Система управления освещением

Вследствие малого энергопотребления устройством управления освещения, в качестве резисторов для цепей делителя напряжения, обратной связи, резисторов смещения для транзистора, а так же в цепи времязадающей RC цепочки будут использоваться резисторы типа С2-33Н для пайки в отверстия.

Так как техническим заданием предусмотрена коммутация цепи управления лампами освещения с током 5 А, то необходима достаточно мощная схема переключения. В качестве ее предполагается использование твердотельного реле СХЕ240-D-5 фирмы Crydom, с рабочим напряжением 24 В, током управления 15мА, коммутируемое напряжение 220 В, 50 Гц, и током 5 А. А так же согласно [4] данное реле обладает внутренней схемой контроля прохода нуля, для бережного переключения нагрузки.

2.3 Разработка принципиальной электрической схемы

На основе структурной схемы, описанного принципа работы и выбранной элементной базы была разработана принципиальная электрическая схема системы управления освещением.

Система управления освещением состоит из следующих основных узлов: светочувствительного элемента – фоторезистора ВL1, параметрического стабилизатора напряжения, компаратора, усилителя мощности на транзисторе VT1, времязадающей RC цепи, а также коммутационного блока управления.

Параметрический стабилизатор напряжения выполнен на стабилитроне VD1 и балластном резисторе R7. Стабилизированным напряжением питается компаратор, выполненный на операционном усилителе DA1. На неинвертирующий вход 3 операционного усилителя DA1 подается опорное напряжение со средней точки резистивного делителя R1–R3, на инвертирующий вход 2 – напряжение со средней точкой резистивного делителя R4, R5.

Параллельно резистору R4 через резистор R6 подключен светочувствительный элемент – фоторезистор BL1, сопротивление которого изменяется в зависимости от освещенности. При уменьшении освещенности сопротивление фоторезистора BL1 увеличивается, увеличивается потенциал на входе 3 DA1. Когда потенциал на входе 3 становится выше потенциала на входе 2, на выходе 6 операционного усилителя DA1 появляется отрицательный потенциал стабилизированного напряжения питания.

К средней точке резистивного делителя R4, R5 подключены резисторы обратной связи R8, который в зависимости от состояния операционного усилителя DA1 подключаются либо параллельно R4, либо параллельно R5, изменяя тем самым потенциал средней точки делителя. Сопротивление указанных резисторов обеспечивает четкое переключение компаратора (релейный эффект) и определяет коэффициент возврата фотореле.

От отрицательного потенциала с выхода 6 DA1 через резистор R10 в базу транзистора VT1 подается управляющий сигнал, от которого транзистор открывается и обеспечивает подачу напряжения питания П–М, на схему задержки сигнала реализованной на резисторе R11 и С3. Вначале будет заряжаться конденсатор С3 через резистор R11, время заряда при данных значениях емкости и сопротивления будет длиться около 30 секунд. После того как конденсатор зарядиться и его сопротивление постоянному току возрастет, то создается возможность прохождения тока через твердотельное реле DA2, которое и скоммутирует внешнюю цепь питания ламп освещения.

При уменьшении освещенности сопротивление фоторезистора ВL1 увеличивается. При определенном его значении потенциал на входе 2 DA1 становится больше потенциала на входе 3 и на выходе 6 компаратора появляется положительный полюс источника питания. При этом выключается управляющий сигнал с базы транзистора VT1. Конденсаторы С1 и С2 устраняют влияние электромагнитных помех на работу компаратора.

При помощи резистора R3 возможно регулировать порог срабатывания фотореле изменяя значение опорного напряжения.

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет потребляемой мощности

Мощность, потребляемая устройством от источника питания, определяется как сумма мощностей, потребляемых всеми элементами схемы.

Мощность, потребляемая микросхемой операционного усилителя, согласно [5], равна 0,06 Вт.

Мощность, потребляемая твердотельным реле равна 0,36 Вт

Результаты расчета мощности, рассеиваемой на резисторах, сведены в таблицу 2.

Таблица 2 – Мощность, рассеиваемая на резисторах

Суммарная мощность, потребляемая схемой оценённая по максимуму, равна 0,52 Вт. Ток, потребляемый схемой управления освещением, составляет не более 25 мА.

3.2 Расчет площади печатной платы

Из [6] взяты установочные размеры элементов, входящих в схему. Эти данные занесены в таблицу 3.

Таблица 3 – Установочные размеры элементов, входящих в схему

Оценочная площадь печатной платы равна сумме площадей, занимаемых электрорадиоэлементами, умноженной на три:

                                                                                    (1)

Оценочная площадь печатной платы: мм2.

Принимая во внимание, что принято отношение сторон печатной платы два к трем, то длина и ширина платы будут соответственно: 112,5 мм и 70 мм.

3.3 Расчет параметров элементов печатного монтажа

Расчет параметров печатного монтажа проводится с целью правильной трассировки соединений. Методика расчета взята из [7].

Для изготовления печатных плат в курсовой работе выбран фотохимический позитивный способ. В данном подразделе рассчитываются такие параметры элементов печатного монтажа, как минимальная ширина печатного проводника, минимальное расстояние между печатными проводниками, минимальный диаметр переходных и контактных отверстий, минимальное расстояние между контактными площадками. В таблице 4 приведены предельные значения технологических коэффициентов.

Расчет минимального диаметра переходного отверстия.

Минимальный диаметр металлизированного переходного отверстия:

,                                                                                    (2)

где              dmin – минимальный диаметр металлизированного отверстия;

              H – толщина печатной платы, H=2 мм;

              γ – отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине печатной платы.

Для 3 класса плотности печатного монтажа .

мм.

Таблица 4 – Предельные значения технологических коэффициентов

Расчет диаметра контактных площадок.

мм, но, в связи с тем, что предполагается установка электрорадиоэлементов разных типов, диаметры их выводов различны, необходимы отверстия разного диаметра. Поэтому расчет переходных отверстий и контактных площадок необходимо вести, учитывая данные требования.

Минимальный диаметр контактных площадок:

,                                                                      (3)

где              – толщина предварительно осаженной меди, мм, ;

              – толщина металлического резиста, мм, ;

              – минимальный эффективный диаметр контактной площадки.

,                                                                      (4)

где              – расстояние от края контактной площадки, мм, по третьему классу ;

              – погрешность расположения отверстий, мм;

              – погрешность расположения контактных площадок, мм;

              – максимальный диаметр просверленного отверстия.

,                                                                                    (5)

где              – погрешность диаметра отверстия, обусловленная биением сверла и точностью его заточки., мм;

              – диаметр сверла, мм;

              n – типоразмер отверстий, n=1 для отверстий номинального диаметра 0,8 мм, n=2 для отверстий номинального диаметра 1 мм.

,                                                                                    (6)

где              – номинальный диаметр металлизированного отверстия, мм.

мм;

мм.

мм;

мм.

Погрешность расположения отверстий:

,                                                                                    (7)

где              – погрешность расположения отверстия относительно координатной сетки, мм, ;

мм.

Погрешность расположения контактной площадки:

,                                                                                    (8)

где              – погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне проводника, мм, ;

                            – погрешность расположения базовых отверстий на заготовке, мм, ;

                            – погрешность расположения базовых отверстии в фотошаблоне, мм, .