Рисунок 3.1 – Котушка індуктивності

Якщо під час експлуатації функція контролю джерела не потрібна, можна відмовитися від батареї 1 або не вставляти батарею у відсік. Вимикач джерела живлення можна виконати виносним. Як батареї іноді використовують акумулятори, при цьому час експлуатації збільшується більш ніж в 2 рази. Навантаження підключають проводами до роз'єму SL1. Оскільки живлення полярне, то краще використовувати різноколірні дроти.

Настройка схеми. Як джерело струму можна використовувати елемент CR2032 для батарейного відсіку 1 і елемент розміру АА або LR6 для батарейного відсіку 2. Час безперервної роботи перетворювача але повністю заряджених батареях близько 2,5 год. Технологія настройки перетворювача виконується по європейських нормах.

В даній схемі пропонується поетапна перевірка перетворювача. На першому етапі перевірки необхідно уважно прослідкувати всі з'єднання з контроллером. Потім необхідно записати в МК тестову програму для перевірки правильності монтажу. Далі включити живлення на плату без мікросхеми МК, перевірити напругу живлення на виводах 4~8 МК. При включеній платі без МК закоротить по черзі виводи 4, 5 і 4, 7 панельки МК. Повинні засвітитися по черзі зелений і червоний світлодіоди.

На другому етапі, після запису тест-програми і hex-коду вставити МК в панельку і включити перетворювач з навантаженням в 10 кОм. Повинні по черзі включатися зелений і червоний світлодіоди, а транзистор перетворювача працювати в переривистому режимі генерації з частотою 40 кГц. Після проходження тесту можна перезаписати в МК програму перетворювача, hex-код і включити пристрій з нормальним навантаженням.

На третьому етапі настройки необхідно виконати навантаження як регульовану. На різних значеннях навантаження перевіряють напругу, що стабілізується. Якщо напруга не відповідає встановленому значенню, змінюють коефіцієнт кута відкриття транзистора. Для цього вказуються значення напруги на навантаженні і відповідно дані кута ШІМ у вигляді hex-коду. Якщо зміряні значення напруги нижче заданого, необхідно змінити hex-код. Для збільшення напруги hex-код зменшують, для зменшення напруги hex-код збільшують. Перезаписують МК з новими значеннями hex-коду. Цю операцію виконують для всього діапазону зміни навантаження, після чого поправочні коефіцієнти записують в пам'ять програм МК. .

Перевірку параметрів перетворювача необхідно виконати кілька разів.

Вивід

Складаються розрахунки для перевірки параметрів перетворювача на різних частотах і при різній поведінці джерела і навантаження. У інженерних розрахунках використані відомі методики. В загальному найбільш оптимальна частота перетворювача 40 кГц при тактовій частоті МК Tiny 15 - 1,6 Мгц. Якщо використовувати МК з вищою тактовою частотою, то можна досягти частоти перетворювача 100 кГц.

4 РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

4.1 Розрахунок надійності електричної схеми

1.Дана система складається з наступних груп елементів:

1) РЕЗИСТОРИ (7шт.)

0,125Вт - лНR=0,016*10-6 год-1

2) КОНДЕНСАТОРИ (4шт.)

2 електролітичні - лНС=0,135* 10-6 год-1

2 керамічні - лНС=0,0625*10-6 год-1

3)ДІОДИ (4шт.)

лНVD=0,12*10-6 год-1

4)ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ (3шт.)

лHGND=1.09*10-6 год-1

5)КОТУШКИ (1шт.)

лНL=0,01*10-6 год-1

6)ТРАНЗИСТОРИ (1шт)

лНQ=0,25*10-6 год-1

7)МІКРОСХЕМИ (1шт.)

лНDD=0,12*10-6 год-1

8)ЗАПОБІЖНИКИ (1 шт.) лHF=14*10-6 год-1

8)КІЛЬКІСТЬ ПАЯНИХ З’ЄДНАНЬ (50) лНП=0.008*10-6 год-1

2.Визначення інтенсивності відмов кожної групи елементів.

лі(t)=лн.і*ni, де

лі(t) – інтенсивність відмов даної групи елементів ;

лн.і – номінальна інтенсивність елементів ;

ni – кількість елементів в групі.

Інтенсивність відмов резисторів:

лR=лHR*7=0.016*10-6*7=0.112*10-6

Інтенсивність відмов конденсаторів:

Електролітичні лС=лНС*2=0,135*10-6*2=0,27*10-6

Керамічні лС=лНС*2=0,0625*10-6*2=0,125*10-6

Інтенсивність відмов діодів

лVD=лHVD*4=0,12*10-6*4=0,48*10-6

Інтенсивність відмов джерела живлення

лGND=лHGND*=1.09*10-6*3=3.27*10-6

Інтенсивність відмов котушок

лL=лHL*1=0.01*10-6

Інтенсивність відмов транзисторів

лQ=лHQ*1=0.25*10-6

Інтенсивність відмов мікросхем

лDD=лHDD*1=0,12*10-6

Інтенсивність відмов запобіжників

лF=лHF*1=14*10-6

Інтенсивність відмов паяних з’єднань

лП=лНП*50=0,008*10-6*50=0,4*10-6

3.Розрахунок інтенсивності відмов

лc=?*лі=лR+л=(0,112+0,27+0,125+0,48+3.27+0,01+0,25+0,12+14+0,4)*10-6=

=19,045*10-6

4.Розраховуємо середній час безвідмовної роботи

ТС=1/лС=1/19.045*10-6=106/19.045=52507,22 (год.)

5.Розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи, якщо

P(t)=exp(-t/Tc)

t1=10000 , t2=50000 ;

t1/TC=10000/52507.22= exp (- 0.1905)= 0,96 %

t2/TC=50000/52507.22= exp (- 0.9522)= 0,81 %

З розрахунку надійності схеми перетворювача випливає, що якщо заданий час більший, то ймовірність безвідмовної роботи системи менша.

4.2 Розрахунок елементів схеми і методів стабілізації напруги

Розрахунок схеми розбитий на декілька етапів. Перший етап полягає в розрахунку мінімальної індуктивності дроселя і необхідних характеристик елементів схеми (жовтий лист). Окремо виконаний розрахунок кількості витків дроселя по заданих параметрах сердечника (блакитний лист). Другий етап - розрахунок тривалості і шпаруватості імпульсів заданої частоти (оранжевий лист) з урахуванням вибраної індуктивності дроселя. Третій етап - розрахунок методу авторегулювання і стійкості перетворювача (рожевий лист). Результатом розрахунку є коефіцієнт посилення підсилювача негативного зворотного зв'язку.

Характеристики елементів перетворювача узяті з довідкових матеріалів.

За основу авторегулювання використано метод фіксованих крапок. Згідно теорії, заздалегідь розрахункові значення введені як фіксовані точки кута відкритого стану транзистора. У реальній схемі імітується різна поведінка навантаження і при значних відхиленнях вводяться поправочні коефіцієнти в таблиці корекції. Таблиця корекції (зелений лист) знаходиться в кінці програми і доступна для перепрограмування у будь-який момент. Таблиця стандартних значень і корекції приведена на листі 5 (зелений лист). Метод фіксованих крапок дуже часто використовується в пристроях реального часу. Для компенсації провалів або сплесків напруги на навантаженні кут регулюється по перехресній схемі. Наприклад, для компенсації провалу напруги навантаження до 4,2 В при стабілізації на рівні 5,0 В необхідно змінити кут відмикання транзистора до значення, при якому досягається 5,8 В (малюнок 4.1) .Тим самим компенсується провал в 0,8 В.

ВИСНОВОК

В даній курсовій роботі було розглянуто будову, принцип дії та розробку підвищувального перетворювача 40 кГц на базі мікроконтролера TINY 15LP.

Проведений розрахунок надійності визначає, що інтенсивність відмови всієї системи складає 19.045*10-6, середній час безвідмовної роботи t1=0.96%, t2=0.81%.

З розрахунку надійності схеми перетворювача випливає, що якщо заданий час більший, то ймовірність безвідмовної роботи системи менша.

В дипломній роботі розроблено підвищуючий перетворювач на мікроконтролері Tiny 15L,