硬件设计第二部:热水泵注水循环系统设计

来源:互联网 发布:灯光编程软件 编辑:程序博客网 时间:2024/04/28 02:07

一.项目背景
项目用在彩扩机中,要求对两个槽钢循环注水相隔时间为5分钟,同时对彩扩机中加热系统要有散热功能,当加热系统温度过高散热系统工作并且红LED灯亮作为警告,当温度降到正常范围,散热系统不工作并且绿LED灯点亮表示彩扩机工作正常。

进行需求分析:
彩扩机:应用于照片冲印。
用图描绘功能:
这里写图片描述
而我们需要做的:
1.给A,B两个槽钢注入热水间隔5分钟。
2.给彩扩机的加热装置进行过热时散热并红灯指示,正常情况绿灯指示。

二.项目资源评估
条件:
1.有刷直流马达电压12v负载功率0.6w.(用于注水和风扇)
2.电源系统:15v.
3.温度开关(检测过温)。
4.定时开关(5分钟)。

三.原理图设计

  • 第一部份:散热装置

    我们从散热出发,首先散热是要用风扇叶的旋转制造气流散热,而要驱动叶片,靠马达的旋转,而要让马达旋转需要给马达提供12v的电压,而目前已知的条件只有15v那么,现在的问题在于 将15v 如何变为12v.
    the first question: 有两种思路:
    第一,利用集成芯片,将15V降压到12v.
    第二,利用分立元件将15V降到12v.
    这里主要用分立元件搭建。
    在图中主要利用13v稳压管D5实现,由于稳压管反向流向的电流是有限制的大约2MA左右,所以需要增加一个限流电阻,而NPN型Q1的作用是为了放大电流的左右,提高负载能力,由于三极管BE端的嵌位性,那么3端的电压为13v-0.7v=12.3V.电容c3是为了平波,容量值为输出电压的1.5倍左右,而104的电容是为了旁去高次谐波。
    这里写图片描述
    现在电源有了,那么直接接在马达两端,就可以驱动旋转了,我们再看看项目需求,发现当温度过高时,才散热,所以需要加入一个控制开关,当温度超过时,马达开,红灯亮,绿灯灭,没超过时,红灯灭,绿灯亮。
    我们一个个来,作为开关管用的元器件,我们想到的是可以用三极管来作为开关,那么这个开关是要与马达串联的,那么问题来了,选什么样的三极管,三极管串在什么地方。
    1.什么样的三极管? ——npn 与pnp
    2.串在什么地方?——马达的上面和马达的下面(从原理图上看)

这是PNP放在马达上面,PNP如果放在马达下面会出现管子不能完全导通为放大状态,ce端会有很大的压降致使第一功耗高,第二加在马达两端没有12v电压。

这里写图片描述
这是NPN放在马达的下面,如果放在上面和上面的分析一样。
这里写图片描述

上面两种都可以实现功能,我们具体再看一下几个电路设计细节:
第一个,上拉与下拉电阻。
我们发现在pnp和NPN 的be端都并接着电阻,一个接到地为下拉电阻,一个接到电源12v为上拉电阻,这个东西的存在需要知道一个称为三态的东西。

我们把连接到12v称为高,连接到地为低,如果啥也不接则为高阻态,而高阻态的电压是随机的,在电路板中,这个可要不得,请看图,如果图中的开关断开时,三极管的B极就属于高阻态,比如出现静电高压或者雷击,那么这个状态很容易被改变,由于开关断开,表现为阻抗无穷大的电阻,那么出现雷击或静电高压,他们会遵从内阻低哪里走的规律,会直接从芯片内部走,致使芯片损坏。

第二,机械开关存在抖动。 利用rc电路来进行延时消除。

接着灯的指示功能:

红灯亮代表马达在工作,那么红灯要与马达并联,然后与开关管串联,而绿灯是与红灯想反的状态,我们可以利用二极管的嵌位功能,当NPN管导通时,CE端压降0.3v,二极管单向导通压降0.7v,那么当红灯亮时,绿灯的电压嵌位在1v,而所选的LED需要3.3v10ma的条件。
这是NPN管作为开关管的方案:

这里写图片描述
这里作几点解释:
1,并联在马达上的二极管是为了放置马达在停止时由于电感特性,会出现很大的自感电动势,利用二极管形成回路,保护三极管。
2.在温度开关右边的电路,主要是让RC充电电路快速放电。

  • 第二部分:利用马达正反转实现水泵给A,B缸注水。

要实现正反转,我们能想到的就是桥式电路。
这里写图片描述
当1,3关闭时,正转。
当2,4关闭时,反转。

那么既然是开关管,我们想到的就是三极管。所以既有如下所示的电路:
这里写图片描述
几点解释:首先明白1.马达的停止是有惯性的. 2.三级管的关断是需要时间的。所以这里就出来一个词 叫串红,如果在1,3还没完全关断时,2,4关闭则会出现电源两端直接相连的情况,会导致电流很大,让线圈发热。
所以又出现了一个词 死区,为了防止出现串红现象,会在正反转状态变化时,加入一个延时,让马达完全停止后再开始下一个阶段。

因此,会看到定时器开关的输入端会有一个RC延时,而且在后面串接一个稳压管,是为了设置阈值,当开关闭合的瞬间,在rc的作用下,会由0 v开始充电到12v.可根据电容公式,知道在越接近12v时,充电越缓慢,所以提前设定一个阈值,在图中稳压管为5.6v,也就是当充电到5.6v时出发三极管开关闭合。

最后为了防止马达的自感电动势,需要在三极管两端并联二极管(图中没有)。

关于参数的计算,可以根据元器件的工作条件,进行大致估算,而封装的选取则利用功率参考选取。

          ——来源 张飞老师硬件设计教程
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