюдаем, что максимальный выходной ток микросхемы 24 мА, поэтому из следующего расчета должны получить значение большее, чем 24 мА.

; (58)

Резистор R7 принимаем равным 300 Ом, для того, чтобы выходной ток триггера Шмитта составлял максимум 14 мА, а также хватало напряжения для открытия транзистора VT3.

  (58)