Модуляторы. 
Проектирование электронного устройства для управления двигателем постоянного тока (ДПТ)

С помощью микросхемы TL494 можно реализовать следующие основные функции: формирование опорного напряжения, усиление сигнала рассогласования, формирование пилообразного напряжения, широтно-импульсную модуляцию, формирование двухтактного и однотактного режима коммутации, усиление сигнала датчика тока, обеспечение ‹‹мягкого›› запуска. Контроллер TL494 может работать в двухтактном режиме, когда осуществляется управление двумя силовыми транзисторами, например, стойкой моста, и в однотактном (управление одиночным транзистором). С этой целью в контроллере предусмотрен специальный вход OTC (см. рис. 2.1). В двухтактном режиме на вход OTC нужно подать сигнал логической «1» с выхода V_REF источника опорного напряжения, а в однотактном — логический «0» (общая точка микросхемы GND).

IN1, IN2 — прямой вход усилителей ошибки У1, У2;

IN1, IN2- инверсный вход усилителей ошибки У1 и У2;

FB — вход обратной связи усилителей ошибки У1 и У2;

DTC — вход управления «мертвого» времени;

R_Т — подключение времязадающего резистора генератора;

С_Т — подключение времязадающего конденсатора генератора;

GND — общая точка микросхемы контроллера;

С₁, С₂ — коллектор выходных транзисторов VT1 и VT2;

Е₁, Е₂ — эмиттер выходных транзисторов VT1 и VT2;

OTC — выбор режима работы;

V_сс — напряжение питания микросхемы;

V_REF — выход источника опорного напряжения.

В двухтактном режиме работы логические элементы «2ИЛИ-НЕ» переводят в открытое состояние транзисторы VT1 или VT2 только тогда, когда выходные сигналы или триггера Т находятся в состоянии логического «0» (см. рис. 2.2 г-ж). При этом выходная частота управляющих импульсов (Т)^-1 равна половине частоты генератора (Т₀)^-1. В однотактном режиме на базах транзисторов VT1 и VT2 формируются одинаковые управляющие сигналы (рис. 2.2 е, ж). Выходные транзисторы VT1 и VT2 на выходе контроллера могут быть включены по схеме с общим эмиттером или эмиттерного повторителя.

Из временных диаграмм сигналов (см. рис. 2.2) видно, что уменьшение сигнала обратной связи Y_FB приводит к увеличению ширины выходных импульсов.

Компаратор регулировки «мертвого» времени KH1 имеет постоянное смещение 0,12 В (см. рис. 2.1), что ограничивает минимальное «мертвое» время t_D на уровне 4% от периода Т₀ генератора пилообразного напряжения. В результате максимальная длительность управляющего импульса t_и.max = 0,96^.T₀ для однотактного режима и 0,48^.T₀ для двухтактного. «Мертвое» время t_D позволяет устранить режим сквозного тока, возникающий в результате переходного процесса включения и выключения транзисторов стойки моста, при условии, что сигнал обратной связи Y_FB становится меньше сигнала установки «мертвого» времени Y_DTC (рис. 2.2 б, е, ж).

Предельные значения параметров модулятора приведены в таблице 2.1.

Для симметричного закона управления мощными ключами реализована схема инвертирующего суммирующего усилителя (рис. 2.3 а).

Значения R_T и C_T (входов 6 и 5 модулятора соответственно) определяются по формуле:

f₀ = 2475 Гц.

где Т — период коммутации мощных ключей. Задаваясь величиной С_Т, можно рассчитать величину резистора R_T.

Таблица 2.1.

Напряжение питания Vcc	41 В.
Входное напряжение усилителя.	(Vcc+0.3)В.
Выходное напряжение коллектора.	41 В.
Выходной ток коллектора.	250мА.
Общая мощность рассеивания в непрерывном режиме.	1Вт.
Рабочий диапазон температур окружающей среды:
— c суффиксом L.	— 25.85С.
— с суффиксом С.	0.70С.

Задаваясь емкостью по ГОСТ Cт = 0.82 мкФ, рассчитаем величину сопротивления резистора R_T.

R_T =,.

R_T = R_T = 542 Ом.

По ГОСТ выберем резистор МЛТ номиналом R=560 Ом, и P_Rt = 0.125 Вт;

Входы IN2 и подключены к земле (или на можно подать напряжение +5 В от клеммы 14 через резистор с сопротивлением 1−5 кОм), за счет источника 80мВ усилитель (компаратор) У2 будет выключен из работы контроллера. На вход DTC (клемма 4) не подается сигнал, и этим исключается из работы контроллера компаратор КН1, а так как вход ОТС подключен к земле, то используется однотактный режим работы контроллера и выходные транзисторы VT1 и VT2 будут включены в параллельную работу.

На базе внутреннего усилителя (компаратора) с помощью внешних дополнительных резисторов ® реализована схема на базе дифференциального (разностного) усилителя, Сигнал от делителя (1,5 В) помогает получить на выходе суммарный сигнал в пределах (+0,2…+2,7) при изменении U_y от 0 до 1.35 В, что обеспечит его ШИМ-преобразование. В этой схеме источник +5 В формируется в ШИМ-контроллере (вывод 14).

Резисторы R можно принять без расчета порядка 2−10 кОм (Подберем резисторы МЛТ по ГОСТ номиналом R=10 КОм. и P_R = 125 мВт).

На резисторах R₁ и R₂ реализуется схема делителя. При их расчете следует учитывать то обстоятельство, что при симметричном законе управления мощным каскадом при U_y=0 необходимо иметь ширину импульса равную 0,5 Т (50% от периода Т). Тогда используя следующее соотношение (с учетом технических данных TL494):

• 4% (соответствует)—120 мВ;
• 50% (соответствует)—x.

Откуда (В) и делитель R₁ и R₂ должен понизить напряжение с -5 В до 1,5 В (R₁ и R₂ должны быть на порядок меньше значения R). При расчете усилителя от задатчика необходимо получить (В) (так как t_{u max}=0,9T, или 90% от периода Т, деленное на 2). Стабилитроны VD1 и VD2 должны гарантировать величину в этом пределе (часто устанавливается на выходе усилителя, формирующего U_y).

Выбирая резистор по ГОСТ R₁ = 1 КОм, рассчитаем (исходя из выходного напряжения делителя) величину сопротивления резистора R₂ исходя из соотношения для делителя напряжения:

Найдем величину сопротивления резистора R₂

R₂ =, R₂ = = 428 Ом.

Рассчитаем тепловые характеристики полученного и принятого резисторов.

I_R2 =, I_R2 = = 3.5 мА.

P_R2 = мВт,.

P_R1 = мВт.

Окончательно примем резистор МЛТ R₁ по ГОСТ номиналом R₁ = 1 КОм и.

P_R1 = 0.125 Вт, а R₂ по ГОСТ номиналом R₂= 430 Ом и P_R2 = 0.125 Вт.

Сигналы U_у 1 и U_у 2 с выходных транзисторов контроллера VT1 и VT2 всегда будут в противофазе (VT1 включен по схеме с общим эмиттером, VT2 — по схеме эмиттерного повторителя). Такая схема включения транзисторов не требует использования специальной схемы «НЕ». Минимальные величины R₆ и R₇ рассчитывают исходя из технических данных контроллера:

P_R6=P_R7 = =.

Примем по ГОСТ резисторы R₆, R₇ МЛТ номиналами равными.

R₆ = R₇=100 КОм с мощностями P_R6=P_R7 =0,125 Вт.