Разработка принципиальной электрической схемы цифрового датчика угла поворота и расчет её элементов

3. Разработка принципиальной электрической схемы цифрового датчика угла поворота и расчет её элементов.

Расчёт блока питания  ±15 В.

Произведём выбор трансформатора, исходя из расчёта мощности всех микросхем с напряжением питания ±15 В.

P_d=Р_ЦАП+ Р_ДОП

 Где  Р_АЦП – мощность ЦАП

                   Р_ДОП – дополнительная мощность, потребляемая другими элементами.

Р_ЦАП=U_cc1∙I_cc2=15∙5∙10^-3=0.075 Вт

Р_ДОП=0.5∙Р_ЦА =0.5∙0.075=0.0375 Вт

P_d=Р_АЦП+Р_ДОП=0.075+0.0375=0.1125 Вт

I_d=P_d/U_п=0.1125/15=0.0075 А

Произведём расчёт напряжений, токов и ёмкости для выбора выбора составляющих блока питания.

        Действующее значение входного напряжения выпрямителя:

,

                                   где U=18,5В-напряжение, подаваемое на стабилизатор

                                            K_П=0,01-коэффициент пульсации,

                                            m=2-число фаз

                    Максимальное обратное напряжение диода:

        Среднее значение тока диода:

I_ПР.ср._МАКС>=1.1Id>=8.25 мА,

                                      где I_d=7,5мА-ток нагрузки

        Импульсный ток диода:

,

                             где t_зар-время зарядки конденсатора,

                                    t_разр- время разрядки конденсатора

                    Действующее значение тока вторичной обмотки:

              ,

где Т_с-период зарядки конденсатора

         Ёмкость сглаживающего конденсатора:

,

                                    где U_d-напряжение нагрузки

Выбираем трансформатор TP1 типа ТПП 209 [7].

Его параметры:

Мощность                                                      1.65 В∙А

Напряжение первичной обмотки                 220 В

Ток  первичной обмотки                               0.017 А

Напряжение вторичной обмотки                 20 В  (15-16)

Ток вторичной обмотки                                0.024 А

Для выпрямления переменного напряжения используем диодный мост.

Диоды выбираем по прямому току и обратному напряжению

I_пр=8.25 мА

U_обр.=20.085 В

Выбираем диоды КД 906 В ,параметры которых:

Таблица 6.

Серия диода	Uобр.макс,В	Uобр.и.макс,В	Iпр.ср.макс,мА	Iпр.к.,мА
КД 906 В	30	75	100	314

В качестве фильтров используем конденсаторы  К50-3А С1=С2=C3=C4=142мкФ, U_ном=50В.

Для стабилизации выпрямленного напряжения используем микросхему КР 142 ЕН8В и КР1179 ЕН15А [1].

Таблица 7.

Серия микросхемы	Uвых,В	Uвх.макс,В	Iвых.макс,мА
КР 142 ЕН8В	15	35	1.5

Таблица 8.

Серия микросхемы	Uвых, В	Макс. Iст,  А	Iпотр, мА
КР1170ЕН15	15	0,1	1,5

 

Рис.3.1 Блок питания ±15В

Расчёт блока питания +5 В.

Произведём выбор трансформатора, исходя из расчёта мощности всех микросхем с напряжением питания +5 В.

P_d=Р_ЦАП+Р_ЛЭ+Р_ПК+Р_ДШ+Р_ДОП,

Где  Р_ЦАП – мощность ЦАП.

                   Р _ЛЭ – мощность логических элементов и др. цифровых                                                             микросхем.

                   Р_ПК – мощность преобразователя кода.

                   Р_ДШ – мощность дешифраторов.

                   Р_ДОП – дополнительная мощность, потребляемая другими элеменрами.

Р_ЦАП=U_cc1∙I_cc1=5∙3∙10^-3=0.015 Вт

Р_ЛЭ= 6∙U_п∙I_пот⁰+2∙U_п∙I_пот⁰=6∙5∙33∙10^-3+2∙5∙38∙10^-3=1.37 Вт

Р_ПК=6∙U_п∙I_пот=6∙5∙104∙10^-3=3.12 Вт

Р_ДШ=3∙U_п∙I_пот=3∙5∙50∙10^-3=0.75 Вт

Р_ДОП=0.5∙( Р_ЦАП+Р_ЛЭ+Р_ПК+Р_ДШ)= 0.5∙(0.015+1.37+3.12+0.75)=2.63 Вт

P_d= 0.015+1.37+3.12+0.75+2.63 =7.88 Вт

I_d=P_d/U_п=7.88/5=1.57 А

Произведём расчёт напряжений, токов и ёмкости для выбора выбора составляющих блока питания.

        Действующее значение входного напряжения выпрямителя:

,

где U=8,5В-напряжение питания,

                                            K_П=0,15-коэффициент пульсации,

                                            m=2-число фаз

                    Максимальное обратное напряжение диода:

        Среднее значение тока диода:

I_ПР.ср._МАКС>=1.1Id>=1.73 А,

где I_d=1,57А-ток нагрузки

        Импульсный ток диода:

,

где t_зар-время зарядки конденсатора,

                                      t_разр- время разрядки конденсатора

                    Действующее значение тока вторичной обмотки:

,

где Т_с-период зарядки конденсатора

Ёмкость сглаживающего конденсатора:

,

где U_d-напряжение нагрузки

Выбираем трансформатор типа ТПП 285 .

Его параметры:

Мощность                                                      90 В∙А

Напряжение первичной обмотки                220 В

Ток  первичной обмотки                              0.53 А

Напряжение вторичной обмотки                9.95В   (15-16)

Ток вторичной обмотки                               2.98 А

Для выпрямления переменного напряжения используем диодный мост.

Диоды выбираем по прямому току и обратному напряжению                  

I_пр= 1.73 А

U_обр.= 11.175 В

Выбираем диоды КД226А,параметры которых:

Таблица 9.

Серия диода	Uобр.макс,В	Uобр.и.макс,В	Iпр.ср.макс,А	Iпр.к.,А
КД226А	100	100	1.7	5.3

В качестве фильтров используем конденсаторы К50-12 С5=С6=4315 мкФ

Uн=25 В.

Для стабилизации выпрямленного напряжения используем микросхему КР142ЕН5А

Таблица 10.

Серия микросхемы	Uвых,В	Uвх.макс,В	Iвых.макс,мА
КР142ЕН5А	5	35	1.5

Рис.3.2 Блок питания +5В.