Разработка принципиальной электрической схемы

Схема (Рисунок 71) разрабатывалась в среде Altium Designer 17. В схему включается:

· Адаптер тестера Formula F2K (1шт.) (Рисунок 72)

· Микросхема HCPL-2631 (1шт.)

· Микросхема TSM0505S (1шт.)

· Реле TRR1A05F00 (3шт.)

· Диод 1N914 (3шт.)

· Транзистор КТ3102ЕМ (1шт.)

· Резистор SMD 499 Ом ±5% (1шт.)

· Резистор 348 Ом ±5% (1шт.)

· Конденсатор 0.12 мкФ (1шт.)

· Разъем BNC (1шт.)

Рисунок 71.  Принципиальная электрическая схема

Рисунок 72.  Адаптер тестера Formula F2K

 

С помощью трех реле можно коммутировать транзистор в двух вариациях. В первом случае транзистор включается коллектором к катоду (Рисунок 73)

:

· 64 канала с возможностью установки драйверов высокого и низкого уровней +10В и -10В соответственно током до 20мА, аналогичных уровней компарирования

· Положительный источник питания Vcc с напряжением от 0В до 20В с максимальным током 400мА

· Отрицательный источник питания Vee с напряжением от 0В до -20В с максимальным током 400мА

· Источник напряжения Vdd с напряжение от -8В до 8В с максимальным током 400мА

· Два источника по умолчанию на +12В и -12В

· Источник +5В

· GND – земля тестера

· 8 портов ввода-вывода

· 8 портов вывода.

Рисунок 73.  Последовательное включение транзистора

 

Рисунок 74.  Шунтирующее включение транзистора

 

Все компоненты были напаяны на макетную плату совместимую с тестером Formula F2K. На Рисунке 75 верхняя сторона платы, на Рисунке 76 нижняя сторона платы. Код программы для случая последовательного включения и для шунтирующего включения представлен в Приложении Б.

Рисунок 75. Верхняя сторона платы

 

Рисунок 76.  Нижняя сторона платы

 

Используемое оборудование

При проведении испытаний использовалось следующее оборудование:

· Осциллограф Rigol MSO1104

· Универсальный генератор сигналов Rigol DG4162

· Тестер микросхем Formula F2K

К сожалению, в наличии не оказалось осциллографа с двумя гальванически развязанными каналами, поэтому получить изображение сигнала с генератора и выхода микросхемы HCPL-2631 одновременно не представлялось возможным. Поэтому отображение выхода генератора и выхода осциллографа будет представлено на разных изображениях для более четкого представления полученных результатов.

 

Ход исследования

1. Подключаем оснастку к адаптеру тестера

2. Коммутируем реле 1 для последовательного включения транзистора во входную цепь микросхемы

3. Подаем 5В с источника Vcc на DC-DC преобразователь, чтобы развязать землю тестера с выходной землей микросхемы HCPL-2631

4. Подаем 5В с источника Vdd для задания протекающего через светодиод тока силой 10мА

5. Подаем на базу транзистора КТ3102ЕМ напряжение 0В, для того чтобы он был закрыт, соответственно ток черед светодиод протекать не будет, а значит с выхода микросхемы будем снимать сигнал высокого уровня который показан на Рисунке 77.

Рисунок 77.  Сигнал высокого уровня выхода HCPL-2631

 

6. Задаем режим работы генератора сигналов (Рисунок 78). Амплитуда 10В, частота 50Гц.

Рисунок 78.  Параметры выхода генератора сигналов

 

7. Фиксируем скорости нарастания и спада сигнала с генератора, который и является Vcm. Скорость нарастания сигнала на Рисунке 79, скорость спада сигнала на Рисунке 80. Как видно из рисунков, скорость спада и скорость нарастания примерно одинаковые и составляет 2 .

Рисунок 79.  Скорость нарастания Vcm

 

Рисунок 80.  Скорость спада Vcm

 

8. Подключаем генератор сигналов к оснастке и включаем его

9. Осциллографом снимаем выходной сигнал с оптрона (Рисунок 81)

Рисунок 81.  Выходной сигнал HCPL-2631 с включенным генератором и последовательным включением транзистора

Как видно из Рисунка 81 выходной сигнал «просаживается» с 5.5В до 1.5В в следствие помех, возникающих в оптроне при нарастании сигнала Vcm, что может являться недопустимым или критическим.

10. Отключаем генератор, коммутируем реле 2 и 3, для шунтирующего включения транзистора, подаем на базу транзистора 4В для его полного открытия и повторяем процедуры, описанные в пунктах 6,8,9. Отключаем генератор. Выходной сигнал оптрона со включенным шунтирующим транзистором показан на Рисунке 82.

Рисунок 82.  Выходной сигнал HCPL-2631 с включенным генератором и шунтирующим включением транзистора

 

Как видно из Рисунка 82 выходной сигнал «просаживается» с 5.5В до 4В, что не является критической ситуацией, так как минимальное напряжение выше 2В. Из этого можно сделать вывод, что транзистор, шунтирующий светодиод, справился со своей задачей, увеличив сопротивление помехам, возникающих в следствие нарастания Vcm.

 

11. Коммутируем реле 1, подаем на базу транзистора 4В, для полного его открывания и получения на выходе сигнала низкого уровня. Выходное напряжение «нуля» при нагрузке 350 Ом микросхемы HCPL-2631 показано на Рисунке 83 и составляет ~400мВ

Рисунок 83.  Выходное напряжение низкого уровня HCPL-2631 под pull-up нагрузкой 350 Ом

 

12. Подключаем генератор сигнала и снимаем выходное напряжение с выхода оптрона (Рисунок 84)

Рисунок 84.  Выходной сигнал HCPL-2631 с включенным генератором и последовательным включением транзистора

Как видно из Рисунка 84 выходной сигнал низкого уровня, изначально имеющий номинал 400мВ поднялся до значения ~3В, что является недопустимым, так как выход кратковременно будет переведен в логическую «единицу».

13. Коммутируем Реле 2 и 3 и подаем на базу транзистора 0В для его полного закрытия, чтоб на выходе микросхемы образовался сигнал низкого уровня. На Рисунке 85 показан выходной сигнал низкого уровня с включенным генератором.

Рисунок 85.  Выходной сигнал HCPL-2631 с включенным генератором и шунтирующим включением транзистора

 

Как видно из Рисунка 85 выходной сигнал имеет всплеск до значения напряжения 0,6В, что соответствует низкому выходному уровню ТТЛ-логики <0,8В.

14. Снимаем питание с микросхемы и отключаем генератор сигналов

Заключение

В результате проведение исследования выяснилось, что помехи, протекающие внутри оптопары в следствие нарастания напряжения Vcm, действительно могут нарушать режим работы микросхемы. Существует несколько технических решений улучшения Common-Mode Immunity Transient, но подробно остановились лишь на одном, простейшем и дающим положительный результат. С помощью способа управления оптроном шунтирующим транзистором удалось избежать самопроизвольных изменений выходного напряжения из установившегося в неопределенное, так называемые «выбросы» удалось сократить приблизительно в 2 раза.

Заключение

В рамках проведения исследовательской части ВКРБ была получена математическая модель привода, синтезированы корректирующие устройства, придавшие системы те качества, которые требовались по техническому заданию.

В конструкторской части был разработан усилитель мощности для двигателя постоянного тока независимого возбуждения по схеме полного моста, а также схема управления электромагнитной муфтой, которая входит в состав ДПТ. Также реализована система автоматического ввода привода в режим динамического торможения с последующей фиксацией электромагнитной муфтой посредством срабатывания концевых выключателей крайнего положения. Функционал и все параметры отвечают требованиям технического задания

Научно-исследовательская часть ВКРБ описывает проблемы самопроизвольного переключения оптронов, а также возможные пути решения. Также было проведено практическое исследование на собранной оснастке, которое целесообразность включения шунтирующего транзистора во входную цепь оптрона для его управления.