Преобразователь напряжения для радиоуправляемой модели. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиоуправление

 Комментарии к статье

Бортовые источники питания радиоуправляемых моделей имеют, как правило, номинальное напряжение 4,5...12 В. Высококачественные электродвигатели на такое напряжение бывают в продаже довольно редко и по немалой цене. В то же время ассортимент доступных электродвигателей на напряжение 24...27 В достаточно широк, но для них необходим преобразователь напряжения, подобный предлагаемому автором статьи.

Существенное преимущество использования электродвигателей на повышенное напряжение - уменьшенный потребляемый ток, что облегчает требования к транзисторам выходных каскадов сервоприводов рулевых машинок и регуляторов хода. Повышается КПД узлов управления двигателей, что экономит ограниченные энергетические ресурсы, имеющиеся на борту модели.

Разработанный преобразователь напряжения позволяет применять электродвигатели с номинальным напряжение 24...27 В совместно с аппаратурой радиоуправления [1]. Для рулевых машинок моделей неплохо подходят, например, двигатели серии ДПР с полым ротором, имеющие малую инерционность при трогании с места и реверсировании. Сервоусилители регулятора хода и рулевой машинки должны быть построены в соответствии с рекомендациями, приведенными в [2]. Как автономное устройство, данный преобразователь напряжения можно использовать и в других целях.

Схема устройства изображена на рис. 1. Это - так называемый обратноходовый инвертор с широтно-импульсной стабилизацией выходного напряжения, отличающийся высоким КПД. При входном напряжении 4,5...9 В стабилизированное выходное напряжение может быть установлено любым в пределах 18...27 В, изменяясь не более чем на 0,1 В при увеличении тока нагрузки от 1 до 500 мА. КПД преобразователя с полной нагрузкой - 85 %.

(нажмите для увеличения)

Эпюры напряжения в характерных точках схемы, приведенные на рис. 2, получены на компьютерной модели устройства с помощью программы Micro-Cap 6.22 и полностью совпадают с осциллограммами сигналов в реальном преобразователе.

Задающий генератор на элементах DD1.1 и DD1.2 вырабатывает прямоугольные импульсы. На входы 8, 9 элемента DD1.3 они поступают продифференцированными цепью C3R2R3. Номиналы резисторов R2 и R3 выбраны с таким расчетом, что постоянная составляющая напряжения в точке их соединения несколько превышает пороговый уровень Un, при котором элемент DD1.3 изменяет свое состояние. Отрицательные выбросы, пересекая порог, формируют на выходе элемента DD1.3 (вывод 10) короткие положительные импульсы. Последние заряжают конденсатор С5 через малое прямое сопротивление участка база-эмиттер транзистора VT2.

По окончании импульса левая (по схеме) обкладка конденсатора С5 оказывается соединенной с общим проводом, а напряжение, до которого зарядился конденсатор, - приложенным к базе транзистора VT2 в отрицательной полярности, закрывая его. Далее начинается перезарядка конденсатора С5 коллекторным током транзистора VT1. Скорость этого процесса зависит от напряжения на базе VT1. Транзистор VT2 остается закрытым, пока напряжение на его базе не достигнет приблизительно 0,8 В. В результате длительность положительных импульсов на коллекторе VT2 и входах 12, 13 элемента DD1.4 зависит от режима работы транзистора VT1. Дважды проинвертированные элементом DD1.4 и транзистором VT3 импульсы открывают силовой ключ - полевой транзистор VT4.

При открытом транзисторе VT4 ток в катушке индуктивности L1 нарастает по линейному закону. После закрывания транзистора этот ток не прерывается, продолжает течь, спадая, через диод VD1 и заряжает накопительный конденсатор С8. Установившееся напряжение на этом конденсаторе превышает напряжение питания во столько раз, во сколько время накопления энергии в магнитном поле катушки L1 (длительность положительных импульсов на затворе транзистора VT4, см. рис. 2) превышает время ее передачи в конденсатор С8 (длительность пауз между импульсами там же).

Часть выходного напряжения с движка подстроечного резистора R14 поступает на инвертирующий вход усилителя постоянного тока на ОУ DA2. На его неинвертирующий вход подано с резистивного делителя R4R5 образцовое напряжение. Выходное напряжение ОУ, пропорциональное разности образцового и выходного (с учетом делителя R13R14) напряжения, поступает на базу транзистора VT1 и управляет длительностью импульсов, открывающих транзистор VT4. Таким образом образуется замкнутая цепь автоматического регулирования.

Если выходное напряжение снизилось (например, в результате увеличения тока нагрузки), напряжение на инвертирующем входе ОУ уменьшится, а на его выходе - увеличится. В результате упадет эмиттерный ток транзистора VT1, протекающий через резистор R8, а вместе с ним - и коллекторный. Конденсатор С5 будет перезаряжаться медленнее. Длительность открытого состояния транзистора VT4 возрастет, выходное напряжение преобразователя увеличится.

Напряжение питания основных узлов преобразователя стабилизировано интегральным стабилизатором DA1.

Устройство собрано на односторонней печатной плате размерами 70x55 мм, показанной на рис. 3. Подстроечный резистор R14 - СПЗ-38Б или РП1-63М. Остальные пассивные элементы - любого типа, подходящие по параметрам и габаритам.

(нажмите для увеличения)

В качестве микросхемы DD1, кроме К561ЛА7, можно использовать К561ТЛ1, прочие микросхемы серии К561 при напряжении питания 3 В работают неустойчиво. По той же причине не следует заменять микросхему К140УД608 (DA2) другими ОУ. Транзисторы VT2, VT3 могут быть любыми серии КТ315 или КТ3102, aVT1 - серий КТ361, КТ3107.

КПД преобразователя заметно зависит от падений напряжения на диоде VD1 и на открытом транзисторе VT4. Последнее пропорционально приводимому в справочниках сопротивлению канала открытого транзистора. Поэтому, подбирая замены указанным транзистору и диоду, следует обращать особенное внимание на эти параметры, выбирая приборы, у которых они минимальны. Напряжение отсечки полевого транзистора должно быть не более 4 В. Амплитудное значение коммутируемого им тока в рассматриваемом случае значительно больше тока нагрузки, поэтому транзистор следует выбирать с допустимым током стока не менее 6 А. Если под нагрузкой транзистор VT4 заметно нагревается, его необходимо снабдить теплоотводом, место для которого на плате предусмотрено. Диод VD1 должен быть рассчитан на прямой ток не менее 10 А. Указанный на схеме КД2998В можно заменить на КД213А.

Катушка L1 индуктивностью 18...20 мкГн должна иметь малый магнитный поток рассеивания, поэтому для нее выбран броневой магнитопровод Б-26 из феррита М1500НМ. Обмотку из пяти витков жесткого изолированного провода диаметром 1,5...2 мм наматывают на оправке подходящего диаметра, сняв с оправки, защищают слоем изоляционной ленты и помещают в магнитопровод. Между его чашками необходим немагнитный зазор 0,2 мм. Изоляционную прокладку соответствующей толщины укладывают между центральными кернами. Это предотвращает поломку чашек при стягивании магнитопровода винтом. Чтобы уменьшить площадь платы, катушку L1 крепят к ней лежащей на боку. Выводы обмотки вставляют в соответствующие отверстия и припаивают к контактным площадкам.

Конденсаторы С7 и С9 показаны на схеме (см. рис. 1) и чертеже платы (рис. 3) штриховыми линиями. Обычно в них нет необходимости, но если транзистор VT4 сильно греется, а на осциллограмме напряжения на его затворе видны "паразитные" положительные импульсы в интервалах между основными, установка этих конденсаторов может помочь. Их емкость подбирают опытным путем.

Приступая к проверке собранного преобразователя, следует иметь в виду, что при выходном напряжении 27 В и токе нагрузки 0,5 А первичный источник питания напряжением 6 В должен быть рассчитан на ток не менее 2,5 А. Перед первым включением преобразователя движок подстроечного резистора R14 должен находиться в среднем положении, в дальнейшем с его помощью устанавливают необходимое выходное напряжение.

Если преобразователь не работает, следует временно выпаять катушку L1 и, подав в выходную цепь напряжение +27 В от внешнего источника, добиться, чтобы форма сигналов в точках, указанных на рис. 2, соответствовала приведенной на этом рисунке.

При необходимости преобразователь можно пересчитать на другое входное и выходное напряжение по методике, изложенной в [3]. Исходные данные: минимальное напряжение первичного источника - Uмин; выходное напряжение - Uвых; максимальный ток нагрузки - Iн.

Расчет ведут в следующем порядке:

1. Мощность, отдаваемая в нагрузку,

2. Мощность, потребляемая точника,

(предполагается, что КПД преобразователя - не менее 80 %).

3. Среднее значение тока, потребляемого от источника,

4. Ток катушки L1 (амплитудное значение),

5. Выбираем полевой транзистор VT4 с допустимым током стока не менее lm и минимальным сопротивлением открытого канала rок.

6. Выбираем диод VD1 с допустимым прямым током не менее lm и минимальным падением напряжения Uпр при этом токе.

7. Падение напряжения на открытом транзисторе VT4

8. Длительность открытого состояния транзистора VT4

(если конструкция катушки не изменяется, L1=20 мкГн).

9. Длительность закрытого состояния транзистора VT4

10. Период повторения импульсов задающего генератора

Расчетного значения Тn добиваются подборкой номинала резистора R1. Далее, не устанавливая в преобразователь катушку L1 и оставив ее цепь разорванной, базу транзистора VT1 временно отключают от выхода ОУ и соединяют с движком переменного резистора номиналом 47 кОм, один из крайних выводов которого соединяют с выходом интегрального стабилизатора DA1, а другой - с общим проводом. Вновь введенным переменным резистором устанавливают длительность положительных импульсов на затворе VT4 равной t1. Измеряют напряжение на базе транзистора VT1 и устанавливают такое же на входе 3 ОУ DA1, подбирая номинал резистора R5. Восстановив все соединения, подстроечным резистором R14 добиваются нужного напряжения на выходе преобразователя.

Литература

1. Днищенко В. Аппаратура пропорционального радиоуправления. - Радио. 2001, № 11, с. 24-26; № 12, с. 31-33.
2. Днищенко В. Аппаратура пропорционального радиоуправления (возвращаясь к напечатанному). - Радио, 2002, № 6, с. 31.
3. Щербина А. и др. Применение микросхемных стабилизаторов серий 142, К142.КР142.  - Радио. 1991, № 5, с. 68-70.

Автор: В.Днищенко, г.Самара

Смотрите другие статьи раздела Радиоуправление.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива Алмаз рассказывает о происхождении жизни 18.10.2009 На западе Австралии обнаружены микрокристаллы алмаза, которые могут свидетельствовать об очень раннем появлении жизни на Земле. Этим алмазикам микронных размеров, находящимся внутри кристаллов другого минерала - циркона, 4,25 миллиарда лет. Возраст определен по составу следовых элементов в цирконе. При изучении самих алмазов выяснилось, что в их составе необычайно много легкого изотопа углерода, накопление которого обычно связано с процессами жизни. Поэтому можно предположить, что какие-то живые организмы уже существовали на Земле во время образования этих кристалликов. Это не единственное возможное объяснение находки, говорят специалисты, но если оно справедливо, то жизнь появилась на нашей планете по меньшей мере на 400 миллионов лет раньше, чем считалось до сих пор.

Другие интересные новости:

▪ Золото меняет свечение кремниевых квантовых точек

▪ PocketBook 650

▪ Лазерный диск объемом до 1 Тб

▪ С мобильным телефоном путешествовать быстрее

▪ Обнаружены насекомые, которые могут есть пенопласт

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Переговорные устройства. Подборка статей

▪ статья Мельница. История изобретения и производства

▪ статья Почему у нас одна ступня больше другой? Подробный ответ

▪ статья Бесстыдница. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Замазка для изоляторов. Простые рецепты и советы

▪ статья Экстрасенсорная математика. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025