Машиностроение Спроектировать устройство, управляющее полупроводниковыми…

Машиностроение

Спроектировать устройство, управляющее полупроводниковыми клю-чами и содержащее в своем составе цифровой автомат. Необходимо разработать цифровой автомат, выбрать тип электронного ключа и рассчитать его в зависимости от параметров коммутируемого сигнала, а также обеспечить гальваническую развязку между ключом и управляющими цепями. Если задание подразумевает наличие входных сигналов, то следует обеспечить их ввод в цифровой автомат с помощью соответствующих элементов с гальванической развязкой от цепей автомата.
Тип используемых в автомате триггеров, алгоритм коммутации и параметры коммутируемых сигналов приведены в задании на ККР в соответствии с заданным вариантом. Необходимо выбрать вариант в соответствии с порядковым номером студента в списке группы.
Пояснительная записка должна содержать полное описание процесса разработки устройства, включая:
— таблицы выходов и таблицы внутренних состояний, граф-схему функционирования автомата;
— карты Карно;
— мотивированный выбор элементной базы, расчет параметров элемен-тов схемы;
— временные диаграммы работы разработанного устройства;
— принципиальную схему разработанного устройства;
Для проверки представляется расчетно-пояснительная записка, черте-жи схемы электрической принципиальной, печатной платы и сборочного чертежа разработанного устройства, перечень элементов и спецификация. Вся документация оформляется в соответствии с требованиями ЕСКД.
Разрабатываемое устройство должно представлять собой законченный модуль управления силовой нагрузкой. В общем виде его структура может выглядеть следующим образом (рисунок 2.1.).
Рисунок 2.1. — Обобщенная структурная схема цифрового управляющего устройства
1 – входной модуль гальванической развязки,
2 – цифровой автомат,
3.1…3.n – выходные модули гальванической развязки,
4.1…4.n – выходные коммутационные узлы.
На этой структурной схеме блок 1 обеспечивает гальваническую раз-вязку входных цепей системы управления и источника входных сигналов, блоком 2 представлен собственно цифровой автомат, вырабатывающий сиг-налы управления, поступающие на узлы гальванической развязки 3.1-3.n, количество n которых определяется техническим заданием. Управляемые цифровым автоматом узлы коммутации выходных сигналов представлены блоками 4.1.-4.n. Их количество также определяется техническим заданием.
Проектирование рекомендуется начинать с анализа технического зада-ния. Анализ таблиц 6.3 – 6.12 покажет, какое количество выходных каналов должно содержать устройство. Это количество совпадает с количеством выходных переменных Y. Из этих таблиц также видно, будет ли разрабатываемое устройство содержать входные цепи, в каком количестве, или же таких цепей вовсе не будет. Для определения количества используемых триггеров из таблиц 6.3 – 6.12 надо выделить повторяющиеся значения выходных переменных. Это позволит оптимизировать структуру автомата уже до начала непосредственно процедуры синтеза.
Тип ключевого элемента, используемого для коммутации, определяется величинами коммутируемого тока и напряжения, а также родом тока по таблице 6.1. Особое внимание на этом этапе требуется уделить роду тока и в случае переменного тока использовать, например, встречно-параллельное соединение силовых приборов.
При разработке цифрового автомата требуется обосновать выбор схемотехники цифровых логических элементов – ТТЛ, ТТЛШ, КМОП и т.д. Тип триггеров, на базе которых строится цифровой автомат, задан в таблице 3.13.
Поскольку цифровой автомат является тактируемым устройством, то в его состав должен входить тактовый генератор. В таблице 6.2. задана дли-тельность квазистационарного состояния автомата, которая определяет дли-тельность неизменного состояния выходных силовых приборов (рисунок 2.2.).
Рисунок 2.2. — Временные диаграммы состояния выходных силовых приборов и тактовых импульсов цифрового автомата.
На рисунке 2.2. показан пример состояния выходного силового прибора UY для последовательных состояний переменной Y={1,0,0,1}, соответствующей этому прибору с длительностью квазистационарного состояния tY, а также периодическая последовательность тактовых импульсов UC с периодом следования ТС.
Длительность квазистационарного состояния автомата tY, как показано на рисунке равняется периоду следования тактовых импульсов тактового генератора ТС.
После того, как будет выбрана схемотехника цифровых микросхем, можно приступать к разработке собственно цифрового автомата в соответствии с разделом 2.
При построении цепей гальванической развязки необходимо учесть, что питание цепей до и после развязки должно обеспечиваться от разных источников напряжения – один источник для питания цифрового автомата и другой для обеспечения работы силовых коммутационных элементов. Между цепями при гальванической развязке не должно быть никаких электрических соединений, в том числе и общие точки у них должны быть разными. Различные типы гальванической развязки позволяют передавать из одной цепи в другую разное количество энергии, соответственно это также необходимо принимать во внимание при выборе типа гальванической развязки и построении цепей согласования уровней сигналов, управляющих силовыми приборами.