Главная » Статьи » Эксперименты » Прочие

Использование 555 таймера в качестве драйвера

Для коммутации ускоряющих катушек в гауссовке используются силовые полупроводниковые ключи  - МОП-транзисторы (англ. MOSFET), биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) или тиристоры (SCR). С точки зрения управления тиристоры самые простые, и для них я в свое время разработал пару схем драйверов (совмещенных с оптическими датчиками положения снаряда).

С транзисторами же дело обстоит сложнее - к их затворам нужно прикладывать постоянное напряжение определенной амплитуды от источника с низким выходным сопротивлением. Для этой цели обычно используются специализированные микросхемы драйверов (множество из них выпускается, например, фирмой Infineon). Эти ИС имеются на рынке в большом разнообразии, в том числе драйверы верхних и нижних каналов, с прямым или инверсным входом, одно- и двухканальные и т. д.. Проблема с ними только одна - их высокая цена, что становится особенно ощутимо, если речь идет о многоступенчатом ускорителе.

Эту неприятность можно преодолеть, если использовать в качестве драйвера очень широко распространенную ИС 555-го таймера. Эта микросхема известна каждому радиолюбителю и выпускается множеством фирм под различными наименованиями. Некоторые их приведены в таблице ниже (взято отсюда):

Производитель

Название микросхемы

ECG Philips

ECG955M

Exar

XR-555

Fairchild

NE555

Harris

HA555

Intersil

SE555/NE555

Lithic Systems

LC555

Maxim

ICM7555

Motorola

MC1455/MC1555

National

LM1455/LM555C

NTE Silvania

NTE955M

Raytheon

RM555/RC555

RCA

CA555/CA555C

Sanyo

LC7555

Texas Instruments

SN52555/SN72555

Принципы функционирования этой ИС описаны во множестве мест, и здесь я на этом останавливаться не буду,  только отмечу, что она обладает значительным (до 200 мА) выходным током и очень дешева, что позволяет использовать ее для наших целей.

На первом рисунке приведена схема включения таймера как простого драйвера МОП-  или IGBT-транзистора. При этом сигнал на входе поступает на выход с инверсией (т. е. для получения высокого уровня на выходе надо на вход подать низкий уровень). Значение резистора R1 может быть в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен Ом в зависимости от емкости затвора используемого ключа (чем более "тяжелый" затвор, т. е. чем более мощный транзистор Т1 мы используем, тем меньше должен быть номинал R1). В маломощных схемах допустимо применение МОП-транзисторов с логическими уровнями переключения (например, серия IRL...), тогда R1 лучше взять еще поменьше, а напряжение питания можно уменьшить до 5..6 В (в таком случае таймер может управляться сигналами непосредственно с выхода 5-вольтового микроконтроллера ). При использовании же обычных ключей (у которых пороговое напряжение открывания от 2 до 4 В), лучше использовать, как минимум, 10-вольтовое питание. 

Особенностью схемы является ее высокая помехоустойчивость (для запуска должен быть приложен перепад уровня не менее 2/3 Uпит) и повышенная мощность по запиранию ключа (для этой цели используется выход с открытым коллектором 7, соединенный прямо к затвору транзистора).

На втором рисунке показана схема управления таймером от оптического датчика, которым может служить фотодиод или фототранзистор. В этом случае при затенении датчика проходящим снарядом напряжение на выходе резко падает, что и запускает таймер. Если в качестве детектора используется фототранзистор (как на рисунке), то номинал R2 может быть от единиц до десятков кОм, если же фотодиод - от десятков до сотен кОм.

 

Вывод 4 здесь может использоваться для дополнительного стробирования таймера (для чего необходима отдельная сигнальная линия, общая для драйверов всех ступеней ускорителя).  Это может понадобится в том случае, когда есть опасение, что снаряд  по какой-то причине задержится в стволе напротив фотодатчика на время сверх запланированного - тогда, если ничего не предпринять, весь заряд из боевого конденсатора нашего гаусса "сольется" через один ключ, что может привести к его выгоранию или замыканию катушки, которую он коммутирует (такой случай описывает Д.Пол). Еще хуже будет ситуация, если мы работаем с электромагнитным ускорителем, питающимся напрямую от аккумуляторной батареи - тогда есть вероятность выхода из строя и дорогостоящего аккумулятора... Поэтому во всех своих проектах я использую сигнал того или иного вида, стробирующий  работу всех ступеней, с длительностью, заведомо превышающий длительность разгона снаряда (порядка десятой доли секунды).

Наконец, на последней схеме изображено применение таймера в качестве одновибратора, запускаемого непосредственно от оптического датчика. 

Такой способ включения может понадобиться, если ключ надо открывать на время, превышающее длительность затенения фотодатчика (например, если длина катушки больше длины снаряда - такая ситуация вероятна в ускорителях малой и средней мощности). Здесь при срабатывании датчика таймер генерирует открывающий сигнал длительностью ~ 1,1·R3·C1 (если R3 является потенциометром, то его можно подстраивать).

Следует отметить, что все перечисленные схемы можно использовать и для управления  обычными тиристорами.

 

    

 

 

Категория: Прочие | Добавил: Eugen (23.04.2021)
Просмотров: 504 | Теги: gaussgun, гауссовка, gauss gun, Драйвер, койлган, силовой ключ, coilgun, пушка Гаусса | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]