презентация 1

1. Государственное Автономное Профессиональное Образовательное Учреждение Московской Области

Дипломная работа
Тема:
Разработка лабораторного блока питания

2. Разработка модели лабораторного блока питания

Объект исследования
лабораторный
блок питания
Предмет исследования
блок питания
Цель исследования
разработка лабораторного
блока питания
Результат выносимый на защиту
разработан лабораторный блок
питания
2

3. Цель и задачи дипломного проекта

Основная цель разработки
Сформулированные требования к устройству
Основной целью дипломного
проекта является разработка
лабораторного блока питания
с управлением
микроконтроллером,
обеспечивающего
регулируемое напряжение от
0 до 15 В и ток от 0.1 до 1.0 А
с программной защитой и
индикацией.
Устройство должно соответствовать
требованиям: напряжение от 0 до
15 В, максимальный ток нагрузки до
1 А, установка защиты по
превышению тока, удобство
эксплуатации, удобство ремонта и
регулировки, а также возможность
использования базового модуля в
других конструкциях через
изменение конфигурации в
сервисном режиме.
3

4. Общие сведения

Классификация источников
питания
• Первичные источники
питания
• Вторичные источники
питания
Классификация электронной аппаратуры по
мощности
• Маломощная и средней мощности
аппаратура
• Аппаратура большой и очень большой
мощности
Классификация выпрямителей
• Виды выпрямителей :
(управляемыми и неуправляемыми, однофазными и
трёхфазными)
• Однофазные неуправляемые выпрямители :
(однофазные неуправляемые выпрямители делятся на полупериодные и
4
двухпериодные)

5. Сравнительная характеристика лабораторных блоков питания

1
Требования к лабораторным
источникам питания
2
– напряжение от 0 до 15 В;
– максимальный ток нагрузки до 1 А;
– установка защиты по превышению тока от 0 до 1А;
– удобство эксплуатации;
– удобство ремонта и регулировки;
– возможность использования базового
микроконтроллерного модуля
в других конструкциях, путём изменения
конфигурации в сервисном режиме.
3
Недостатки существующих
решений
Существующие решения часто имеют
ограниченные функции, например, отсутствие
возможности регулировки выходного тока или
программной защиты. Другие схемы являются
громоздкими и требуют значительных усилий
при изготовлении и отладке, что не
соответствует требованиям лабораторного
использования.
Обзор существующих
схем
На основе обзора литературы и публикаций за последние 5 лет были
проанализированы несколько схем лабораторных блоков питания. Была
выбрана схема лабораторного блока питания с управлением на
микроконтроллере, предложенная в работе.
5

6. Функциональная схема состоит из четырёх блоков:

Управление и индикация - то что мы видим и то
чем мы управляем. Управление производится
всего двумя органами управления, это энкодер с
кнопкой, и просто кнопка.
Первичный
источник
предназначен
для
гальванической развязки от питающей сети и
понижения
напряжения
для
регулятора.
В
зависимости от применённого первичного источника
(импульсный блок или трансформатор с секционной
вторичной
обмоткой)
используются
разные
подпрограммы микроконтроллера (об этом будет
описано ниже).
Регулятор - собственно основная силовая
аналоговая часть, которая осуществляет
регулирование напряжения и тока в зависимости от
параметров установленных микроконтроллером, а
также обеспечивает компенсацию падения
напряжения на токоизмерительном резисторе.
Микроконтроллер (МК) - обеспечивает управление
всей этой системой, сбор данных о текущих
значениях - напряжении на выходе блока,
потребляемый
ток
нагрузкой.
Индикация
напряжения, тока и текущем состоянии блока,
установка конфигурации, индикация превышения
тока нагрузки сверх установленных значений.
Запоминание
последних
установленных
параметров.
6

7. Принципиальная электрическая схема

Описание схемы разработанного устройства:
Принципиальная электрическая схема разработанного лабораторного блока питания на
основе микроконтроллера включает силовую часть и систему управления. Устройство
содержит аналоговый калиброванный температурный датчик для контроля температуры и
отключения выходного напряжения при превышении порога на 2°С.
Функциональные возможности схемы:
Устройство обеспечивает регулировку выходного стабилизированного напряжения в
пределах от 0 до 15 В и порога ограничения выходного тока от 0.1 до 1.0 А. Таймер
позволяет отключать выходное напряжение по истечении заданного отрезка времени, что
расширяет функциональные возможности.
Режимы работы микроконтроллера:
Микроконтроллер реализует выбор режима работы: стабилизация по току или защита по
току. В режиме стабилизации ограничивается максимальный выходной ток, в режиме
защиты убираются управляющие импульсы с силового ключа и выводится сообщение о
перегрузке.
7

8. Сборка устройства и корпусные элементы

Электрическая схема разработанного блока
питания реализуется с помощью технологии
печатного монтажа. Корпус блока питания
изготавливают из пластмассы, например,
винипласта, поливинила или подобного
материала.
Технический процесс изготовления
1) Изготовление платы. Фотолитография,
травление меди, сверление монтажных
отверстий, нанесение паяльной маски.
2) Монтаж компонентов. Установка SMDэлементов, выводных компонентов,
пайка волной и ручная пайка силовых узлов.
3) Сборка корпуса. Установка
платы, трансформатора, радиатора и
передней панели в алюминиевое шасси.
4) Регулировка. Калибровка
опорного напряжения, настройка обратных
связей и порога защиты по току.
5) Контроль и испытания. Измерение
параметров под нагрузкой,
проверка устойчивости к КЗ
8

9. Расчет трансформатора

Исходные данные для расчета
Для расчета трансформатора используются исходные данные: мощность
нагрузки, входное и выходное напряжения, КПД трансформатора.
Учитываются требования к минимальному и максимальному выходному
напряжению и току.
Методика расчета
Расчет трансформатора включает определение сечения сердечника,
количество витков первичной и вторичной обмоток, сечение провода.
Учитывается тепловая нагрузка и необходимость охлаждения при работе
с максимальным током 1 А.
Результаты расчета
На основе расчета выбирается подходящий трансформатор с учётом
запаса по мощности. Расчёт показывает, что для питания устройства с
напряжением от 0 до 15 В и током до 1 А требуется трансформатор
определённой мощности и конструкции.
9

10. Расчет выпрямителя и надежности

Расчет выпрямителя
Расчёт выпрямителя включает выбор диодов или сборок по максимальному обратному
напряжению и прямому току. Учитывается необходимость радиаторов для охлаждения при
больших токах, а также выбор ёмкости сглаживающего конденсатора в пределах от 20 до 200
мкФ.
Расчет надежности
Расчет надежности включает оценку вероятности отказа компонентов и общего срока службы
устройства. Учитываются тепловые режимы, влажность, вибрации и другие факторы,
влияющие на надежность работы блока питания.
Экономическая часть проекта
Экономический анализ включает расчет
затрат на проектирование, внедрение и
эксплуатацию системы. Рассчитывается
прибыль разработчика и строится
диаграмма общей стоимости системы, что
обосновывает экономическую
целесообразность проекта.
10

11. Заключение

В данном дипломном проекте разработан лабораторный блок питания с управлением
микроконтроллером. На основе анализа целого ряда вариантов схем блоков питания был
взят за основу один из них и после некоторого усовершенствования схемы произведена
окончательная доработка устройства. ​
Дополнением к основной схеме лабораторного блока питания было предложено применение
аналогового калиброванного температурного датчика, который позволяет контролировать
температуру устройства и отключать выходное напряжение в случае превышения
температуры на 2ос выше установленного порога. ​
Полезными функциями разработанного блока питания является также возможность
регулирования выходного стабилизированного напряжения в пределах от 0 до 15В и порога
ограничения выходного тока от 0.1 до 1.0а.​
Кроме того блок питания содержит таймер позволяющий отключать выходное напряжение по
истечении заданного отрезка времени, что расширяет функциональные возможности
устройства и позволяет использовать его в качестве зарядного устройства аккумуляторов.​
Произведена оценка материальных затрат на его изготовление, которая показала, что
полная себестоимость блока питания составляет около 17 тыс. Рублей. ​
11