Разработка функциональной схемы

Разработка структурной схемы управления ЭД стеклоочистителя

Структурная схема стеклоочистителя представлена на рисунке 3.

В структурной схеме реализовано ШИМ регулирование следующим образом: генератор пилообразного напряжения на выходе выдает Пилообразное напряжение представленный на рисунке 4. Компаратор сравнивает сигнал с резистора переменного сопротивления и с генератора пилообразного напряжения, и на выходе выдает импульсы заданной ширины в результате чего мы получаем некоторое среднее значение напряжения, оно будет завесить от величины переменного сопротивления.(рис. 4)

Ждущий мультивибратор в данной схеме реализует «ждущий режим», механический переключатель имеет 3 положения:

1. стеклоочиститель выключен,

2. Режим непрерывного вращения,

3. режим с ожиданием в заданный промежуток времени.

Рисунок 3. Структурная схема управления двигателем стеклоочистителя

Рисунок 3. Структурная схема стеклоочистителя ветрового стекла

Рисунок 4. Реализация ШИМ

Функциональная схема представлена на рисунке 5. Она содержит в себе следующие элементы:

1. Резистор переменного сопротивления (реостат).

2. Генератор пилообразного напряжения, изображенный на рис. 5(2), состоит из источника постоянного тока на полевом транзисторе T1, конденсатора переменной ёмкости С1 и однопереходного транзистора Т2. С помощью потенциометра R2 устанавливается значение постоянного тока стока полевого транзистора Т1, соответствующее термостабильной точке ПТ. Отрицательная обратная связь, создаваемая включенными в цепь истока резисторами R1 и R2 с большим сопротивлением, обеспечивает стабильный ток стока несмотря на наличие изменений напряжения питания. Этот ток линейно заряжает конденсатор переменной емкости С1 до напряжения запуска однопереходного транзистора Т2. Время заряда является функцией ёмкости конденсатора С1 [8].

Рисунок 5. Функциональная стеклоочистителя ветрового стекла

Изменяя ёмкость конденсатора С1, можно регулировать частоту повторения выходного сигнала генератора в диапазоне от 500 Гц до 50 кГц.

Накопительный конденсатор быстро разряжается через проводящий переключатель на транзисторе Т2. Пилообразное напряжение с конденсатора С1 подается на выход через эмиттерный повторитель на транзисторе Т3. Амплитуда выходного сигнала определяется положением движка потенциометра R4 и может регулироваться в пределах от 0 до 12 В. Во всём диапазоне частот нелинейность пилообразного напряжения в данной схеме не превышает 1%.

3. Компаратор (рис.6) выполнен по сравнительно простой схеме без входов стробирования.

На входе применен дифференциальный каскад на транзисторах T6 и T7 с генератором стабильного тока на транзисторе Т9. Термостабилизация режима транзистора T9 обеспечивается транзистором Т10 в диодном включении.

Второй каскад тоже выполнен по дифференциальной схеме на транзисторах Т4 и 7Y Благодаря балансной схеме подачи смещения поддерживается постоянным напряжение на базе транзистора Т3 при изменении положительного напряжения питания. Стабилитрон Д2 в эмиттерных цепях транзисторов Г4 и Т5 фиксирует потенциалы их баз на уровне 7В. Это значение определяет допустимый входной сигнал. Для повышения нагрузочной способности выхода по току применен эмиттерный повторитель на транзисторе 72.

Стабилитрон Д1 в эмиттерной цепи этого транзистора предназначен для сдвига уровня выходного сигнала с целью обеспечения совместительности компаратора по выходу с входами цифровых ТТЛ микросхем. Транзистор Т8 обеспечивает путь для входного вытекающего тока подключенной к компаратору ТТЛ микросхемы при логическом 0. Транзистор Т1 в диодном включении замыкает дифференциальный выход второго каскада

Рисунок 6. Компаратор

4. Для реализации «ждущего режима» используем ждущий мультивибратор (рис.6). В данном случае будем использовать одноканальный ждущий мультивибратор. Он формирует калиброванные импульсы с хорошей стабильностью длительности. Мультивибратор содержит внутреннюю ячейку памяти — триггер с двумя выходами Q и Q. Поскольку о6а выхода имеют наружные выводы, разработчик получает от микросхемы парафазный сформированный импульс. Триггер имеет три импульсных входа логического управления,(установки в исходное состояние) через элемент Шмитта. Вход В (активный перепад — положительный) дает прямой запуск триггера, вход A— инверсные (активный перепад — отрицательный).

Сигнал сброса, в триггере, формируется с помощью RC-звена: времязадающий конденсатор Сτ подключается между выводами микросхемы 10 и 11, резистор Rτ включается от вывода 11 к положительной шине питания 5 В.

На кристалле микросхемы К155АГ1 (74121)(между выводами 11 и 9) имеется внутренний интегральный резистор Rвн с номиналом примерно 2 кОм. Длительность ожидания выходного импульса можно подсчитать:

τожид = C1мR1м ln2 ≈ 0,7 C1м R1м = 0.7*1.9*3.7 = 5с. Мультивибратор нельзя перезапустить, пока не истекло время τожид.

5. Под рулевые переключатели управления стеклоочистителем в автомобиле ваз установлены на рулевой колонке с правой стороны.

0 — стеклоочиститель лобового стекла выключен;

1— стеклоочиститель лобового стекла работает непрерывно;

II — стеклоочиститель лобового стекла работает в прерывистом режиме;

6.Моторедуктор привода стеклоочистителя ВАЗ 2110(рис.6а):

Напряжение: 12 В.

Мощность: 8,5 Вт.

Количество скоростей: 2.

Потребляемый ток: 4/4,7 А.

Рисунок 6а. Моторедуктор привода стеклоочистителя

6. Составление принципиальной схемы включения двигателя стеклоочистителя ветрового стекла

По имеющейся уже функциональной схеме выберем элементы для принципиальной схеме(рис. 7).

Для данной схемы используем отечественный компаратор 521СА2:

Технические характеристики аналогового компаратора:

Аналог uA710

Время задержки распространения не более 40 нс

Работа от двух источников +12/ -6 В

ТТЛ совместимый выход

Смещение нуля не более 3 мВ

Коэффициент усиления дифференциального сигнала не менее 1700

Мощность потребления 160 мВт

Области применения

Детекторы пересечения нуля

Детекторы перенапряжений

Широтно-импульсные модуляторы

Прецизионные выпрямители

Аналого-цифровые преобразователи

Ждущий мультивибратор на микросхеме К155АГ1 представляют собой одновибратор с логическим элементом на входе.

Содержит 55 интегральных элементов.

Корпус К155АГ1 типа 201.14-1, масса не более 1 г.

Предельно допустимые режимы эксплуатации:

Напряжение питания.......... 5 В

Входное напряжение низкого уровня.......... < 0,4 В

Входное напряжение высокого уровня.......... > 2,4 В

Емкость нагрузки.......... < 15 пФ

Длительность фронта и среза входного импульса < 150 нс

Рисунок 7. Принципиальная схемы включения двигателя стеклоочистителя ветрового стекла

Температура окружающей среды:

- К155......... - 45 + 85 °С

Для включения моторедуктора используем MOSFET транзистор 40312V1:

Материал p-n-перехода: Si

Структура транзистора: npn

Предельное постоянное напряжение коллектор-база (Ucb): 60V

Предельное постоянное напряжение коллектор-эмиттер (Uce) транзистора:

Предельное постоянное напряжение эмиттер-база (Ueb): 20V

Предельный постоянный ток коллектора транзистора (Icmax): 10A

Предельная температура p-n перехода (Tj): 200В°C

Граничная частота коэффициента передачи тока (Ft) транзистора: 375KHz

Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером (Hfe), min/max: 20/40

Производитель: RCA

Корпус: TO66

Моторедуктор привода стеклоочистителя DY003B, имеет следующие характеристики:

Частота вращения вала моторедуктора при напряжении питания 14В,

моменте нагрузки 1,47 Нм (0,15 кгс-м) и температуре окружающей среды (25±10) °С, мин:

первая (малая).....................30-40

вторая (большая).................55-70

Потребляемая сила тока при указанном выше моменте нагрузки, А, не более:

на первой скорости............3,5

на второй скорости............5.

7. Заключение

В курсовой работе была разработана и составлена схема включения электродвигателя стеклоочистителей ветрового стекла для автомобиля «ВАЗ 2110». В ней реализовано 2 режима работы:

1. Непрерывный (с регулируемой скоростью вращения);

2. Прерывистый с заданным временем ожидания (5 секунд).

К преимуществам схемы можно отнести относительную дешевизну конструкции, а также бесступенчатое регулирование скорости моторедуктора.

8. Список литературы

1. Как появились «дворники». История стеклоочистителя.: «http://bwiper.ru/kak-poyavilis-dvorniki-istoriya-stekloochistitelya»

2. стеклоочиститель ветрового стекла автомобилей ВАЗ 2110: «http://car-exotic.com/vaz-cars/vaz-2110-car-electric-equipment-21.html»

3. Технические характеристики аналоговых компараторов: «http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/comparator/data/521ca2.htm»

4. Цифровая схемотехника: учеб.пособие / Ю. Е. Мишулин,

В. А. Немонтов;Владим. гос. ун-т. – Владимир: Изд-во Владим. гос.

ун-та, 2006. – 144 с.

Дата добавления: 2014-12-23