Дипломная работа: Стабилизатор тока электродиализатора
- измерение тока: от 0 до 150 А.
Схема подключения датчика приведена на рисунке 3.7.
С выхода датчика тока, напряжение поступает на вход АЦП микроконтроллера.
3.3.2 Расчет цепи управления силовыми ключами
Для управления ключами кроме формирователя сигнала управления, которым является микроконтроллер, требуется также усилитель этого сигнала. Для усиления управляющего сигнала обычно применяются интегральные микросхемы - драйверы. Существуют драйверы верхнего ключа, драйверы нижнего ключа, драйверы верхнего и нижнего ключа и полумостовые. Для управления транзисторами VT и VT было применено схемное решение, которое заключается в использовании двух не инвертирующих драйверов. Один из которых IR2127 выполняет защиту по току, а другой UCC37322 реализует открытие транзистора[13,14]. С параметрами:
- напряжение питания драйверов: 10-20 В;
- выходной ток микросхемы UCC37322: 9 А;
- входное напряжение: совместимо с 3.3 В и 5 В логикой.
Напряжение питания драйверов выберем равным 15 В. Схема подключения драйверов изображена на рисунке 3.8.
Для ограничения тока затвора транзисторов VT2 и VT9 используем резисторы, номинал которых рассчитываем по формуле:
Выбираем чип резисторы RC0805 номиналом 2.2 Ом.
Защита по току реализована на делители напряжения R2 и R3 и срабатывает при токе равном 250 мА.
3.3.3 Расчет датчика температуры
Датчик температуры выполнен как резистивный делитель напряжения, изображенный на рисунке 3.9. Один из элементов этого делителя – терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом R1. Терморезистор должен располагаться непосредственно на радиаторе для измерения его температуры вблизи транзисторов. При повышении температуры сопротивление терморезистора уменьшается, а напряжение на резисторе R2 увеличивается. Заложим температуру срабатывания защиты равной 60°С. Используем терморезистор B57045-K фирмы Epcos[15]. Его сопротивление при 25°С составляет 6.8 кОм. Максимальное напряжение на входе микроконтроллера должно составлять 2.5 В. Исходя из этого выбираем сопротивление R2 равным 2 кОм. Используем чип резистор RC0805 2 кОм.
3.4 Расчет и выбор радиатора
Тепловые процессы в преобразователе можно достаточно точно описать с помощью электрической схемы. Каждый компонент имеет тепловое сопротивление, разность температур эквивалентна разности напряжений между двумя точками, а мощность, рассеиваемую данным компонентом можно представить как ток. На рисунке 3.10 приведена электрическая схема, отражающая процесс передачи тепла в преобразователе. На схеме отображены только элементы, которые будут охлаждаться с помощью радиатора: выходные диоды VD16, VD17, транзисторы VT4, VT5. Однако корпус транзистора является одновременно стоком, поэтому между корпусом транзистора и радиатором следует разместить диэлектрическую прокладку с достаточно малым температурным сопротивлением. Для изоляции используем оксид алюминиевые прокладки. Все тепловые сопротивления, кроме сопротивления радиатора, даны в справочной информации. Требуется определить тепловое сопротивление радиатора.
RJC ( VT 4, VT 5) = 0.34 К/Вт – тепловое сопротивление кристалл-корпус каждого транзистора;
RJC ( VD 16, VD 17) = 0.7 К/Вт – тепловое сопротивление кристалл-корпус каждого диода;
RПОДЛ = 0.08 К/Вт – тепловое сопротивление подложки;
PVD 16, VD 17 = 149 Вт – мощность, рассеиваемая выходными диодами;
PVT 4, VT 5 = 76.3 Вт – мощность, рассеиваемая всеми транзисторами.
Максимальная рабочая температура кристалла составляет 150 о С, а максимальная температура окружающей среды из технического задания 40 о С. Значит в системе кристалл-корпус-радиатор разность температур равна 110 о С. Общее тепловое сопротивление этой системы определим из соотношения:
, (3.27)
где ΔTjhs = 110 o C – разность температур кристалл-среда;
Pjhs – общая мощность, рассеиваемая радиатором.
Она равна сумме мощностей, рассеиваемых всеми компонентами, расположенными на радиаторе:
. (3.28)
Определим общее тепловое сопротивление:
Это сопротивление складывается из двух составляющих: общего сопротивления полупроводниковых приборов и сопротивления радиатора. Определим общее сопротивление полупроводниковых приборов: