Иванов Артём 51МЭ ВКР

1.

Разработка
малогабаритного
повышающего
преобразователя
напряжения 12–220 В
СПб ГБПОУ «КЭИИТ имени Героя Российской Федерации В.К.
Широкова»
Студент: Иванов А.А. · Руководитель: Дьяков В.А.

2.

Цели, задачи и актуальность
Актуальность
Цель
Задачи
Растёт спрос на мобильные и
Разработать малогабаритный
автономные источники питания
инвертор 12–220 В мощностью до
Проанализировать топологии
DC-AC преобразователей
для транспорта, дачных и полевых
150 Вт с выходным напряжением в
условий. При этом бюджетные
форме чистой синусоиды.
Разработать принципиальную
схему инвертора на базе
модуля EGS002
Выполнить расчёт силовых
элементов и фильтров
Разработать печатную плату в
САПР Delta Design
Провести экономическую
оценку себестоимости
инверторы часто дают
нестабильное напряжение и не
подходят для чувствительной
нагрузки. Поэтому востребованы
компактные решения с чистой
синусоидой и высоким КПД.

3.

Сравнительный анализ DC-AC инверторов
Для обоснованного выбора
схемотехнического решения проведён
анализ трёх основных топологий по
ключевым параметрам: массогабаритным
показателям, КПД, электробезопасности и
качеству выходного напряжения.
Выбранная топология: Высокочастотная
двухступенчатая схема с драйвером EGS002
обеспечивает оптимальный баланс между
компактностью, надёжностью и качеством
синусоидального выходного напряжения.

4.

Электрический расчёт ключевых элементов
14,7А
23,1А
Входной ток
Пиковый ток моста
При номинальном напряжении 12 В и КПД 85%
Максимальный ток через плечи силового H-моста
18,3
85%
Коэф. трансформации
КПД устройства
Для получения 220 В от первичных 12 В
Минимальное значение при номинальной нагрузке
Силовой мост реализован на транзисторах IRF3205 (110 А, 55 В, Rds(on) = 8 мОм) с запасом по току более 4×.
Предохранитель FU1 — 20 А, сечение входных проводников — не менее 2 мм².

5.

Структурная схема преобразователя

6.

Схема электрическая принципиальная

7.

Печатная плата, топология и измерения
Параметры печатной платы
Технология: двухслойная FR-4,
1,6 мм, медь 35 мкм
Габариты: 90 × 44 мм
Силовые трассы: 2,8 мм (по IPC2152)
Зазор HV/LV: ≥1,0 мм
САПР: Delta Design (ERC/DRC
пройдены)

8.

Конструкция корпуса
Разработанный корпус устройства не только обеспечивает надёжную
защиту внутренних компонентов, но и спроектирован с учётом
требований эргономики, безопасности и эффективного теплоотвода.
Эффективное охлаждение
Способствует эффективному отводу тепла от силовых элементов,
предотвращая перегрев при высоких нагрузках. Предусмотрено
место для установки 30-мм вентилятора.
Прочность и долговечность
Корпус, изготовленный из ABS-пластика методом FDM-печати,
обладает высокой ударопрочностью, устойчивостью к износу и
умеренным температурам, гарантируя долгий срок службы
устройства.

9.

Конструкция корпуса и печать на 3D-принтере

10.

Заключение
В рамках выпускной квалификационной работы выполнен полный цикл проектирования автономного источника
вторичного электропитания.
Схемотехника
Конструкция
Результат
Обоснована высокочастотная
Спроектирована двухслойная
Получено функциональное
топология с драйвером EGS002;
печатная плата в САПР Delta Design;
устройство с чистой синусоидой, КПД
разработана принципиальная схема
разработан корпус в САПР Компас-3D
≥85% и полной системой защит.
и выполнен полный электрический
для FDM-печати из ABS.
расчёт.
Практическая значимость: Устройство пригодно для автономного питания электроинструмента в полевых
условиях, а также для тестирования авиационной и специальной техники на частоте 400 Гц.