Цифровизация процесса проектирования зарядного устройства

1.

Сибирский Федеральный Университет
Институт космических и информационных технологий
Цифровизация процесса проектирования зарядного
устройства
Презентация к выпускной квалификационной работе
Студент: А.Д. Мартыненко, 4 курс, группа КИ21-05Б
Руководитель: доктор тех. наук Ю.В. Краснобаев
Красноярск 2025

2.

Актуальность работы
Рост рынка зарядных устройств: Согласно исследованиям, мировой рынок
зарядных устройств к 2027 году достигнет $38,2 млрд, что подчеркивает
высокий спрос на подобные устройства.
Цифровизация проектирования: 72% производителей отмечают цифровизацию
как ключевой фактор конкурентоспособности, что делает автоматизацию
процессов проектирования особенно актуальной.
Увеличение устройств с автономным питанием: Количество таких устройств
растет на 17% ежегодно, что требует разработки эффективных и надежных
зарядных устройств.
2

3.

Цели и задачи работы
Цель работы - автоматизированное проектирование зарядного устройства для
аккумулятора с акцентом на расчет, оптимизацию элементов схемы, моделирование режимов
работы и разработку топологии печатной платы.
Задачи:
• Анализ ТЗ, выбор схемотехнического решения и патентно-информационный поиск.
• Исследование типов аккумуляторов, методов заряда и управляющих сигналов.
• Анализ возможностей CAD/CAM/CAE-систем для проектирования электронных
устройств.
• Разработка и моделирование схемы ЗУ в Cadence OrCAD с анализом выходных
характеристик.
• Исследование устойчивости схемы методами Монте-Карло и анализа чувствительности.
• Проектирование печатной платы в EasyEDA (компоновка) и TopoR (трассировка) с
минимизацией паразитных эффектов.
• Механический анализ платы (напряжения, деформации) в APM FEM.
3

4.

Принципиальная схема зарядного устройства
4

5.

• зеленая
линия
–
график
напряжения на аккумуляторе;
• фиолетовая линия – график
тока через аккумулятор после
усилителя сигнала;
• красная линия – график тока с
токового шунта.
Временная диаграмма работы имитационной модели ЗУ, полученная в
результате временного анализа
5

6.

Анализ разброса параметров методом Монте-Карло. Анализ чувствительности схемы
Анализ методом Монте-Карло — это статистический метод, при
Анализ чувствительности — количественная оценка влияния
котором параметры компонентов схемы случайным образом
изменений
параметров
изменяются в заданных пределах, после чего многократно
выходные
характеристики,
моделируется работа схемы для оценки влияния разброса
элементы наиболее существенно влияют на работу устройства и
параметров на её характеристики и выявления критических
задать допустимые отклонения параметров
отдельных
компонентов
позволяющая
схемы
определить,
сочетаний параметров.
6
на
какие

7.

Разработка печатного узла зарядного устройства
Расстановка компонентов на
печатной плате
Топология печатной платы
3Д модель печатной платы
7

8.

Исследование механических характеристик печатной платы средствами APM FEM
• синяя
область:
ненагруженные
участки платы (0 МПа);
• голубые и зелёные зоны: участки
со средним уровнем нагружения
(10-80 МПа);
• оранжевые
и
участки
с
красные
зоны:
критическими
напряжениями (80-150 МПа).
Карта распределения напряжений и деформаций
8

9.

Заключение
1.Проведен анализ ТЗ, выбор схемотехнического решения ЗУ и проведен патентный
поиск.
2.Исследованы типы аккумуляторов, методы их заряда.
3.Разработана и смоделирована схема ЗУ в Cadence OrCAD.
4.Выполнен анализ устойчивости (Монте-Карло) и чувствительности.
5.Спроектирована печатная плата: компоновка (EasyEDA), трассировка (TopoR) с
минимизацией помех.
6.Проведен механический анализ (APM FEM) – деформации и напряжения в
допустимых пределах.
7.Устройство соответствует требованиям благодаря комплексному применению
9

10.

Сибирский Федеральный Университет
Спасибо за внимание