4 Расчет схемы электрической принципиальной

4.1 Выбор драйвера управления mosfet транзисторами

В последнее время очень популярны микросхемы управления силовыми ключами фирмы International Rectifier. Они отличаются высоким быстродействием, относительно низкой стоимость по сравнению с другими аналогами и доступностью.

В данной работе мы используем драйвер IR2101 со следующими характеристиками:

максимальное рабочее напряжение U=20 В;

напряжение питания U_пит=10…20 В;

минимальное выходное напряжение U_min=0.3 В;

максимальное выходное напряжение U_max=16 В;

максимальный выходной ток I=2,5 мА;

время задержки td_on/off = 160/150 нс.

Драйвер совместим со схемами, работающими под напряжением +3,3 В, +5В.

Сопротивление резистора в цепи затвора рассчитывается по формуле 1.

(1)

Принимаем стандартное значение R7…R21: 1 кОм.

Выбираем конденсаторы 0,1 мкФ при t =10 мс

4.2 Расчет силовых ключей

В соответствии с техническим заданием силовой ключ должен состоять из MOSFET транзисторов. Номинальный ток двигателя постоянного тока I_ном=10 А. При пуске ток двигателя будет значительно выше, рассчитаем его по формуле: , следует что . Номинальный ток шагового двигателя I_ном=2 А. При пуске ток двигателя будет значительно выше. Рассчитаем его по формуле . Выбираем транзистор с запасом по току и напряжению.

Марка транзистора IRF1010 корпус ТО-220.

Достоинства транзистора марки IRF1010:

- высокие динамические характеристики;

- низкое сопротивление во включенном состоянии;

- низкая мощность управления;

- высокое коммутируемое напряжение.

Необходимые характеристики транзистора:

- максимальное напряжение U_DSS=60 В;

- максимальный ток I_D=50 А;

- рассеиваемая мощность Pw=200 Вт;

- время включения t_on=10 мс;

5. Разработка печатной платы

Разработка конструкции устройства осуществляется на основе разработанной принципиальной электрической схемы с учетом требований к ремонтопригодности, требований технической эстетики, с учетом условий эксплуатации и других требований [6].

При конструировании печатной платы необходимо учитывать следующее.

Если нет каких-либо ограничений, печатная плата (ПП) должна быть квадратной или прямоугольной. Максимальный размер любой из сторон не должен превышать 520 мм, а соотношение линейных сторон ПП – не более 3:1. Толщина ПП должна соответствовать одному из чисел ряда: 0.8; 1.0; 1.5; 2.0 в зависимости от площади ПП.

Разработку платы следует вести, ориентируясь на конкретный промышленный процесс ее изготовления.

Центры отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки. Каждое монтажное и переходное отверстие должно быть охвачено контактной площадкой.

Диаметр крепежных отверстий 4,5 мм. Диаметр монтажных отверстий, диаметры выводов микросхем колеблются в пределах 0,5…1,3 мм, а диаметры выводов резисторов и конденсаторов, диодов, колеблются в пределах от 0,6 до 0,8 мм, поэтому на плате разработаны 2 вида отверстий диаметром 0,5 мм и 0,8 мм соответственно. Шаг координатной сетки составляет 1,27 мм.

Паять элементы припоем ПОС-61. Материал платы стеклотекстолит фольгированный СТЭФ 2-1,5-50 по ГОСТ 10316-86.