Выбор стабилизаторов напряжения

Для питания логических элементов в схеме управления, в схеме полного моста и в схеме управления муфтой необходимо напряжение 5В, которое можно извлечь, установив стабилизаторы напряжения. Входное напряжение 15В с ВИП. Выбираем стабилизатор напряжения 1158ЕН [25], рассчитанный на выходное напряжение 5В, УГО которого на Рисунке 51.

Рисунок 51. Стабилизатор напряжения 1158ЕН

 

Основные электрические характеристики в Таблице 16.

Таблица 16. Основные электрические характеристики 1158ЕН

Параметр, ед. изм	Обозначение	Значение
		Мин.	Макс.
Входное напряжение, В	Uвх	3.6	37
Максимальный выходной ток, А	Iо	-	0.5
Выходное напряжение, В	Uо	4.8	5.2
Ток потребления, мА	Icc	-	65

 

Также, как и ВИП необходимо установить три стабилизатора напряжения на каждый развязанный канал питания.

Вход стабилизатора шунтируется керамическим конденсатором емкостью 0.1мкФ, выходной каскад шунтируется конденсаторами танталовым емкостью 15мкФ и керамическим 0.1мкФ. Пример обвязки стабилизатора напряжения 1158 показан на Рисунке 52.

Рисунок 52. Стабилизатор напряжения 1158ЕН в схеме

Расчет тока потребления

По техническому заданию потребление от аккумуляторной шины не должно превышать 20А. Рассчитаем получившееся значение тока потребления при максимальном режиме работы схемы, хоть таковой и не наступает. То есть будем учитывать ток потребления всех микросхем в динамическом режиме, ток протекающий через транзисторы, если бы они все были открыты, при это соблюдая еще тот момент, что у ВИП и стабилизаторов напряжения есть свое ограничение на ток нагрузки (см. Плакат 1)

По цепи +15V_1:

По условию, нагрузочный ток ВИП U1 не должен превышать ток 400мА. Ток потребления микросхемы 1474ХХ3Т DD4 составляет 18мА, ток потребления микросхемы 1463УБ1У DD7 2.2мА, при открытом транзисторе VT38 ток, протекающий через него составляет 33мА. В итоге суммарное значение тока потребления 54мА

По цепи +5V_1:

По условию, нагрузочный ток стабилизатора напряжения U5 не должен превышать 500мА. Ток потребления микросхемы 1564ТЛ3 DD2 8мкА в статическом режиме, данных для динамического режима нет, но примем 15мА. Ток потребления микросхемы 249ЛП8Т DD1 составляет 16мА. Итого 31мА.

По итогу суммарно по цепи +15V_1 и +5V_1:

Ток потребления микросхемы U5 можно вычислить применив закон сохранения энергии, в идеальном случае

; (62)

; (63)

; (64)

Прибавляя получившееся значение к току потребления U1 получаем ток потребления аккумуляторной шины аналогично с помощью уравнений (62) и (63).

; (64)

 

По цепи +15V_3 и +5V_3 расчет получится аналогичным, поэтому

; (65)

По цепи +15V_DW:

Ток потребления 1474ХХ3Т DD9, DD12 и DD19 составляет 18*3мА, то есть 54мА. Ток потребления компаратора 1467СА1Т DD8 составляет 1мА. Ток потребления через резисторы R69 и R75 составляет 1.5мА. Ток потребления усилителя 1463УБ1У DD6 составляет 2.2мА. Итого топ потребления по цепи +15V_DW составляет 59мА.

По цепи +5V_DW:

Состоит из тока потребления трех оптопар 249ЛП8Т и DD1, DD10 и DD20, что получается 48мА. Ток потребления 1564ТЛ3 DD11A составляет 15мА. В итоге получаем 63мА.

; (66)

; (67)

По цепи +5V:

Для ВИП ВР24-6 (24->1х5) максимальный ток нагрузки составляет 1А. Из данного требования рассчитаем ток потребления общий, а потом ток потребления самого ВИП от аккумуляторной цепи. Ток потребления 1554ТЛ2ТБМ для двух микросхем DD5 и DD3 составляет 8мкА для статического режима, примем 60мА для динамического. Через R1 и R10, и VT1 90мА. Через R2 и VT4 20мА. Через R9 и VT2 40мА. Через R76 и R80 20мА. Через R78 и VT17 40мА. Через R63 и VT10 3мА. Ток потребления D-триггера 1564ТМ2 DD18 12мА. В итоге 285мА.

; (68)

По цепи +27V:

Напрямую от аккумуляторной цепи питаются обмотки управления и возбуждения электромагнитной муфты, и протекает еще ток через транзисторы VT39 и VT32. Через одну обмотку примем ток текущий в 1.5А, получается для двух обмоток 3А. через транзисторы VT39 и VT32 течет ток номиналом 36мА. В итоге примем 3.1А.

; (69)

 

Итоговое потребление по цепи +27V:

; (70)

Общий ток потребления получился 3.3А, но это только для одного из каналов (вертикальный или горизонтальный). Умножая значение, получившееся в уравнении (70) в два раза и делая скидку на токи утечек получаем, что общий ток потребления усилителя мощности составляет ~7А. Что соответствует предъявляемому условию на ток потребления до 20А по техническому заданию.

Выбор микроконтроллера

При разработке усилителя мощности встает вопрос выбора микроконтроллера, управляющего работой полного моста, а также участвующего в организации обратных связей и реализации корректирующих устройств. Так как данный усилитель мощности будет устанавливаться на военную технику авиационного применения, то было бы логично использовать для этого специализированный микроконтроллер, поддерживающий определенные авиационные интерфейсы, задокументированные по ГОСТ.

Была выбрана микросхема 1986ВЕ1Т [26], являющаяся 32-разрядным микроконтроллером авиационного применения. Краткие сведения о 1986ВЕ1Т:

· RISC архитектура с тактовой частотой до 144МГц

· 128 кбайт флэш-памяти программ и 48 кбайт ОЗУ

· Интерфейсы UART, SPI, Ethernet, авиационные интерфейсы по ГОСТ 18977-79 и ГОСТ Р52070-2003.

· Наличие контроллера USB интерфейса со встроенным аналоговым приемопередатчиком и двух контроллеров CAN интерфейса.

· Четыре 32-разрядных таймера с 4 каналами схем захвата и ШИМ, 24-разрядный таймер и два сторожевых.

· 12-разрядный АЦП с возможностью оцифровки информации с 8 каналов, встроенного датчика температуры и опорного напряжения, два 12-разрядных АЦП.

Вдаваться в полные аппаратные и технические подробности микроконтроллера 1986ВЕ1Т не будем. Скажем лишь, что напряжение питания микроконтроллера от 3В до 3.6В. Исходя из этих соображений, между микроконтроллером и схемой усилителя мощности (на вход которого от микроконтроллера должны приходить уровни КМОП) должны стоять дополнительные блоки, осуществляющие конвертацию 3В в 5В, а также выполняющие иные функции. Данные блок в расчетно-пояснительной записке также рассматриваться не будут.

Выбор разъема

Разъем необходим при разработке печатной платы. Через него будут проходить сигналы на управление усилителем мощности, а также через данный разъем будет подключаться якорь ДПТ (обмотка якоря ДПТ).

Выбираем разъем СНП260-135РП31 [27], с основными характеристиками в Таблице 17.

Таблица 17. Параметры разъема СНП260-135РП31

Параметр	Значение
Число контактов	135
Сопротивление электрического контакта, мОм	1.5
Максимальное рабочее напряжение, В	250
Рабочий ток на каждый контакт, А	1.8
Максимальная частота переменного тока, МГц	3

 

Распиновка разъема представлена на Плакате 2. Все сигнальные линии соединены с единственным контактом. Для питания обмоток якоря ДПТ необходимо соединять контакты, так как рабочий ток на контакт должен составлять 1.8А. То есть, необходимо объединять контакты для меток MOTOR1, MOTOR2, UDW. Из расчета того, что для ДПТ номинальный ток якоря составляет 17.5А, то примем допустимый рабочий ток через объединенные контакты в 50А. Для этого необходимо соединить по 21 контакту для меток MOTOR1, MOTOR2 и UDW..  Аналогично поступим с сигналом, приходящем с источника напряжения полного моста, метки POWER. Так как ток потребления по аккумуляторной шине 27В составляет приблизительно 7А, а для запаса по току примем ток потребления в 10А. Таким образом +27V объединяем в 6 контактов, с полученным рабочим током в 11А. Оставшиеся незадействованные контакты объединяем с общим проводом аккумуляторной шины G27V.

На Рисунке 53 отображен внешний вид разъема СНП260-135РП31.

Рисунок 53. Внешний вид разъема СНП260-135РП31