ДИПЛОМ_1 / 1.3
.docx1.3 Розробка структурної, електричної принципової схеми опис роботи
Структурна схема приладу зображена на ЧЕРТЕЖ2.
Опис структурної схеми. Блок високочастотного генератору генерує задану частоту, потім в наступному блоці інвертується напруга, тобто випрямляється та примножується. Далі за допомогою низькочастотного генератору створюються більш низькі частоти і на при кінці за допомогою мостового низькочастотного інвертора-комутатора мі отримуємо потрібну нам напругу для живлення пристроїв.
Перетворювач який розробляється в дипломному проекті складається з чотирьох блоків: високочастотного генератора, схема якого показана на рисунку 3.1, високочастотного інвертора з випрямлячем - помножувачем напруги, схема показана на рисунку 3.2, низькочастотного генератора, схема показана на рисунку 3.3, і мостового низькочастотного інвертора-комутатора , рисунок 3.4.
Блок високочастотного генератора (дивитися рисунок 3.1) містить вузол контролю вхідної напруги на транзисторі VT1 і реле K1, стабілізатор внутрішньої напруги живлення 9 В на мікросхемі DA1, генератор імпульсів з частотою 27 кГц на логічних елементах DD1.1 і DD1.2, вузли затримки фронтів імпульсів на елементах DD1.2, DD1.3, DD2.3, DD2.4 з вихідними еміттерними повторювачами на транзисторах VT2-VT5, вузол контролю амплітуди вихідної напруги на елементах DD2.1, DD2.2.
Рисунок 3.1 - Схема високочастотного генератора
Рисунок 3.2 - Схема високочастотного інвертора з випрямлячем -помножувачем напруги
Блок високочастотного інвертора (дивитися рисунок 3.2) містить двотактний каскад на потужних польових транзисторах VT6-VT9 і трансформаторі Т1, а також випрямляч з помножувачем напруги в чотири рази на діодах VD6-VD9 і конденсаторах С7-С10. Цей блок виробляє постійну стабілізовану напругу 300 - 310 В. Якщо відомо, що в навантаженні змінну напругу живлення випрямляється і згладжується, то таке навантаження можна підключити до цього блоку через запобіжник з номінальним струмом 5 А. У цьому випадку інші блоки не потрібні.
Рисунок 3.3 - Схема низькочастотного генератора
Блок низькочастотного генератора (дивитися рисунок 3.3) містить стабілізатор внутрішньої напруги живлення 9 В на мікросхемі DA2, генератор імпульсів з частотою 50 Гц на логічних елементах DD3.1 і DD3.2 струмообмежуючі резистори R18 і R19, вузли затримки фронтів імпульсів на елементах VD12 , R20, C14 і VD13, R21, C15, формувачі керуючих імпульсів на елементах DD3.3, DD3.4, DD4.3, DD4.4 з вихідними еміттерними повторювачами на транзисторах VT11-VT14, обмежувач струму навантаження на транзисторі VT10 і елементах DD4 .1, DD4.2.
Рисунок 3.4 - Схема мостового низькочастотного інвертора-комутатора
Мостовий низькочастотний інвертор-комутатор (дивитися рисунок 3.4) містить міст на потужних ключових польових транзисторах VT17 - VT20 і датчик струму - резистор R33. На затвори нижніх за схемою транзисторів VT18 і VT20 керуючі імпульси подаються безпосередньо, а на затвори верхніх за схемою VT17 і VT19 - через інвертори верхнього плеча. Один інвертор зібраний на елементах VT15, VT16, R30, R31, С16, VD14, VD15, другий - на VT21, VT22, R36, R36, С17, VD16, VD17. До однієї діагоналі моста підведена постійна напруга 310 В, до іншої підключена через запобіжник FU1.
Перетворювач працює так . Якщо напруга живлячої акумуляторної батареї більше 10,5В , транзистор VT1 відкривається , реле К1 спрацьовує і через його контакти К1.1 подається напруга живлення на стабілізатори напруги на мікросхемах DA1 і DA2 . При зменшенні напруги акумуляторної батареї нижче 10,5В транзистор VT1 закривається , контакти К1.1 розмикаються і відключають живлення генераторів , в результаті чого всі комутуючі транзистори VT6 - VT9 виявляються закритими , перетворювач вимикається . Напруга включення регулюють підстроєним резистором R3. Через те , що напруга включення електромагнітного реле К1 більше напруги виключення, характеристика вузла на транзисторі VT1 має невеликий гістерезис , достатній для практичного застосування.
Частота коливань генератора на елементах DD1.1 і DD1.2 залежить від опору резисторів R1 , R2 і ємності конденсаторів С1. З протифазних виходів генератора імпульси подаються на вузли затримки фронтів імпульсів. При цьому їх спади передаються практично без затримки. Час затримки фронтів імпульсів визначається постійними часу ланцюгів R4C2 і R5C3 , які повинні бути однакові .
Характеристики формувачів мають гістерезис , величина якого залежить від ставлення опорів резисторів ланцюгів тривалого зворотного зв'язку ( ТЗЗ ) R6 і R8, R7 і R9. З виходів формувачів керуючі імпульси через еміттерні повторювачі на транзисторах VT2 - VT5 подаються на затвори ключових транзисторів VT6 - VT9.
Випрямляч на діодах VD6 - VD9 і конденсаторах С7 - С10 виконаний з множенням напруги в чотири рази з наступної причини. Бажано первинну і вторинну обмотку трансформатора намотати на один шар , що б зменшити індуктивність розсіювання. Застосування помножувача напруги дозволяє в чотири рази зменшити число витків у вторинній обмотці і зробити її одношаровою.
Напруга з виходу випрямляча подається на дільник R10R11 . Пропорційна йому напругу з движка підлаштованного резистора R11 надходить на вхід вузла на елементах DD2.1 і DD2.2 з ланцюгом ТЗЗ на резисторах R12 і R13 , що створює характеристику перемикання з гістерезисом . Після включення живлення вихідна напруга зростає. Коли вона досягає верхнього порогу перемикання (310 В), на виході елемента DD2.1 , з'єднаному з виводами 9 мікросхем DD1 і DD2 , встановлюється низький рівень , який забороняє проходження імпульсів на еміттерні повторювачі , в результаті чого всі ключові транзистори закриваються. Після цього вихідна напруга випрямляча стискається через розрядки конденсатора С9 і С10. Коли напруга значаться до нижнього порогу перемикання (300 В), на виході елемента DD2.1 встановлюється високий рівень , який знову дозволяє проходження імпульсів на еміттерний повторювач, в результаті чого вхідна напруга випрямляча буде зростати до верхнього порогу. Переміщенням движка підлаштованного резистора R11 можна регулювати вихідну напругу випрямляча, а підбором резистора R13 - різниця порогів перемикання. Підвищення опору резистора R13 зменшує її , а зменшення – збільшує.
Вузли низькочастотного генератора (дивитися рисунок 3.6) аналогічні вузлам високочастотного, але ємність часозадаючих конденсаторів низькочастотного генератора більше , тому в нього додані резистори R18 і R19, які обмежують розрядний струм конденсаторів С14 і С15, захищаючи виходи мікросхеми DD3 (виводь 3 і 4) від перезавантаження.
На транзисторі VT10, елементах DD4.1, DD4.2 і резисторах R25, R26, R29 зібраний вузол захисту перетворювача від перевантажень. Коли струм навантаження перетворювача допустимі норми значення, напруга на резисторі R33 - датчику струму - збільшуватися до 0,7 В. При цьому транзистор VT10 відкривається, на виході елемента DD4.2 встановлюється низький рівень, який надходить на виводи 9 мікросхем DD3, DD4 в результаті чого забороняється проходження імпульсів на еміттерний повторювач і на транзистори VT11 - VT14. Усі ключові транзистори моста VT17 - VT20 закриваються.
Для деяких користувачів потрібна синусоїдальна форма змінної напруги живлення. У цьому випадку вузол низькочастотного генератора замінюють іншим, схема якого показана на рисунку 3.5.
Рисунок 3.5 - Схема вузлу синусоїдального низькочастотного генератора
У цьому блоці застосований генератор синусоїдального напруги частотою 50 Гц на ОУ DA4.1, фазоінвертор на ОУ DA4.2, два інтегруючі ланцюги R44C25 і R49C30, два еміттерних повторювача VT23VT24, VT25VT26 і два суматора на резисторах R50R52R54 і R51R55R57.
Тривала напівхвиля синусоїдальної напруги з виходу ОУ DA4.1 через діоди VD21 надходить на суматорі R51R55R57. Позитивна напівхвиля фазоінвертора DA4.2 через діод VD20 подається на суматор R50R52R54. З виходів суматорів напруга через резистори R53 і R56 подається на вхід формувачів імпульсів DD5.1, DD5.2, DD6.1, DD6.2. На виходи інтегруючих ланцюгів подаються прямокутні імпульси, і на конденсаторах С25 і С30 утворюються пилкоподібні імпульси, які через конденсатори С26 і С31 подаються на входи двох формувачів імпульсів. Епюри напруг показані на рисунку 3.6, показують, як підсумовується імпульси на входах формувачів протягом одного періоду частоти 50 Гц.
Рисунок 3.6 - Епюри напруг
Щоб наглядно показати форму імпульсів, період високочастотного заповнення (27кГц) розтягнуті. На рис.3.9а - напруга на виводі 8 мікросхем DD5. На рис.3.9б - на виводі 8 мікросхеми DD6. У результаті на виходах формувачів утворюються послідовності імпульсів з синусоїдальної ШИМ-частотою 50 Гц на рис.3.9в - на виході DD5.2, а на рис.3.9г на виході DD6.2. На виході перетворювача «220 В» утворюється двохполярний Шим-сигнал розмахом 620 В, форма якого показана на рис.3.9д.