Cхема компьютерного управления нагрузкой (P<101 ватт) постоянного тока

Адрес документа:

http://shabronov_s2.dyn-dns.ru/temp/singular_v3_post100v/singular_v3_post100v.doc инд: 2-105-1

Вступление:

• В данном документе приводиться описание схемы управления нагрузкой от источника постоянного тока с исходным напряжением 9..35вольт. Управляющий элемент – компьютер с СОМ-портом(rs-232/485). Исполнительный элемент (нагрузка): 1-двигатель постоянного тока; 2-светодиодные ленты; 3-трансформатор; Варианты нагрузок – все то, что требует управления и использует постоянное напряжение питания. Рабочий ток и напряжение определяется элементом выходной коммутации – транзистором структуры IBGT и MOSFET , отечественный КП707а или зарубежный аналог IRF630. В приведенной схеме мощность нагрузки при коммутации не менее 100 ватт.
• Задача предлагаемой схемы – снижение «цены вопроса» в системах управления. Cхема предназначена для повторения всем желающими. Автор в данной работе «скомпилировал» свой небольшой опыт известных схем для задач управления.
• Включить «страницу сосредоточения-отвлечения внимания» S1.

Принципиальная схема коммутации силового транзистора структуры IBGT MOSFEТ от компьютера

Назначение элементов и режимы:

• Оптопара 4N35 – элемент, разделяющий слаботочные управляющие сигналы. Выходной транзистор работает в режиме ключа. Состояние ключа закрытое – сопротивление более 500ком, открытое – менее 200ом.
• Первое состояние: оптопара 4N35 имеет выходное сопротивление более 500ком. Следовательно, через R5 транзистор VT2 получает на базу положительное напряжение. Ток определяется величиной R5 и открывает транзистор. Верхнее плечо, транзистор VT1 имеет структуру p-n-p и при большом сопротивлении выхода 4N35, закрыт через положительное смещение от резистора R4. Диод VD2 препятствует прохождению положительного напряжения через индикаторный светодиод LED.
• В первом состоянии нижний транзистор VT2 открыт, а верхний транзистор VT1 – закрыт. Выходной транзистор VT3 получает минусовое напряжение через цепь: резистор R6 и переход эмиттер- коллектор VT2. Режим выходного транзистора VT3 – закрыт.
• Второе состояние: оптопара 4N35 имеет маленькое выходное сопротивление менее 200ом. Следовательно, через диод VD2 транзистор VT2 получает минусовое напряжение и закрывается. Верхнее плечо, транзистор VT1, при получении минусового напряжения открывается. Ток открытия определяется резистором R3. Светодиод LED выполняет при этом и функцию индикации работы ключа.
• Во втором состоянии нижний транзистор VT2 закрыт, а верхний транзистор VT1 – открыт. Выходной транзистор VT3 получает положительное напряжение через цепь: резистор R6 и переход эмиттер-коллектор VT1. Режим выходного транзистора – открытый.
• Схема ключей получает питание от интегрального стабилизатора типа 78L12. Рабочий ток в режиме закрытия транзистора менее 1-го миллиампера. В режиме открытия транзистора VT3 ток определяется типом транзистора и имеет величину в 20..40 миллиампер.
• Внимание! Необходимо учитывать возможности стабилизаторов по напряжению и не превышать установленные 30вольт для данного типа. Современные транзисторы типа IRF630 и им подобные, могут работать при значительно, больших напряжениях, а приведена схема с общими цепями положительного напряжения питания.

Элементная база и варианты замены компонентов

• Вид используемой элементной базы представлен ниже на рисунке.

• Возможна замена всех элементов на аналоги, по своим характеристикам. Автор предлагает в схеме использовать наиболее доступные, проверенные и самые надежные исходные элементы, на настоящее время.
• Задача предлагаемой схемы - отказаться от дорогих «драйверов» непонятного и зарубежного производства. Схема из составных элементов ремонтируется заменой состава. Если нет установленного, то всегда можно найти аналог. Он ведь исходный. Меньше транзистора, пока что ничего не придумали. Транзистор – винтик электроники.
• Количество «драйверов» для управления силовым транзистором растет и растет. «Черные ящики» размножаются. Если стереть надпись с такого «драйвера», то дальше с ним неизвестно что делать.
• Пример1. Оптопару 4N35 можно заменить на АОТ128, но на рынке деталей их почти нет.
• Пример2. Стабилизатор 78L12 меняется на 142ЕН8Б. А можно стабилизатор сделать на отдельных элементах на транзисторе кт315б. Ниже схема эквивалентной замены.

• Замена транзисторов КТ315 и КТ361. Эти транзисторы выпускались миллионами, и все что лучше их, можно использовать. Важно, что бы заменяемый транзистор имел такие же возможности по максимальному току коллектора и коэффициенту усиления по току. Наверное, можно заменить все.
• Авторское шуточное отвлечение по замене. Жену замените на подругу жены. Подругу жены на любимое занятие и т.д. Главное не перепутать последовательность. Несколько анекдотов про замену:

o По этическим соображениям диагноз "умер" пациенту заменили на "в дальнейшем лечении не нуждается".

o Цинизм работников московского метрополитена поражает. Вместо того чтобы заменить тяжёлые неповоротливые двери на входах, они разместили на этих дверях издевательскую рекламу со слоганом: «Кто-то мало каши ел?»

o Самолет выруливает на взлетную полосу, запускает двигатели, глушит двигатели. Проходит время, наконец он опять запускает двигатели и взлетает. Пассажир спрашивает бортпроводницу: "Что случилось?" - Пилот услышал посторонние шумы в двигателе. – И что? – Потребовалось время для замены пилота.

Подключение схемы к СОМ-порту компьютера и чем после управлять

• 1-ый вариант подключения показан ниже на рисунке. Используется вывод 4 и 5 стандартного разъема rs-232 последовательного порта. Это режим статического управления. Т.е. дается команда и на выводе 4 формируется сигнал +12вольт относительно вывода 5. Выходной ключ открывается и включает нагрузку. Например, светодиодную ленту.
• 2-ой вариант подключения. Использовать вывод 3 и 5 разъема rs-232. Это режим динамического управления. Формируя различные коды передачи, добиваемся различных световых или механических эффектов. Авторская тема сингулярного управления.
• 3-ий вариант подключения – использование выхода стандартного последовательного порта rs-485. Выводы D+ и D- подключаются к гнездам 1 и 2.
• Внимание! А если на компьютере или ноутбуке нет СОМ-порта! Что делать? Тогда на компьютер надо устанавливать usb-rs-232/485 преобразователь. В настоящее время, они достаточно распространены и доступны.  Несколько ссылок: ссылка1, ссылка2,  ссылка3 (автор тут купил за 240руб).
• Кроме того, можно используя lan-rs-232/425 подключать управление по локальной сети. Хотя компьютер, где-то все равно надо включить.

• Другие варианты управления от чего-либо, определяются схемой оптрона. Потребляемый ток для включения не менее 5 миллиампер при напряжении на элементе 1.1—1.7вольта.
• Автор подготовил на стадии ОКР(опытно-конструкторских работ) печатные платы и выполнил монтаж для заказной задачи управления. Ниже на фото собранная печатная плата на 8 каналов и рядом плата «сингулятора» и вид без монтажа. Имеется еще небольшое количество (>10 ). Желающим, автор предоставит платы «самовывозом».

• А есть ли аналоги? А как им не быть? Примеры:
• https://silines.ru/rodos-4
• http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=55714
• http://elwo.ru/publ/skhemy_dlja_kompjuterov/upravlenie_nagruzkoj_cherez_usb/12-1-0-602

И цена.

Выводы

• Предложена схема управления транзисторами транзистором структуры IBGT и MOSFET на основе дискретных элементов;
• Схема предназначена для замены схемы управления  системы компьютерного управления двумя моторами  автомата  подачи теннисных шариков см. http://90.189.213.191:4422/temp/tenis_bam_v2/
• На фото вариант двигателей макета.
• Программное обеспечение управления данной схемой выходит за рамки данной работы и имеется для некоторых задач на сайте автора http://www.shabronov.narod.ru/

28-11-2016  г. Новосибирск

Автор    Шабронов Андрей Анатольевич тс. +7  913-905-8839 shabronov@ngs.ru     Успехов и здоровья!