Наконец-то нашлось время для написания статьи про коммутаторы. В статье
Сервопривод. Жизнь после смерти.
я уже упоминал о том, как можно использовать сервопривод, оставшийся без зубчатых колес и электромотора, но сохранившим работоспособность контроллера. Такой сервопривод не всегда рентабельно ремонтировать, а вот на «поделки» он вполне сгодится.
И если вариантов простых регуляторов из сервопривода раз-два и обчелся, то всевозможных коммутаторов (включателей, выключателей, переключателей) можно сотворить не один и не два.
Забегая вперед, оговорюсь, что в настоящее время можно купить выключатели, управляемые дистанционно, например эти:
Электронный выключатель питания зажигания (Opto)
Товар http://www.parkflyer.ru/product/104680/
Выключатель от свободного канала р/у Dr. Mad Thrust
Товар http://www.parkflyer.ru/product/1128573/
Это готовые изделия, позволяющие «не ломая голову что_и_как» установить их на модель и пользоваться.
И это огромный плюс! Но есть и минусы:
- практически все они переключаются при фиксированном задании %РРМ, как правило -100%...+100% без возможности установки произвольного уровня переключения;
- узкий функционал, а приспособить готовое изделие под свои задачи не всегда представляется возможным;
- долгое ожидание доставки и дополнительно ее оплата;
- как правило, практически нет возможности отремонтировать устройство, а покупка нового коммутатора – опять недели ожидания.
Теперь о «самоделках».
В первую очередь, отмечу немаленький минус в том, что для сборки требуется умение работать с паяльником и как минимум, начальные познания в электронике. Так же «самоделки» явно проигрывают в весе и размере указанным выше выключателям. Однако, используя соответствующие комплектующие и имея навыки компоновки радиоэлектронных устройств, можно все «уложить» в размеры спичечного коробка.
Плюсы же вижу в том, что:
- сервопривод с «убитой» механикой еще послужит, хоть и в другом качестве;
- возможность сконструировать коммутатор именно под свои цели и задачи;
- возможность установки произвольной точки включения/выключения, что дает возможность при аппаратном микшировании с любым каналом производить какие-либо переключения, например, включать на ЛА посадочные огни при малом уровне газа;
- возможность создать элементы автоматизации управления, без применения специализированных контроллеров;
- не нужно ждать неделями посылку и платить за доставку;
- в составе коммутаторов используются широкодоступные компоненты, которые есть в магазинах радиодеталей Вашего города;
- ремонтопригодность устройства;
Рассматриваемые в статье устройства рассчитаны на начинающего радиолюбителя…. хм…. электронщика…,
не представляют сложности в изготовлении и не требуют знания навыков программирования микропроцессорных устройств - достаточно просто отсчитать нужные ножки микросхемы и все спаять в соответствии с обозначениями выводов. Собранные из широкодоступных исправных деталей, коммутаторы начинают работать сразу, не требуя настройки режимов работы. Единственно - необходимо установить желаемый порог переключения.
В статье приведен далеко не полный перечень вариантов реализации коммутаторов с различным функционалом.
Все коммутаторы, выполненные на базе контроллера сервопривода, сохраняют свое состояние после пропадания сигнала управления (например, отключение пульта РУ), для изменения состояния коммутатора в этом случае рекомендуется воспользоваться (в случае, если приемник РУ не имеет встроенной функции FS) устройством, аналогичным этим:
Система аварийного отключения Turnigy (Fail safe) для моделей с ДВС
Товар http://www.parkflyer.ru/product/1186363/
Fail Safe Suit All Nitro & Petrol Powered Vehicles FS02
Товар http://www.parkflyer.ru/product/1466934/
В описанных в статье коммутаторах используется контроллер сервопривода SG90. Стоимость нового сервопривода составляет от семидесяти рублей.
О том, как извлечь контроллер из корпуса сервопривода, краткое описание подключения, порядок установки нейтрали контроллера и т.п. можно посмотреть по ссылке, указанной в начале этой статьи (статья «Сервопривод. Жизнь после смерти»).
Все коммутаторы на базе контроллера сервопривода могут быть аппаратно (через Y-кабель, например) смикшированы с любым каналом РУ.
Нумерация выходов источника управляющего сигнала и входов контроллера сервопривода на схемах приведена условно, однако соответствует порядку расположения в соединительном кабеле.
Нумерация выходов контроллера на схемах приведена условно, выходы равнозначны, но работают инверсно по отношению друг к другу. Выбор конкретного выхода для использования в схеме определяется решаемыми задачами. При необходимости нужно просто поменять местами выходы контроллера либо полярность подключения крайних выводов датчика положения на плате контроллера.
На схемах маркировкой «А1» и «А2» обозначены
А1 - приемник РУ (либо сервотестер) , у которого на схеме показаны выходы одного произвольного канала.
А2 – контроллер сервопривода, из которого предстоит сделать тот или иной коммутатор.
Стоимость этих узлов не приводится, так как подразумевается, что они уже имеются.
Номиналы и тип комплектующих указаны на схемах и в описаниях.
Средняя стоимость компонентов в приведенных схемах примерно такова:
Диод КД522 – 5 руб/шт
Опторон транзисторный - 20руб/шт
Транзистор КТ315Г – 17руб/шт
Транзистор «мосфет» 55А/65В – 85руб/шт
Транзистор «мосфет» 0.4А/400В – 40руб/шт
Резистор постоянный, 0,25Вт – 5руб/шт
Резистор переменный – 38руб/шт
Реле – 63руб/шт
Стоимость в магазинах нашего региона.
1. Релейный коммутатор.
На рис. 1 представлен простой релейный коммутатор, состоящий из контроллера сервопривода, к выходу которого вместо микроэлектродвигателя подключено электромагнитное реле. Реле К1 включено через диод VD1.
Полярность включения диода определяет участок диапазона регулирования %РРМ слева и справа от «нейтрали», на котором реле будет включено (см. диаграмму 1).
Принцип работы:
При изменении задания с пульта РУ происходит увеличение напряжения (ШИМ-регулирование на выходе контроллера) на обмотке реле К1. При достижении напряжения срабатывания реле, последнее включается и своими контактами коммутирует электрическую цепь исполнительного устройства. Момент включения реле настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ. При уменьшении напряжения на обмотке реле и достижении напряжения возврата реле отключается.
Нейтрального положения нет.
Возможность установки произвольного порога включения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью обеспечивается применением контактной группы реле, электрически не связанной со схемой управления.
Реле следует выбирать с рабочим напряжением (напряжением срабатывания) 3,4-4,5В и рабочим током катушки до 50мА.
Такой коммутатор можно использовать для дистанционного включения/отключения различных устройств (световые приборы модели, системы зажигания двигателей и т.п.). Контакты реле могут быть задействованы так же в различных схемах автоматики управления.
Подключив к выходу контроллера сервопривода два реле параллельно через включенные встречно диоды (рис. 2) можно получить релейный коммутатор с нейтральным положением электрической цепи.
Принцип работы:
При изменении задания с пульта РУ вправо или влево от «нейтрали» происходит увеличение напряжения (ШИМ-регулирование на выходе контроллера) на обмотке соответствующего реле в зависимости от направления протекания тока на выходе контроллера. При достижении напряжения срабатывания реле (в соответствии «с направлением» диода), последнее включается и своими контактами коммутирует электрическую цепь исполнительного устройства.
Момент переключения реле настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ – в данном случае необходимо установить «нейтраль», т.е. момент, когда оба реле отключены.
При уменьшении напряжения на обмотке реле до напряжения возврата реле отключается. В положение «нейтраль» управляющего органа на пульте РУ оба реле отключаются (см. диаграмму 2).
Нейтральное положение есть.
Возможность установки произвольного порога переключения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью обеспечивается применением контактной группы реле, электрически не связанной со схемой управления.
Такой коммутатор, можно использовать, например, для изменения направления вращения электрических двигателей небольшой мощности с возможностью их останова. Для коммутации большой мощности придется устанавливать более мощные реле-повторители.
Управление двигателем постоянного тока:
Управление двигателем переменного тока (схема с ESC не испытывалась, поведение регулятора при таком переключении неизвестно !!! Однако, для самогО трехфазного двигателя схема рабочая):
Учитывая, что реле К1 и К2 в нормальном режиме никогда не могут быть включены одновременно, дополнительных блокировок не требуется.
Недостаток схемы кроется в ШИМ-регулировании выходного напряжения контроллера сервопривода. Из-за импульсного характера выходного напряжения может наблюдаться дребезг реле. Наличие дребезга зависит от времени возврата реле – «успеет» оно вернуться в исходное состояние или нет во время паузы между импульсами ШИМ. Ситуацию может несколько исправить включение электролитических конденсаторов параллельно катушкам реле, однако следует помнить, что увеличение емкости этих конденсаторов увеличивает время отключения реле после подачи команды на отключения.
Стоит отметить, что коммутаторы с реле, подключенным непосредственно к выходам контроллера сервопривода, к сожалению, критичны к выбору реле по электрическим характеристикам – нужных реле может просто не оказаться в продаже.
Значительно расширяет возможности выбора рабочих напряжений и токов обмоток реле применение внешнего ключа для управления реле. Внешний ключ, как правило, выполнен на биполярном или полевом транзисторе (для больших значений рабочего тока обмотки реле рекомендуется применять так называемые «мосфеты»). Выбор ключевого элемента производится исходя из параметров его нагрузки, т.е. электрических характеристик реле.
Здесь уже практически нет ограничений в выборе реле по сравнению с коммутаторами, изображенными на рис.1,2. На рис. 5 представлена схема такого коммутатора.
Принцип работы:
При отклонении управляющего органа канала РУ (стик на пульте РУ, регулятор сервотестера) от «нейтрали», предположим влево, на выводе 4 модуля А2 появляется положительное напряжение, которое через резистор R1 поступает на базу транзистора VT1, в результате чего последний открывается и подает напряжение на обмотку реле К1, которое своими контактами К1.1 коммутирует электрические цепи исполнительного механизма. При возвращении управляющего органа канала РУ в «нейтраль», либо в данном случае - правее ее, транзистор VT1 закрывается, обесточивая обмотку реле (см. диаграмму 3).
Резистор R2 служит для надежного закрывания транзистора при отсутствии управляющего напряжения.
Конденсатор С1 (емкостью 10…50мкф) служит для сглаживания пульсаций напряжения на входе ключа (а как мы помним там ШИМ-регулирование). Диод VD1 служит для защиты транзистора от пробоя токами самоиндукции реле и выбирается исходя из электрических параметров реле: минимум трехкратный запас по напряжению и двукратный запас по току.
Момент включения реле настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ.
При использовании вывода 5 контроллера алгоритм работы выключателя изменится на противоположный.
К выводу 5 контроллера может быть подключен аналогичный каскад (К2). Оба реле будут работать инверсно по отношению друг к другу.
Нейтрального положения нет.
Возможность установки произвольного порога включения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью обеспечивается применением контактной группы реле, электрически не связанной со схемой управления.
При выборе реле следует выбирать рабочее напряжение обмотки на 10-20% ниже напряжения питания, что обусловлено падением напряжения на переходе биполярного транзистора. Ток срабатывания реле не более 70мА.
Для более мощных реле можно применить ключ, реализованный на полевом транзисторе – мосфете (рис. 6).
Диод следует выбирать в соответствии с характеристиками обмотки реле.
Напряжение питания может отличаться от приведенного на схеме в зависимости от электрических характеристик реле.
К сожалению видео снимать нечем, попробовал фотоаппаратом - качество вообще никакое. Все же решил один ролик вставить - комплектуху там не видно, но можно понять как устанавливать порог включения.
Еще один вариант релейного коммутатора – релейный переключатель с нейтральным положением (рис. 7).
Для сопряжения контроллера сервопривода с силовыми ключами используются транзисторные оптроны (рис. 7а).
Принцип работы:
При изменении задания с пульта РУ вправо или влево от «нейтрали» зажигается соответствующий светодиод внутри оптопары, который воздействует на оптотранзистор в этой же оптопаре исполнительной части коммутатора (рис. 7б).
При этом, при изменении задания %РРМ, скажем влево от «нейтрали», на выводе 5 относительно вывода 4 контроллера устанавливается отрицательное напряжение, которое подается через диод VD2 на светодиод оптрона DA2.1, вызывая его свечение. Аналогично, при изменении задания %РРМ в противоположную от «нейтрали» сторону (вправо), на выводе 5 относительно вывода 4 контроллера устанавливается положительное напряжение, которое подается через диод VD1 на светодиод оптрона DA1.1, вызывая его свечение.
В «нейтрали» напряжение на выводе 5 относительно вывода 4 контроллера отсутствует и оба светодиода погашены.
Диоды VD1 и VD2 защищают светодиоды оптопары от обратного напряжения. Резистор R1 ограничивает ток через светодиоды. Его сопротивление подбирается исходя из допустимого тока через светодиод оптопары в соответс вии с рекомендациями ее производителя.
При освещении транзистора оптопары DA1 открывается транзистор DA1.2 и подает напряжение питания на вход транзисторного ключа VT1, открывая его. Схема и работа ключа описана выше и не вижу смысла дублировать текст.
Аналогично работает оптопара DA2. В нейтральном положении, когда ни один светодиод оптопар не горит, транзисторы DA1.2 и DA2.2 закрыты, транзисторы VT1 и VT2 так же закрыты, а оба реле – отключены.
Момент переключения реле настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ – в данном случае необходимо установить «нейтраль», т.е. момент, когда оба реле отключены.
Алгоритм работы переключателя аналогичен указанному на диаграмме 2, за исключением того, что в данном переключателе практически отсутствует зона нечувствительности коммутатора.
Нейтральное положение – есть, строго в «нейтрали».
Возможность установки произвольного порога переключения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью обеспечивается применением контактной группы реле, электрически не связанной со схемой управления, а при необходимости и отдельным питанием исполнительной части коммутатора.
Также, вместо реле можно включить лампочку накаливания, светодиод, электродвигатель постоянного тока, электромагнит и т.п. Однако следует помнить, что электромагнитное реле является пороговым элементом, т.е. включается и выключается при определенном напряжении на его обмотке. Поэтому при работе коммутатора мы видим четкое включение/выключение реле. Световые приборы же не имеют четкого порога включения и будут изменять яркость свечения по мере изменения уровня задания %РРМ с пульта РУ – работа регулятора описана в материале по ссылке в начале этой статьи (статья «Сервопривод. Жизнь после смерти.»). Тоже самое с оборотами электродвигателя. Кроме того будет заметно мерцание световых приборов, особенно светодиодов. Для питания же электронных устройств, их включение вместо реле не подходит вообще, так как не будет обеспечена стабильность напряжения питания и уровень пульсаций питающего напряжения.
2. Электронный коммутатор.
Электронные коммутаторы сложнее в схемотехнике (но не в изготовлении), зато позволяют реализовать больший функционал, гибкость решений и большую нагрузочную способность по сравнению с контактной группой малогабаритных реле. При этом зачастую выигрывают в весе по сравнению с релейными коммутаторами при равной коммутируемой нагрузке.
Управляющая часть для электронного коммутатора остается без изменений, как указано на рисунке 7а.
Ниже будут рассмотрены различные варианты исполнительной части электронного коммутатора.
Как уже отмечалось, простой релейный коммутатор (рис. 1,2) имеет недостаток, выражающийся в дребезге реле, который в принципе можно минимизировать сглаживанием пульсаций с помощью электролитического конденсатора (рис. 5,7). Так же, к недостаткам можно отнести сравнительно небольшой коммутируемый ток малогабаритных реле. Увеличение же этого тока ведет к неизбежному увеличению габаритов реле в целом.
В тоже время, современные полевые транзисторы большой мощности (т.н. «мосфеты»), обладая высоким входным сопротивлением, малыми токами управления и ничтожно малым сопротивлением открытого перехода, позволяют коммутировать большие токи при небольших размерах, а средняя цена одного «мосфета» на 50А-70А соизмерима с ценой реле, коммутирующего токи всего до 10А (около 100 руб.).
Электронные коммутаторы позволяют обеспечить:
- отсутствие дребезга контактов, бесшумное замыкание
- отсутствие чувствительности к ударным нагрузкам, вибрации и положению монтажа
- отсутствие механизмов электромагнитного износа
- неограниченное число замыканий контактов
- длительный срок службы и надежность
- зачастую меньшие габариты и вес по сравнению с аналогичным реле.
Применение в электронном коммутаторе цифровых логических микросхем позволяет создавать простые и недорогие коммутаторы с надежной фиксацией положения и возможностью автоматизации отдельных функций.
Фиксация положения выключателя основана на применении триггера-«защелки». Если коротко, то триггер-«защелка» представляет собой RS-триггер – устройство, которое изменяет состояние своих выходов (а их в данном случае два: прямой и инверсный) при подаче напряжения логического уровня (лог. 0 или лог.1) на соответствующий управляющий вход. У RS-триггера в нашем случае два входа – «R» и «S»:
Вход «S» = «Set» = «Установка»
Вход «R» = «Reset» = «Сброс»
Рассмотрим коротко схему работы триггера (рис. 8).
В нормальном режиме на входы «R» и «S» через резисторы R1 и R2 соответственно подается напряжение питания («лог. 1»). На схеме видно, что обозначение обоих входов имеет черту над буквой. Это означает, что данный вход управляется инверсно, т.е., чтобы активировать вход, на него нужно подать лог. 0.
Подадим на вход «S» напряжение лог. 0 посредством кратковременного нажатия кнопки SB1, при этом на выходе «Q» установится уровень лог. 1, а на выходе Qинв («с черточкой») установится уровень лог. 0. Теперь сколько угодно долго можно жать на кнопку SB1, сколько угодно импульсов подавать с ее помощью – состояние триггера не изменится до тех пор, пока не будет подано с помощью кнопки SB2 напряжение лог. 0 на вход «R». После подачи напряжения лог. 0 на вход «R» триггер сбрасывается, при этом состояние обоих его выходов меняются на противоположное.
Таким образом, в отличии от релейного коммутатора (рис. 1,2,5) не имеет значения сколько импульсов подано на вход - один или несколько – сразу же после первого импульса на входе триггера, его выходы зафиксируют и не изменят свое состояние до прихода управляющего импульса на вход сброса, а значит и напряжение на выходе коммутатора не будет меняться в зависимости от скважности ШИМ на входе и может быть применено для питания практически любого устройства.
Вариант исполнения такого коммутатора представлен на рисунке 9.
RS-триггер собран на двух элементах (всего в микросхеме их четыре и два других могут быть задействованы для реализации второго аналогичного коммутатора со своей управляющей частью) 2И-НЕ микросхемы DD1. Триггером управляет уже знакомая нам по рис. 7а оптопара, описание ее «светящейся» части смотрите выше – мы уже условились рассматривать далее только исполнительную часть коммутаторов. Оптотранзистор в составе соответствующей оптопары DA1(DA2) открываясь, подает напряжение лог. О на соответствующий вход триггера, устанавливая или сбрасывая его. При этом на выходах триггера устанавливаются логические уровни так, как это описано в пояснении принципа работы RS-триггера (рис. 8).
Микросхема DD1 и ее входные цепи питаются от стабилизатора DA3 напряжением 9В, что дает возможность использовать коммутатор в широком диапазоне питающих напряжений.
Момент включения коммутатора настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ.
При использовании выхода 2 триггера DD1.1-DD1.2 алгоритм работы выключателя изменится на противоположный.
К выходу 2 триггера DD1.1-DD1.2 может быть подключен аналогичный каскад (VT2) для «Нагрузки 2». Оба ключа будут работать инверсно по отношению друг к другу.
Нейтрального положения нет.
Возможность установки произвольного порога включения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью может быть обеспечена отдельным питанием исполнительной части.
Еще пара коммутаторов, которые могут занять место в моделях. Расскажу о них совсем кратко.
Переключатель поворотов модели автомобиля. Исполнительная часть переключателя поворотов реализована на логической микросхеме, содержащей 4 элемента 2ИЛИ-HЕ (рис. 10).
На элементах DD1.1,DD1.2 собран генератор импульсов, на элементах DD1.3,DD1.4 собраны управляемые коммутаторы сигнала указателя поворотов, соответственно правого и левого.
Включением и выключением сигнала поворота управляет контроллер сервопривода с подключенной на выходе оптопарой на каждое направление, рис. 7а.
Контроллер переключателя может быть аппаратно смикширован через Y-разветвитель с каналом управления поворотом колес – «рулем» (если это модель авто).
Момент включения сигнала поворота настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ – в данном случае необходимо установить «нейтраль», т.е. момент, когда колеса «стоят прямо» и автомобиль движется по ровной траектории, а указатели поворота при этом не мигают.
Алгоритм работы переключателя изображен на диаграмме 4, зона нечувствительности коммутатора практически отсутствует.
Подбором резистора R3 от 100кОм до 1МОм можно изменять частоту мигания указателей поворотов.
Транзисторы VT1 и VT2 могут быть любыми с рабочим напряжением не менее 20В и током не менее 100мА и
могут быть заменены на любые другие биполярные и полевые («мосфеты») транзисторы в зависимости от мощности примененных световых приборов.
Светодиоды VD1-VD4 выбираются исходя из потребностей применительно к размеру и копийности модели.
Резистор R6 рассчитывается с учетом номинального тока через цепочку из двух светодиодов.
Нейтральное положение – есть, строго в «нейтрали».
Возможность установки произвольного порога переключения во всем диапазоне регулирования %РРМ - есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью обеспечивается при необходимости отдельным питанием исполнительной части коммутатора.
На авиамодель можно установить переключатель огней – консольных и сигнальных.
Работа переключателя внешне сходна с работой стробоскопа - поочередно один раз вспыхивают две цепочки светодиодов, потом пауза и все повторяется. Применение "мигающей" технологии позволяет включать сверхяркие светодиоды на токе до 70% номинального, обеспечивая при этом компромисс между яркостью свечения и нагревом при работе без радиатора. Коммутатор собран на логических микросхемах 561й серии (рис. 11).
На элементах DD1.1,DD1.2 собран уже известный нам RS-триггер, на элементах DD1.3,DD1.4 – генератор импульсов. На микросхеме DD2 собран переключатель огней – на его выходах последовательно с каждым входным импульсом появляется лог.1. Всего выходов - 10, используются два. Можно и "бегущие огни" сделать )))) Изменяя сопротивление резистора R3 в пределах от 30кОм до 1Мом можно изменять частоту переключения огней, при этом следует помнить, что счетчик DD2 является делителем частоты на 10.
Момент включения коммутатора настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ.
Нейтрального положения нет.
Возможность установки произвольного порога включения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью может быть обеспечена отдельным питанием исполнительной части.
Световые приборы выбираются, исходя из требований к яркости свечения. Силовые ключи VT1 и VT2 подбираются в соответствии с мощностью выбранных световых приборов.
Если дистанционное включение/отключение огней не требуется, то все, что на схеме находится левее элемента DD1.3, можно исключить (включая управляющую часть этого коммутатора), а вывод 9 элемента DD1.3 соединить с выводом 8 этого же элемента (рис. 12). В этом случае схема начинает работать сразу после подачи напряжения питания.
3. Элементы автоматического управления.
Ряд коммутаторов может быть отнесен к элементам автоматического управления. Их великое множество, все их рассматривать нет смысла. Рассмотрим устройство ограничения времени работы – таймер.
Простой таймер с регулируемой выдержкой времени (рис. 13). Такой таймер может, например, быть использован для ограничения времени работы модели, изменения режима работы узлов и механизмов, остановки двигателя и выпуска парашюта летающей модели и т.п.
Таймер выполнен на полевом транзисторе, в данном случае – «мосфет». Указанный на схеме транзистор самый «слабенький» из всех мосфетов, имеющихся в широкой продаже в магазинах радиодеталей, его максимальный ток всего 0.4А. Проблем с мосфетами меньше, а по стоимости (40 руб.) он соизмерим с обычным «полевиком», типа КП103, КП303 и ему подобными (33 руб.).
Итак, работа схемы. Напряжение питания через резистор R1, контакт тумблера SB1 и резистор R4 подается на затвор (вывод G) транзистора VT1, в результате чего реле К1 срабатывает, а его контакт К1.1. размыкается. Одновременно через резистор R1, ограничивающий ток заряда конденсатора С1, напряжение питания подается на конденсатор С1. Конденсатор С1, резисторы R2 и R3 образуют времязадающую цепочку.
После размыкания контакта SB1 конденсатор С1 начинает разряжаться через цепь R2 и R3 (начинается отсчет времени).
Как только напряжение на конденсаторе С1 достигнет порога закрытия транзистора, последний закроется и обесточит реле. В результате реле отключится, его нормально замкнутый контакт вернется в замкнутое состояние и приведет в действие исполнительный механизм.
Диод VD1 служит для защиты транзистора от пробоя токами самоиндукции катушки реле (к слову сказать, практически все мосфеты имеют встроенную такую защиту, и это еще один их плюс, по сравнению с обычными транзисторами).
При указанных на схеме деталях время выдержки составляет от 25сек до 4,5мин.
Изменением емкости конденсатора в ту или иную сторону можно увеличить или уменьшить максимальное время.
Для отмены отсчета времени без срабатывания исполнительного механизма (и повторного отсчета времени сначала) необходимо замкнуть (и разомкнуть) контакт SB1.
Для отмены отсчета времени и досрочного срабатывания исполнительного механизма можно дополнить таймер времени кнопкой SBxx, подключенной через резистор Rxx (100-300 Ом), как показано на рис. 14. При кратковременном замыкании контактов кнопки (при разомкнутом контакте SB1) происходит быстрый разряд конденсатора С1 через резистор Rxx ниже порога удержания транзистора VT1, далее – все как описано выше.
Таймер может быть запущен дистанционно с пульта РУ. Для этого необходимо оснастить таймер управляющей частью, рис. 15, выделена красным прямоугольником. Выключатель SB1 в данном случае не нужен, резистор R1 меняет точку подключения с +12В на вход времязадающей цепи и через него подается сигнал управления. В этом случае, таймер может быть запущен в любое время с пульта.
Градуировка шкалы переменного резистора R3 должна быть выполнена для каждого варианта таймера - релейного и электронного – отдельно.
А теперь несколько практических схем с применением вышеописанного таймера.
Ну, самое очевидное – использование контактов реле для замыкания/размыкания/переключения электрической цепи, состоящей из лампочки и батарейки приводить не буду, ибо это еще в школе на уроках физики пройдено.
Рассмотрим вариант применения данного таймера в релейных и электронных коммутаторах, описанных выше, а также в схемах автоматики, а также в схемах управления бортовой механикой.
Итак, для работы с релейными и электронными коммутаторами, изображенными на рис. 5, 6, 7б и 9, а также с регуляторами, описанными в статье «Сервопривод. Жизнь после смерти.» по ссылке в начале этой статьи и имеющими аналогичную схему управления выходным ключом, необходимо доработать схему таймера для управления с его помощью указанными коммутаторами и регуляторами (рис. 16а, 16б).
По схеме рис. 16а – управление коммутатором разрешено до начала отсчета и во время отсчета времени.
По схеме рис. 16б - управление коммутатором запрещено до начала отсчета и во время отсчета времени.
Таймер подключается к базе (Б) или затвору (G) (см. схемы выше) ключевого транзистора так, как это показано на рис. 17.
Еще один пример (рис. 19) использования данного таймера – установка через заданное время сервоприводов, регулятора оборотов двигателя модели и т.п. в заранее заданное положение с помощью устройств типа FAIL SAFE, например, для коптера/самолета: двигатели - газ в ноль, сервопривод – выброс парашюта, или для подводной лодки: горизонтальные рули – на всплытие, киль – на движение по кругу и т.п.
Таким образом, данное действие будет выполнено либо при потере сигнала с пульта, либо через заданное время.
Правда приготовьтесь бежать к месту приземления ЛА или вплавь добираться до всплывшей субмарины, нарезающей круги на поверхности воды ))))
Для этого примера снова доработаем схему таймера для работы с одним или несколькими устройствами FAIL SAFE (рис. 18).
Так же необходимо доработать устройство FS, точнее, выходящий из него соединительный кабель. Для этого надо разорвать провод сигнала РРМ и в разрыв установить резистор сопротивлением 1кОм (рис. 19).
Далее, к кабелю присоединить таймер следующим образом: выходной транзистор VT2…VTn таймера подсоединяется к линии сигнала РРМ (желтый, белый) со стороны устройства FS №1 … FS №n, а так же GND таймера к общему проводу (черный) устройства FS (рис. 19, 20).
При работе устройства необходимо сначала подать питание на таймер, а затем включить питание устройства FS (обычно оно питается от BEC в регуляторе). Это нужно для того, чтобы избежать перехода устройства FS в режим FS во время протекания переходных процессов при включении питания таймера.
Работает устройство следующим образом.
При замкнутом выключателе SB1 транзистор VT1 открыт, а транзисторы VT2…VTn закрыты и не шунтируют линию управляющего сигнала РРМ от приемника РУ до устройства FS. После размыкания SB1 начинается отсчет времени, по окончании которого транзистор VT1 закроется, а транзисторы VT2…VTn откроются и зашунтируют линию управляющего сигнала РРМ от приемника РУ до каждого устройства FS. Устройства FS, обнаружив пропадание сигнала, выдадут на исполнительные механизмы соответствующее задание.
Аналогично устройство FS отработает, если пропал сигнал от передатчика, при условии, что в приемнике РУ нет встроенной функции FS.
Если в приемнике есть встроенная функция FS, то необходимо настроить соответствующие каналы приемника РУ на такие же действия при пропадании сигнала, что настроены в устройствах FS.
Все вышеприведенные схемы собраны и опробованы на стенде, за исключением схемы переключения обмоток бесколлекторного электродвигателя (рис. 4). Указанные на схемах детали могут быть заменены на аналогичные по характеристикам, имеющиеся в продаже в магазинах радиодеталей Вашего города.
Ну, и напоследок, вариант автоматизации пуска модели баллистической ракеты шахтного базирования по модели вероятного противника ))). Схема приведена только как пример, поэтому номиналы деталей не указаны. Схема не собиралась и не опробовалась. Работоспособность схемы выверена путем анализа алгоритма работы схемы автоматики. Схема достаточно простая, содержит минимум общедоступных деталей и не требует программирования контроллеров (рис. 21).
Контакты и датчики:
S1 – геркон, нормально размокнут, установлен в шахте. Магнит установлен в модели ракеты.
S2- геркон, нормально размокнут, установлен в люке шахты.
S3 - геркон, нормально размокнут, установлен в люке шахты.
К1.1 – реле, нормально замкнут
К1.2 – реле, нормально замкнут
К1.3 – реле, нормально разомкнут
К2.1 – реле, нормально разомкнут
К2.2 – реле, нормально разомкнут
Схема приведена для следующих условий:
- выходной люк шахты закрыт;
- модель баллистической ракеты установлена в шахте;
- состояние датчиков и реле показано на схеме при включенном электропитании;
- команда на открытие люка, пуска модели ракеты и закрытия люка шахты осуществляется по одному каналу управления РУ с использованием приведенных в настоящей статье технических решений в полуавтоматическом режиме и на момент начала алгоритма отсутствует.
Алгоритм работы схемы автоматики.
При установленной в шахте модели ракеты геркон S1 замкнут, подавая напряжение лог.1 на нижний по схеме вход DD1.1, одновременно через этот же геркон подается напряжение питания на вход таймера, удерживая его в исходном состоянии. Через геркон S3 на вход таймера также подается напряжение питания, удерживая таймер в исходном состоянии.
При подаче команды «Пуск» на верхнем по схеме выводе DD1.1 появляется напряжение лог.1, при этом на выходе DD1.2 формируется команда «Открыть люк», в результате которой реле К2 срабатывает и контактами К2.1 и К2.2 подключает электродвигатель привода люка к источнику электропитания – люк открывается. При достижении люком открытого положения магнит, установленный на люке, приближается к геркону S2 и замыкает его. При этом напряжение лог. 1 подается на базу транзистора VT1 (сигнал «Люк открыт»), который блокирует команду «Открыть люк» и отключает реле К2. Одновременно сигнал «Люк открыт» поступает на нижний по схеме вход DD1.3, на верхнем по схеме входе которого уже присутствует команда с пульта РУ на запуск. Таким образом, на выходе DD1.4 формируется команда «Запуск двигателя», которая посредством ключа VT2 включает …хм…. запал твердотопливного двигателя ракеты?
После удачного пуска, модель ракеты уносит с собой магнит, в результате чего геркон S1 размыкается, запрещая повторное открытие люка и повторную процедуру запуска. Также при открытом люке разомкнут геркон S3, при этом на входе таймера отсутствует напряжение, следовательно, начат отсчет времени. Через 10 секунд реле К1 отпадет и своими контактами К1.1 и К1.2 подключит к источнику питания в обратном направлении электродвигатель привода люка, одновременно разомкнется контакт К1.3, заблокировав работу реле К2.
При достижении люком закрытого положения магнит, установленный на люке, приближается к геркону S3 и замыкает его, подавая на вход таймера напряжение питания – реле К1 срабатывает и отключает двигатель.
Схема возвращается в исходное состояние, однако пока не будет замкнут геркон S1 «Ракета в шахте», никакие пусковые операции выполняться не будут.
Не проработан вопрос нештатной ситуации и загрузки модели ракеты в шахту. Кому интересно – ломайте голову ))))
На этом заканчиваю очень краткий обзор того, что можно еще сделать с убитым сервоприводом.
Надеюсь, кому-нибудь пригодится...
Электронный выключатель питания зажигания (Opto) Товар http://www.parkflyer.ru/product/104680/
Выключатель от свободного канала р/у Dr. Mad Thrust Товар http://www.parkflyer.ru/product/1128573/
Это готовые изделия, позволяющие «не ломая голову что_и_как» установить их на модель и пользоваться.
И это огромный плюс! Но есть и минусы:
- практически все они переключаются при фиксированном задании %РРМ, как правило -100%...+100% без возможности установки произвольного уровня переключения;
- узкий функционал, а приспособить готовое изделие под свои задачи не всегда представляется возможным;
- долгое ожидание доставки и дополнительно ее оплата;
- как правило, практически нет возможности отремонтировать устройство, а покупка нового коммутатора – опять недели ожидания.
Теперь о «самоделках».
В первую очередь, отмечу немаленький минус в том, что для сборки требуется умение работать с паяльником и как минимум, начальные познания в электронике. Так же «самоделки» явно проигрывают в весе и размере указанным выше выключателям. Однако, используя соответствующие комплектующие и имея навыки компоновки радиоэлектронных устройств, можно все «уложить» в размеры спичечного коробка.
Плюсы же вижу в том, что:
- сервопривод с «убитой» механикой еще послужит, хоть и в другом качестве;
- возможность сконструировать коммутатор именно под свои цели и задачи;
- возможность установки произвольной точки включения/выключения, что дает возможность при аппаратном микшировании с любым каналом производить какие-либо переключения, например, включать на ЛА посадочные огни при малом уровне газа;
- возможность создать элементы автоматизации управления, без применения специализированных контроллеров;
- не нужно ждать неделями посылку и платить за доставку;
- в составе коммутаторов используются широкодоступные компоненты, которые есть в магазинах радиодеталей Вашего города;
- ремонтопригодность устройства;
Рассматриваемые в статье устройства рассчитаны на начинающего радиолюбителя…. хм…. электронщика…,
не представляют сложности в изготовлении и не требуют знания навыков программирования микропроцессорных устройств - достаточно просто отсчитать нужные ножки микросхемы и все спаять в соответствии с обозначениями выводов. Собранные из широкодоступных исправных деталей, коммутаторы начинают работать сразу, не требуя настройки режимов работы. Единственно - необходимо установить желаемый порог переключения.
В статье приведен далеко не полный перечень вариантов реализации коммутаторов с различным функционалом.
Все коммутаторы, выполненные на базе контроллера сервопривода, сохраняют свое состояние после пропадания сигнала управления (например, отключение пульта РУ), для изменения состояния коммутатора в этом случае рекомендуется воспользоваться (в случае, если приемник РУ не имеет встроенной функции FS) устройством, аналогичным этим:
Система аварийного отключения Turnigy (Fail safe) для моделей с ДВС Товар http://www.parkflyer.ru/product/1186363/
Fail Safe Suit All Nitro & Petrol Powered Vehicles FS02 Товар http://www.parkflyer.ru/product/1466934/
В описанных в статье коммутаторах используется контроллер сервопривода SG90. Стоимость нового сервопривода составляет от семидесяти рублей.
О том, как извлечь контроллер из корпуса сервопривода, краткое описание подключения, порядок установки нейтрали контроллера и т.п. можно посмотреть по ссылке, указанной в начале этой статьи (статья «Сервопривод. Жизнь после смерти»).
Все коммутаторы на базе контроллера сервопривода могут быть аппаратно (через Y-кабель, например) смикшированы с любым каналом РУ.
Нумерация выходов источника управляющего сигнала и входов контроллера сервопривода на схемах приведена условно, однако соответствует порядку расположения в соединительном кабеле.
Нумерация выходов контроллера на схемах приведена условно, выходы равнозначны, но работают инверсно по отношению друг к другу. Выбор конкретного выхода для использования в схеме определяется решаемыми задачами. При необходимости нужно просто поменять местами выходы контроллера либо полярность подключения крайних выводов датчика положения на плате контроллера.
На схемах маркировкой «А1» и «А2» обозначены
А1 - приемник РУ (либо сервотестер) , у которого на схеме показаны выходы одного произвольного канала.
А2 – контроллер сервопривода, из которого предстоит сделать тот или иной коммутатор.
Стоимость этих узлов не приводится, так как подразумевается, что они уже имеются.
Номиналы и тип комплектующих указаны на схемах и в описаниях.
Средняя стоимость компонентов в приведенных схемах примерно такова:
Диод КД522 – 5 руб/шт
Опторон транзисторный - 20руб/шт
Транзистор КТ315Г – 17руб/шт
Транзистор «мосфет» 55А/65В – 85руб/шт
Транзистор «мосфет» 0.4А/400В – 40руб/шт
Резистор постоянный, 0,25Вт – 5руб/шт
Резистор переменный – 38руб/шт
Реле – 63руб/шт
Стоимость в магазинах нашего региона.
1. Релейный коммутатор.
На рис. 1 представлен простой релейный коммутатор, состоящий из контроллера сервопривода, к выходу которого вместо микроэлектродвигателя подключено электромагнитное реле. Реле К1 включено через диод VD1.
Полярность включения диода определяет участок диапазона регулирования %РРМ слева и справа от «нейтрали», на котором реле будет включено (см. диаграмму 1).
Принцип работы:
При изменении задания с пульта РУ происходит увеличение напряжения (ШИМ-регулирование на выходе контроллера) на обмотке реле К1. При достижении напряжения срабатывания реле, последнее включается и своими контактами коммутирует электрическую цепь исполнительного устройства. Момент включения реле настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ. При уменьшении напряжения на обмотке реле и достижении напряжения возврата реле отключается.
Нейтрального положения нет.
Возможность установки произвольного порога включения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью обеспечивается применением контактной группы реле, электрически не связанной со схемой управления.
Реле следует выбирать с рабочим напряжением (напряжением срабатывания) 3,4-4,5В и рабочим током катушки до 50мА.
Такой коммутатор можно использовать для дистанционного включения/отключения различных устройств (световые приборы модели, системы зажигания двигателей и т.п.). Контакты реле могут быть задействованы так же в различных схемах автоматики управления.
Подключив к выходу контроллера сервопривода два реле параллельно через включенные встречно диоды (рис. 2) можно получить релейный коммутатор с нейтральным положением электрической цепи.
Принцип работы:
При изменении задания с пульта РУ вправо или влево от «нейтрали» происходит увеличение напряжения (ШИМ-регулирование на выходе контроллера) на обмотке соответствующего реле в зависимости от направления протекания тока на выходе контроллера. При достижении напряжения срабатывания реле (в соответствии «с направлением» диода), последнее включается и своими контактами коммутирует электрическую цепь исполнительного устройства.
Момент переключения реле настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ – в данном случае необходимо установить «нейтраль», т.е. момент, когда оба реле отключены.
При уменьшении напряжения на обмотке реле до напряжения возврата реле отключается. В положение «нейтраль» управляющего органа на пульте РУ оба реле отключаются (см. диаграмму 2).
Нейтральное положение есть.
Возможность установки произвольного порога переключения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью обеспечивается применением контактной группы реле, электрически не связанной со схемой управления.
Такой коммутатор, можно использовать, например, для изменения направления вращения электрических двигателей небольшой мощности с возможностью их останова. Для коммутации большой мощности придется устанавливать более мощные реле-повторители.
Управление двигателем постоянного тока:
Управление двигателем переменного тока (схема с ESC не испытывалась, поведение регулятора при таком переключении неизвестно !!! Однако, для самогО трехфазного двигателя схема рабочая):
Учитывая, что реле К1 и К2 в нормальном режиме никогда не могут быть включены одновременно, дополнительных блокировок не требуется.
Недостаток схемы кроется в ШИМ-регулировании выходного напряжения контроллера сервопривода. Из-за импульсного характера выходного напряжения может наблюдаться дребезг реле. Наличие дребезга зависит от времени возврата реле – «успеет» оно вернуться в исходное состояние или нет во время паузы между импульсами ШИМ. Ситуацию может несколько исправить включение электролитических конденсаторов параллельно катушкам реле, однако следует помнить, что увеличение емкости этих конденсаторов увеличивает время отключения реле после подачи команды на отключения.
Стоит отметить, что коммутаторы с реле, подключенным непосредственно к выходам контроллера сервопривода, к сожалению, критичны к выбору реле по электрическим характеристикам – нужных реле может просто не оказаться в продаже.
Значительно расширяет возможности выбора рабочих напряжений и токов обмоток реле применение внешнего ключа для управления реле. Внешний ключ, как правило, выполнен на биполярном или полевом транзисторе (для больших значений рабочего тока обмотки реле рекомендуется применять так называемые «мосфеты»). Выбор ключевого элемента производится исходя из параметров его нагрузки, т.е. электрических характеристик реле.
Здесь уже практически нет ограничений в выборе реле по сравнению с коммутаторами, изображенными на рис.1,2. На рис. 5 представлена схема такого коммутатора.
Принцип работы:
При отклонении управляющего органа канала РУ (стик на пульте РУ, регулятор сервотестера) от «нейтрали», предположим влево, на выводе 4 модуля А2 появляется положительное напряжение, которое через резистор R1 поступает на базу транзистора VT1, в результате чего последний открывается и подает напряжение на обмотку реле К1, которое своими контактами К1.1 коммутирует электрические цепи исполнительного механизма. При возвращении управляющего органа канала РУ в «нейтраль», либо в данном случае - правее ее, транзистор VT1 закрывается, обесточивая обмотку реле (см. диаграмму 3).
Резистор R2 служит для надежного закрывания транзистора при отсутствии управляющего напряжения.
Конденсатор С1 (емкостью 10…50мкф) служит для сглаживания пульсаций напряжения на входе ключа (а как мы помним там ШИМ-регулирование). Диод VD1 служит для защиты транзистора от пробоя токами самоиндукции реле и выбирается исходя из электрических параметров реле: минимум трехкратный запас по напряжению и двукратный запас по току.
Момент включения реле настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ.
При использовании вывода 5 контроллера алгоритм работы выключателя изменится на противоположный.
К выводу 5 контроллера может быть подключен аналогичный каскад (К2). Оба реле будут работать инверсно по отношению друг к другу.
Нейтрального положения нет.
Возможность установки произвольного порога включения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью обеспечивается применением контактной группы реле, электрически не связанной со схемой управления.
При выборе реле следует выбирать рабочее напряжение обмотки на 10-20% ниже напряжения питания, что обусловлено падением напряжения на переходе биполярного транзистора. Ток срабатывания реле не более 70мА.
Для более мощных реле можно применить ключ, реализованный на полевом транзисторе – мосфете (рис. 6).
Диод следует выбирать в соответствии с характеристиками обмотки реле.
Напряжение питания может отличаться от приведенного на схеме в зависимости от электрических характеристик реле.
К сожалению видео снимать нечем, попробовал фотоаппаратом - качество вообще никакое. Все же решил один ролик вставить - комплектуху там не видно, но можно понять как устанавливать порог включения.
Еще один вариант релейного коммутатора – релейный переключатель с нейтральным положением (рис. 7).
Для сопряжения контроллера сервопривода с силовыми ключами используются транзисторные оптроны (рис. 7а).
Принцип работы:
При изменении задания с пульта РУ вправо или влево от «нейтрали» зажигается соответствующий светодиод внутри оптопары, который воздействует на оптотранзистор в этой же оптопаре исполнительной части коммутатора (рис. 7б).
При этом, при изменении задания %РРМ, скажем влево от «нейтрали», на выводе 5 относительно вывода 4 контроллера устанавливается отрицательное напряжение, которое подается через диод VD2 на светодиод оптрона DA2.1, вызывая его свечение. Аналогично, при изменении задания %РРМ в противоположную от «нейтрали» сторону (вправо), на выводе 5 относительно вывода 4 контроллера устанавливается положительное напряжение, которое подается через диод VD1 на светодиод оптрона DA1.1, вызывая его свечение.
В «нейтрали» напряжение на выводе 5 относительно вывода 4 контроллера отсутствует и оба светодиода погашены.
Диоды VD1 и VD2 защищают светодиоды оптопары от обратного напряжения. Резистор R1 ограничивает ток через светодиоды. Его сопротивление подбирается исходя из допустимого тока через светодиод оптопары в соответс вии с рекомендациями ее производителя.
При освещении транзистора оптопары DA1 открывается транзистор DA1.2 и подает напряжение питания на вход транзисторного ключа VT1, открывая его. Схема и работа ключа описана выше и не вижу смысла дублировать текст.
Аналогично работает оптопара DA2. В нейтральном положении, когда ни один светодиод оптопар не горит, транзисторы DA1.2 и DA2.2 закрыты, транзисторы VT1 и VT2 так же закрыты, а оба реле – отключены.
Момент переключения реле настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ – в данном случае необходимо установить «нейтраль», т.е. момент, когда оба реле отключены.
Алгоритм работы переключателя аналогичен указанному на диаграмме 2, за исключением того, что в данном переключателе практически отсутствует зона нечувствительности коммутатора.
Нейтральное положение – есть, строго в «нейтрали».
Возможность установки произвольного порога переключения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью обеспечивается применением контактной группы реле, электрически не связанной со схемой управления, а при необходимости и отдельным питанием исполнительной части коммутатора.
Также, вместо реле можно включить лампочку накаливания, светодиод, электродвигатель постоянного тока, электромагнит и т.п. Однако следует помнить, что электромагнитное реле является пороговым элементом, т.е. включается и выключается при определенном напряжении на его обмотке. Поэтому при работе коммутатора мы видим четкое включение/выключение реле. Световые приборы же не имеют четкого порога включения и будут изменять яркость свечения по мере изменения уровня задания %РРМ с пульта РУ – работа регулятора описана в материале по ссылке в начале этой статьи (статья «Сервопривод. Жизнь после смерти.»). Тоже самое с оборотами электродвигателя. Кроме того будет заметно мерцание световых приборов, особенно светодиодов. Для питания же электронных устройств, их включение вместо реле не подходит вообще, так как не будет обеспечена стабильность напряжения питания и уровень пульсаций питающего напряжения.
2. Электронный коммутатор.
Электронные коммутаторы сложнее в схемотехнике (но не в изготовлении), зато позволяют реализовать больший функционал, гибкость решений и большую нагрузочную способность по сравнению с контактной группой малогабаритных реле. При этом зачастую выигрывают в весе по сравнению с релейными коммутаторами при равной коммутируемой нагрузке.
Управляющая часть для электронного коммутатора остается без изменений, как указано на рисунке 7а.
Ниже будут рассмотрены различные варианты исполнительной части электронного коммутатора.
Как уже отмечалось, простой релейный коммутатор (рис. 1,2) имеет недостаток, выражающийся в дребезге реле, который в принципе можно минимизировать сглаживанием пульсаций с помощью электролитического конденсатора (рис. 5,7). Так же, к недостаткам можно отнести сравнительно небольшой коммутируемый ток малогабаритных реле. Увеличение же этого тока ведет к неизбежному увеличению габаритов реле в целом.
В тоже время, современные полевые транзисторы большой мощности (т.н. «мосфеты»), обладая высоким входным сопротивлением, малыми токами управления и ничтожно малым сопротивлением открытого перехода, позволяют коммутировать большие токи при небольших размерах, а средняя цена одного «мосфета» на 50А-70А соизмерима с ценой реле, коммутирующего токи всего до 10А (около 100 руб.).
Электронные коммутаторы позволяют обеспечить:
- отсутствие дребезга контактов, бесшумное замыкание
- отсутствие чувствительности к ударным нагрузкам, вибрации и положению монтажа
- отсутствие механизмов электромагнитного износа
- неограниченное число замыканий контактов
- длительный срок службы и надежность
- зачастую меньшие габариты и вес по сравнению с аналогичным реле.
Применение в электронном коммутаторе цифровых логических микросхем позволяет создавать простые и недорогие коммутаторы с надежной фиксацией положения и возможностью автоматизации отдельных функций.
Фиксация положения выключателя основана на применении триггера-«защелки». Если коротко, то триггер-«защелка» представляет собой RS-триггер – устройство, которое изменяет состояние своих выходов (а их в данном случае два: прямой и инверсный) при подаче напряжения логического уровня (лог. 0 или лог.1) на соответствующий управляющий вход. У RS-триггера в нашем случае два входа – «R» и «S»:
Вход «S» = «Set» = «Установка»
Вход «R» = «Reset» = «Сброс»
Рассмотрим коротко схему работы триггера (рис. 8).
В нормальном режиме на входы «R» и «S» через резисторы R1 и R2 соответственно подается напряжение питания («лог. 1»). На схеме видно, что обозначение обоих входов имеет черту над буквой. Это означает, что данный вход управляется инверсно, т.е., чтобы активировать вход, на него нужно подать лог. 0.
Подадим на вход «S» напряжение лог. 0 посредством кратковременного нажатия кнопки SB1, при этом на выходе «Q» установится уровень лог. 1, а на выходе Qинв («с черточкой») установится уровень лог. 0. Теперь сколько угодно долго можно жать на кнопку SB1, сколько угодно импульсов подавать с ее помощью – состояние триггера не изменится до тех пор, пока не будет подано с помощью кнопки SB2 напряжение лог. 0 на вход «R». После подачи напряжения лог. 0 на вход «R» триггер сбрасывается, при этом состояние обоих его выходов меняются на противоположное.
Таким образом, в отличии от релейного коммутатора (рис. 1,2,5) не имеет значения сколько импульсов подано на вход - один или несколько – сразу же после первого импульса на входе триггера, его выходы зафиксируют и не изменят свое состояние до прихода управляющего импульса на вход сброса, а значит и напряжение на выходе коммутатора не будет меняться в зависимости от скважности ШИМ на входе и может быть применено для питания практически любого устройства.
Вариант исполнения такого коммутатора представлен на рисунке 9.
RS-триггер собран на двух элементах (всего в микросхеме их четыре и два других могут быть задействованы для реализации второго аналогичного коммутатора со своей управляющей частью) 2И-НЕ микросхемы DD1. Триггером управляет уже знакомая нам по рис. 7а оптопара, описание ее «светящейся» части смотрите выше – мы уже условились рассматривать далее только исполнительную часть коммутаторов. Оптотранзистор в составе соответствующей оптопары DA1(DA2) открываясь, подает напряжение лог. О на соответствующий вход триггера, устанавливая или сбрасывая его. При этом на выходах триггера устанавливаются логические уровни так, как это описано в пояснении принципа работы RS-триггера (рис. 8).
Микросхема DD1 и ее входные цепи питаются от стабилизатора DA3 напряжением 9В, что дает возможность использовать коммутатор в широком диапазоне питающих напряжений.
Момент включения коммутатора настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ.
При использовании выхода 2 триггера DD1.1-DD1.2 алгоритм работы выключателя изменится на противоположный.
К выходу 2 триггера DD1.1-DD1.2 может быть подключен аналогичный каскад (VT2) для «Нагрузки 2». Оба ключа будут работать инверсно по отношению друг к другу.
Нейтрального положения нет.
Возможность установки произвольного порога включения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью может быть обеспечена отдельным питанием исполнительной части.
Еще пара коммутаторов, которые могут занять место в моделях. Расскажу о них совсем кратко.
Переключатель поворотов модели автомобиля. Исполнительная часть переключателя поворотов реализована на логической микросхеме, содержащей 4 элемента 2ИЛИ-HЕ (рис. 10).
На элементах DD1.1,DD1.2 собран генератор импульсов, на элементах DD1.3,DD1.4 собраны управляемые коммутаторы сигнала указателя поворотов, соответственно правого и левого.
Включением и выключением сигнала поворота управляет контроллер сервопривода с подключенной на выходе оптопарой на каждое направление, рис. 7а.
Контроллер переключателя может быть аппаратно смикширован через Y-разветвитель с каналом управления поворотом колес – «рулем» (если это модель авто).
Момент включения сигнала поворота настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ – в данном случае необходимо установить «нейтраль», т.е. момент, когда колеса «стоят прямо» и автомобиль движется по ровной траектории, а указатели поворота при этом не мигают.
Алгоритм работы переключателя изображен на диаграмме 4, зона нечувствительности коммутатора практически отсутствует.
Подбором резистора R3 от 100кОм до 1МОм можно изменять частоту мигания указателей поворотов.
Транзисторы VT1 и VT2 могут быть любыми с рабочим напряжением не менее 20В и током не менее 100мА и
могут быть заменены на любые другие биполярные и полевые («мосфеты») транзисторы в зависимости от мощности примененных световых приборов.
Светодиоды VD1-VD4 выбираются исходя из потребностей применительно к размеру и копийности модели.
Резистор R6 рассчитывается с учетом номинального тока через цепочку из двух светодиодов.
Нейтральное положение – есть, строго в «нейтрали».
Возможность установки произвольного порога переключения во всем диапазоне регулирования %РРМ - есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью обеспечивается при необходимости отдельным питанием исполнительной части коммутатора.
На авиамодель можно установить переключатель огней – консольных и сигнальных.
Работа переключателя внешне сходна с работой стробоскопа - поочередно один раз вспыхивают две цепочки светодиодов, потом пауза и все повторяется. Применение "мигающей" технологии позволяет включать сверхяркие светодиоды на токе до 70% номинального, обеспечивая при этом компромисс между яркостью свечения и нагревом при работе без радиатора. Коммутатор собран на логических микросхемах 561й серии (рис. 11).
На элементах DD1.1,DD1.2 собран уже известный нам RS-триггер, на элементах DD1.3,DD1.4 – генератор импульсов. На микросхеме DD2 собран переключатель огней – на его выходах последовательно с каждым входным импульсом появляется лог.1. Всего выходов - 10, используются два. Можно и "бегущие огни" сделать )))) Изменяя сопротивление резистора R3 в пределах от 30кОм до 1Мом можно изменять частоту переключения огней, при этом следует помнить, что счетчик DD2 является делителем частоты на 10.
Момент включения коммутатора настраивается датчиком положения контроллера сервопривода при заданном уровне %РРМ.
Нейтрального положения нет.
Возможность установки произвольного порога включения во всем диапазоне регулирования %РРМ есть.
Гальваническая развязка с коммутируемой электрической цепью может быть обеспечена отдельным питанием исполнительной части.
Световые приборы выбираются, исходя из требований к яркости свечения. Силовые ключи VT1 и VT2 подбираются в соответствии с мощностью выбранных световых приборов.
Если дистанционное включение/отключение огней не требуется, то все, что на схеме находится левее элемента DD1.3, можно исключить (включая управляющую часть этого коммутатора), а вывод 9 элемента DD1.3 соединить с выводом 8 этого же элемента (рис. 12). В этом случае схема начинает работать сразу после подачи напряжения питания.
3. Элементы автоматического управления.
Ряд коммутаторов может быть отнесен к элементам автоматического управления. Их великое множество, все их рассматривать нет смысла. Рассмотрим устройство ограничения времени работы – таймер.
Простой таймер с регулируемой выдержкой времени (рис. 13). Такой таймер может, например, быть использован для ограничения времени работы модели, изменения режима работы узлов и механизмов, остановки двигателя и выпуска парашюта летающей модели и т.п.
Таймер выполнен на полевом транзисторе, в данном случае – «мосфет». Указанный на схеме транзистор самый «слабенький» из всех мосфетов, имеющихся в широкой продаже в магазинах радиодеталей, его максимальный ток всего 0.4А. Проблем с мосфетами меньше, а по стоимости (40 руб.) он соизмерим с обычным «полевиком», типа КП103, КП303 и ему подобными (33 руб.).
Итак, работа схемы. Напряжение питания через резистор R1, контакт тумблера SB1 и резистор R4 подается на затвор (вывод G) транзистора VT1, в результате чего реле К1 срабатывает, а его контакт К1.1. размыкается. Одновременно через резистор R1, ограничивающий ток заряда конденсатора С1, напряжение питания подается на конденсатор С1. Конденсатор С1, резисторы R2 и R3 образуют времязадающую цепочку.
После размыкания контакта SB1 конденсатор С1 начинает разряжаться через цепь R2 и R3 (начинается отсчет времени).
Как только напряжение на конденсаторе С1 достигнет порога закрытия транзистора, последний закроется и обесточит реле. В результате реле отключится, его нормально замкнутый контакт вернется в замкнутое состояние и приведет в действие исполнительный механизм.
Диод VD1 служит для защиты транзистора от пробоя токами самоиндукции катушки реле (к слову сказать, практически все мосфеты имеют встроенную такую защиту, и это еще один их плюс, по сравнению с обычными транзисторами).
При указанных на схеме деталях время выдержки составляет от 25сек до 4,5мин.
Изменением емкости конденсатора в ту или иную сторону можно увеличить или уменьшить максимальное время.
Для отмены отсчета времени без срабатывания исполнительного механизма (и повторного отсчета времени сначала) необходимо замкнуть (и разомкнуть) контакт SB1.
Для отмены отсчета времени и досрочного срабатывания исполнительного механизма можно дополнить таймер времени кнопкой SBxx, подключенной через резистор Rxx (100-300 Ом), как показано на рис. 14. При кратковременном замыкании контактов кнопки (при разомкнутом контакте SB1) происходит быстрый разряд конденсатора С1 через резистор Rxx ниже порога удержания транзистора VT1, далее – все как описано выше.
Таймер может быть запущен дистанционно с пульта РУ. Для этого необходимо оснастить таймер управляющей частью, рис. 15, выделена красным прямоугольником. Выключатель SB1 в данном случае не нужен, резистор R1 меняет точку подключения с +12В на вход времязадающей цепи и через него подается сигнал управления. В этом случае, таймер может быть запущен в любое время с пульта.
Градуировка шкалы переменного резистора R3 должна быть выполнена для каждого варианта таймера - релейного и электронного – отдельно.
А теперь несколько практических схем с применением вышеописанного таймера.
Ну, самое очевидное – использование контактов реле для замыкания/размыкания/переключения электрической цепи, состоящей из лампочки и батарейки приводить не буду, ибо это еще в школе на уроках физики пройдено.
Рассмотрим вариант применения данного таймера в релейных и электронных коммутаторах, описанных выше, а также в схемах автоматики, а также в схемах управления бортовой механикой.
Итак, для работы с релейными и электронными коммутаторами, изображенными на рис. 5, 6, 7б и 9, а также с регуляторами, описанными в статье «Сервопривод. Жизнь после смерти.» по ссылке в начале этой статьи и имеющими аналогичную схему управления выходным ключом, необходимо доработать схему таймера для управления с его помощью указанными коммутаторами и регуляторами (рис. 16а, 16б).
По схеме рис. 16а – управление коммутатором разрешено до начала отсчета и во время отсчета времени.
По схеме рис. 16б - управление коммутатором запрещено до начала отсчета и во время отсчета времени.
Таймер подключается к базе (Б) или затвору (G) (см. схемы выше) ключевого транзистора так, как это показано на рис. 17.
Еще один пример (рис. 19) использования данного таймера – установка через заданное время сервоприводов, регулятора оборотов двигателя модели и т.п. в заранее заданное положение с помощью устройств типа FAIL SAFE, например, для коптера/самолета: двигатели - газ в ноль, сервопривод – выброс парашюта, или для подводной лодки: горизонтальные рули – на всплытие, киль – на движение по кругу и т.п.
Таким образом, данное действие будет выполнено либо при потере сигнала с пульта, либо через заданное время.
Правда приготовьтесь бежать к месту приземления ЛА или вплавь добираться до всплывшей субмарины, нарезающей круги на поверхности воды ))))
Для этого примера снова доработаем схему таймера для работы с одним или несколькими устройствами FAIL SAFE (рис. 18).
Так же необходимо доработать устройство FS, точнее, выходящий из него соединительный кабель. Для этого надо разорвать провод сигнала РРМ и в разрыв установить резистор сопротивлением 1кОм (рис. 19).
Далее, к кабелю присоединить таймер следующим образом: выходной транзистор VT2…VTn таймера подсоединяется к линии сигнала РРМ (желтый, белый) со стороны устройства FS №1 … FS №n, а так же GND таймера к общему проводу (черный) устройства FS (рис. 19, 20).
При работе устройства необходимо сначала подать питание на таймер, а затем включить питание устройства FS (обычно оно питается от BEC в регуляторе). Это нужно для того, чтобы избежать перехода устройства FS в режим FS во время протекания переходных процессов при включении питания таймера.
Работает устройство следующим образом.
При замкнутом выключателе SB1 транзистор VT1 открыт, а транзисторы VT2…VTn закрыты и не шунтируют линию управляющего сигнала РРМ от приемника РУ до устройства FS. После размыкания SB1 начинается отсчет времени, по окончании которого транзистор VT1 закроется, а транзисторы VT2…VTn откроются и зашунтируют линию управляющего сигнала РРМ от приемника РУ до каждого устройства FS. Устройства FS, обнаружив пропадание сигнала, выдадут на исполнительные механизмы соответствующее задание.
Аналогично устройство FS отработает, если пропал сигнал от передатчика, при условии, что в приемнике РУ нет встроенной функции FS.
Если в приемнике есть встроенная функция FS, то необходимо настроить соответствующие каналы приемника РУ на такие же действия при пропадании сигнала, что настроены в устройствах FS.
Все вышеприведенные схемы собраны и опробованы на стенде, за исключением схемы переключения обмоток бесколлекторного электродвигателя (рис. 4). Указанные на схемах детали могут быть заменены на аналогичные по характеристикам, имеющиеся в продаже в магазинах радиодеталей Вашего города.
Ну, и напоследок, вариант автоматизации пуска модели баллистической ракеты шахтного базирования по модели вероятного противника ))). Схема приведена только как пример, поэтому номиналы деталей не указаны. Схема не собиралась и не опробовалась. Работоспособность схемы выверена путем анализа алгоритма работы схемы автоматики. Схема достаточно простая, содержит минимум общедоступных деталей и не требует программирования контроллеров (рис. 21).
Контакты и датчики:
S1 – геркон, нормально размокнут, установлен в шахте. Магнит установлен в модели ракеты.
S2- геркон, нормально размокнут, установлен в люке шахты.
S3 - геркон, нормально размокнут, установлен в люке шахты.
К1.1 – реле, нормально замкнут
К1.2 – реле, нормально замкнут
К1.3 – реле, нормально разомкнут
К2.1 – реле, нормально разомкнут
К2.2 – реле, нормально разомкнут
Схема приведена для следующих условий:
- выходной люк шахты закрыт;
- модель баллистической ракеты установлена в шахте;
- состояние датчиков и реле показано на схеме при включенном электропитании;
- команда на открытие люка, пуска модели ракеты и закрытия люка шахты осуществляется по одному каналу управления РУ с использованием приведенных в настоящей статье технических решений в полуавтоматическом режиме и на момент начала алгоритма отсутствует.
Алгоритм работы схемы автоматики.
При установленной в шахте модели ракеты геркон S1 замкнут, подавая напряжение лог.1 на нижний по схеме вход DD1.1, одновременно через этот же геркон подается напряжение питания на вход таймера, удерживая его в исходном состоянии. Через геркон S3 на вход таймера также подается напряжение питания, удерживая таймер в исходном состоянии.
При подаче команды «Пуск» на верхнем по схеме выводе DD1.1 появляется напряжение лог.1, при этом на выходе DD1.2 формируется команда «Открыть люк», в результате которой реле К2 срабатывает и контактами К2.1 и К2.2 подключает электродвигатель привода люка к источнику электропитания – люк открывается. При достижении люком открытого положения магнит, установленный на люке, приближается к геркону S2 и замыкает его. При этом напряжение лог. 1 подается на базу транзистора VT1 (сигнал «Люк открыт»), который блокирует команду «Открыть люк» и отключает реле К2. Одновременно сигнал «Люк открыт» поступает на нижний по схеме вход DD1.3, на верхнем по схеме входе которого уже присутствует команда с пульта РУ на запуск. Таким образом, на выходе DD1.4 формируется команда «Запуск двигателя», которая посредством ключа VT2 включает …хм…. запал твердотопливного двигателя ракеты?
После удачного пуска, модель ракеты уносит с собой магнит, в результате чего геркон S1 размыкается, запрещая повторное открытие люка и повторную процедуру запуска. Также при открытом люке разомкнут геркон S3, при этом на входе таймера отсутствует напряжение, следовательно, начат отсчет времени. Через 10 секунд реле К1 отпадет и своими контактами К1.1 и К1.2 подключит к источнику питания в обратном направлении электродвигатель привода люка, одновременно разомкнется контакт К1.3, заблокировав работу реле К2.
При достижении люком закрытого положения магнит, установленный на люке, приближается к геркону S3 и замыкает его, подавая на вход таймера напряжение питания – реле К1 срабатывает и отключает двигатель.
Схема возвращается в исходное состояние, однако пока не будет замкнут геркон S1 «Ракета в шахте», никакие пусковые операции выполняться не будут.
Не проработан вопрос нештатной ситуации и загрузки модели ракеты в шахту. Кому интересно – ломайте голову ))))
На этом заканчиваю очень краткий обзор того, что можно еще сделать с убитым сервоприводом.
Надеюсь, кому-нибудь пригодится...
a147258a собачка yandex.ru
в наличии имеется вот такой сгоревший регулятор. Какие транзисторы с него можно использовать для схемы питания калильной свечи?
Уцелевшие FDD6680 с учетом допустимого максимального напряжения (30В):
http://media.digikey.com/pdf/Data Sheets/Fairchild PDFs/FDD6680.pdf
При токе в 20А кристаллу надо будет рассеять относительно большую мощность и без радиатора, одним пласмассовым корпусом он этого не осилит )))
У мосфетов с n-каналом на большие токи сопротивление открытого перехода составляет единицы миллиОм, что позволяет их использовать в ключах большой мощности "почти" без отвода тепла, так как мощность, рассеиваемая кристаллом относительно невелика.
Как-то так....
Андрей, можете выложить схему для включения калильной свечи!
Т.е. используем плату сервопривода, ключ на MOSFET транзисторе (желательно взятый из сгоревших бесколлекторных регуляторов).
Пробовал, собирал верхнюю схему. Полевик использовал из сгоревшего регуля, N-канальный. Работает отлично.
Рис 6 - вместо реле включить свечу, только питание выходного каскада не 12В, а 1,5 - как показано на первом рисунке у Дмитрия Киселева. В обоих случаях напряжение будет изменяться в небольших пределах при изменении задания на пульте (см. ссылку в начале статьи о регуляторах на базе контроллера сервопривода).
Для четкого включения-выключения и без источника питания 1,5В можно применить схему рис. 9., где доработать немного коммутатор, снабдив его ШИМ-регулятором напряжения - там в микросхеме DD1 как раз два элемента свободны.
Доработанная схема с простейшим ШИМ-регулятором (для питания свечи):
Резистором R3 устанавливается напряжение на свече.
Стабилизации выходного напряжения нет.
Транзистор VT1 потребует совсем небольшого теплоотвода - им возможно может служить изолированный алюминиевый кронштейн на котором крепится электроника.
В конечном итоге и релейный коммутатор можно использовать. Контакты реле должны быть расчитаны на постоянный ток не менее трех ампер.
1. Что за транзистор используется в приведенной схеме?
2. Можно ли упростить схему, удалив оптроны и RS триггер?
3. В каком диапазоне регулируется напряжение на выходе транзистора с ипользованием ШИМ регулятора?
4. Можно ли собрать ШИМ регулятор с ипользованием микросхем с дохлых регуляторов?
2. Не совсем так. В любом случае придется "оставшуюся" часть как-то включать - навряд ли это можно назвать упрощением, ведь вместо одного выключателя (оптроны и пол м/с DD1) придется делать другой. Это первое. Второе - если Вы собрались все равно оставить корпус DD1, чтобы из одной половины сделать регулятор напряжения , то почему бы на второй половине не сделать выключатель, зачем еще что-то городить? Тем более, что оптроны любые доступные подойдкт, а применение их реально сэкономит место и вес. Да, даже и стоимость комлектухи, пусть и не значительно.
3. К сожалению, у меня нет свечи для экспериментов. На сопротивлении 0.5 Ома (свеча 1,5В 3А) получил 0,8В.
4. Не могу сказать. С дохлыми регулями не экспериментировал - просто нет их ))) Если Вы сможете показать плату (фото крупно) с двух сторон, то посмотрю, что можно с этим сделать.
спасибо за ответы!
Радиорынок не совсем рядом! Поэтому интересовало использование радиодеталей, что имеются под рукой!
Будем пробовать!
автору респект!
схемки на все случаи жизни.
народ не скупитесь на плюсики
от себя добавлю - где можно обойтись без релюх - ОБХОДИТЕСЬ БЕЗ РЕЛЕ ибо в моделизме мелочей не бывает.
ну или на кройняк использовать герконовые (но тут ограничение - я ни где не встречал герконовых реле с перекючяющимеся контактами).
Спасибо за ваши труды!
Спасибо!
Просто вытаскиваем исправную плату с электроникой из дохлой сервы, кладем перед собой. Различаем по фото где какой вход/выход. Там тоже не сложно - при демонтаже видно куда припаян датчик положения (обычный переменный резистор), штатный кабель с разъемом не трогаем. Точки, куда припаян микроэлектродвигатель - и есть выходы "А" и "В". Они равнозначны, но работают "наоборот" по отношению друг другу.
В магазе (если продавец - > продавец))) приходим и говорим: "мне нужно реле с рабочим напряжением на ХХвольт, током контактов Хампер" - смотрим предложенные размеры, "нужен мосфет с n-каналом на 10ампер/50вольт". Покупаем. Если вариантов много - можно переписать их на бумажку, в сети погуглить характеристики и выбрать из предложенного.
Я сам так (в магазе) делаю. И вовсе не потому, что не знаю электроники - я с ней много лет живу ))), а потому, что сейчас на рынке доступно много всякой комплектухи. Бывает так, что подбираешь по параметрам нужный транзюк, приходишь в магаз с его типом, а там его нет - зато есть полтора десятка полных аналогов по параметрам. Поэтому с некоторых пор я и стал в магазе с прашивать не по типу, а по параметрам.
Далее в сети нужно погуглить на яндексе расположение ног (G,D,S иди БКЭ) транзистора - в конце первой статьи написано об этом. Ноги у микросхем вообще просто по порядку - даже не нужно знать как работают элементы внутри нее. Дальше по внешнему виду соединяем обозначенные на схеме выводы - все устройства не требуют наладки и подбора рабочих режимов в радиотехнической лаборатории.
Это я для тех, кто не дружит с электроникой. Могу помочь в скайпе или мылом.