Разработка импульсного блока питания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ технического задания

2. Схемотехническая обработка изделия

3. Разработка конструкции изделия

4. Конструктивный расчёт

4.1 Расчет площади печатной платы

4.2 Трассировка дорожек платы

4.3 Разработка конструкторской документации

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Радиоэлектронная аппаратура стала широко распространенной, как в различных отраслях, так и в быту. В частности импульсные блоки питания, они глубоко вошли в нашу повседневную жизнь. Их используют для питания современной радиоэлектронной аппаратуры (ноутбуки, планшеты и т.д)

Целью лабораторной работы является углубление и закрепление знаний по вопросам оптимизации размещения модулей на коммутационном поле (прямоугольной или какой-либо другой формы) методом парных перестановок и получение практических навыков использования ЭВМ IBM PC для решения таких задач.

В данной лабораторной работе будет разработан импульсные блоки питания мощностью 15 Вт, в соответствии с выданным техническим заданием. В частности будут разработаны корпус и выбран материал его изготовления, печатная плата, выбраны компоненты и произведена трассировка межэлементных соединений. Также будет рассчитана надёжность спроектированного устройства.

1. Анализ технического задания

Объектом проектирования выступает импульсный блок питания мощностью 15 Вт. При выборе компонентов предпочтение нужно отдавать отечественным компонентам.

Устройство должно быть рассчитано на работу в умеренно холодном климате. Изделия в исполнениях У и УХЛ могут эксплуатироваться в теплом влажном, жарком сухом и очень жарком сухом климатических районах по ГОСТ 16350, в которых средняя из ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха выше 40°С и (или) сочетание температуры, равной или выше 20°С, и относительной влажности, равной или выше 80%, наблюдается более 12 ч в сутки за непрерывный период более двух месяцев в году.

Обеспечение надежности изделия можно достичь схемотехническими способами (например, выбор правильных режимов работы радиоэлементов), а так же конструкторскими способами, такими как:

выбор более надежной элементной базы;

использование более надежных конструкционных материалов;

обеспечение необходимых тепловых режимов и т. д.

2. Схемотехническая обработка изделия

Принципиальная схема проектируемого устройства показана на рис.1

Рисунок 1 - Схема электрическая принципиальная импульсного блока питания на 15 Вт

Основные параметры блока питания:

Входное переменное напряжение…………………………...220 В, 50 Гц

Выходное постоянное напряжение………………………..…....15 В, 1А

Номинальная выходная мощность ………………………………..…15 Вт

Источник питания выполняется по схеме однотактного импульсного высокочастотного преобразователя. На транзисторе собран автогенератор, работающий на частоте 20…40 кГц (зависит от настройки). Частота настраивается емкостью С5. Элементы VD5, VD6 и С6 образуют цепь запуска автогенератора.

Во вторичной цепи после мостового выпрямителя стоит обычный линейный стабилизатор на микросхеме, что позволяет иметь на выходе фиксированное напряжение, независимо от изменения на входе сетевого (187…242 В).

В схеме применены конденсаторы: С1, С2 типа К73-16 на 630 В; СЗ -- К50-29 на 440 В; С4 -- К73-17В на 400 В; С5 -- К10-17; С6 -- К53-4А на 16 В; С7 и С8 типа К53-18 на 20 В.

Резисторы МЛТ 0,5 быть любыми. Стабилитрон VD6 можно заменить на КС147А. Импульсный трансформатор Т1 выполняется на ферритовом сердечнике М2000НМ9 типоразмера Ш5х5

Настройка преобразователя заключается в получении устойчивого возбуждения автогенератора при изменении входного напряжения 187 - 242 В. Элементы, требующие подбора, отмечены звездочкой “*”.

Конструкция корпуса устройства должна предусматривать установку транзистора и стабилизатора D1 на радиаторы, а также экранирование всей схемы для снижения уровня излучаемых помех.

3. Разработка конструкции изделия

В качестве основы для печатной платы выбран фольгированный стеклотекстолит СФ-1-35Г-1, толщиной 3 мм, соответствующий стандарту ГОСТ 10316-78. Данный материал распространён, обладает хорошей прочностью на изгиб и высокой влагостойкостью.

Физико-механические свойства стеклотекстолита СФ-1-35Г-1 представлены в таблице 1 импульсный блок печатный плата

Таблица 1

Корпус для данного устройства из двух частей: нижней и верхней крышек, и изготавливается из алюминиевого сплава АЛ-9 ГОСТ 1583-93, который обладает свойствами, приведенными в таблице 2.

Корпус из алюминиевого сплава выбран из-за того, то он обладает хорошей теплопроводностью, что необходимо для отведения тепла.

Таблица 2

Так как данный блок питания не имеет органов управления, то на задней грани корпуса располагаются отверстия, для подключения питания устройства и разъем подключения предохранителя FU1, 0,25A. Внутри корпуса печатная плата крепится с помощью винтов.

4. Конструктивный расчёт

4.1 Расчёт площади печатной платы

Перед разработкой конструкции необходимо правильно рассчитать площадь печатной платы таким образом, чтобы все компоненты свободно помещались на печатной плате. Не допускается оставлять на плате незанятые радиоэлементами участки, так как из-за подобных пустот увеличиваются габаритные размеры платы [2].

Площадь печатной платы может быть вычислена по формуле (1). Площадь платы рассчитывается по формуле:

S_платы = ?S_эл/К (1)

где S_эл - площадь элементов имеющихся в схеме

К - коэффициент заполнения, К= 0,3 ч 0,8.

Коэффициент заполнения платы радиоэлементами обычно берут равным 0,3 - 0,5.

?S_эл - сумма всех элементов;

Установочная площадь электрорадиоэлемента (ЭРЭ) S_уст.эл определяется из справочника или вычисляется по формуле

S_уст.эл = 1,3·L·B, (2)

где L и B - длина и ширина ЭРЭ по установочным размерам, в соответствии с вариантом установки по ОСТ 4.010.030-81 ?Установка навесных элементов на печатные платы?.

Установочные площади компонентов приведены в таблице 3.

Таблица 3

Из формулы (2) найдем установочную площадь всех электрорадиоэлементов.

S_уст.эл = 1,3·2501,1= 3251,43 мм²

Таким образом, найденная сумма ?S_эл = 3251,43 мм² .

Определим площадь платы, необходимой для монтажа

$_платы = 3251.43 / 0,5 = 6502.86 мм².

Тогда сторона платы будет равна:

а = S_платы = 80,64 мм. (3)

Согласно ГОСТ 10317-79, размеры сторон печатных плат длинной до 100 мм. должны быть кратны 5, а соотношение сторон не более 3:1. Предположим, что габаритные размеры печатной платы будут равны а = 100 мм, b = 50 мм. Тогда площадь платы, с учетом выбранных параметров составит S_платы = 5000 мм² . Таким образом, коэффициент заполнения платы будет равен:

k₃= ?S_эл / S_платы = 3251,43 / 5000 = 0.65 (4)

Как видно из расчетов, коэффициент заполнения платы равен 0,65, что удовлетворяет условиям технического задания.

4.2 Трассировка дорожек платы

Трассировка дорожек платы проводится в среде Sprint Layout 6.0, в среде P-CAD или других средах, предназначенных для трассировки печатных плат. В данной лабораторной работе будем использовать программу Sprint Layout 6.0 Полученный рисунок протрассированной печатной платы импортируем в среду «Компас» .(Приложение).

4.3 Разработка конструкторской документации

Подготовим комплект конструкторской документации. в среде «Компас» с прилагающимися библиотеками и библиотеками ESKW. Схема электрическая принципиальная, сборочный чертёж печатной платы, чертёж корпуса изделия, сборочный чертеж изделия, так же составляем спецификацию по всем имеющимся элементам. задействованных в схеме с указанием позиции, количества и ГОСТов.

Заключение

В ходе выполнения лабораторной работы был разработан импульсный блок питания мощностью 15 Вт с характеристиками в соответствии с ТЗ. Был разработан корпус и выбран материал для его изготовления. Устройство способно функционировать в умеренно холодных условиях.

Результатом лабораторной работы является комплект конструкторской документации, необходимой для мелкосерийного производства данного устройства

Список литературы

1.Белоусов О. А. Основные конструкторские расчеты в РЭС: учебное пособие

2. А. Белоусов, Н. А. Кольтюков, А. Н. Грибков. - Тамбов: Издательство ТГТУ, 2007. - 80с.

3. ГОСТ 15150-69. Исполнение для различных климатических районов. - М.: ИПК издательство стандартов, 1971. - 34 с.

4. Кофанов Ю.Н. Автоматизация проектирования РЭС. Топологическое проектирование печатных плат. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие / Ю. Н. Кофанов, А. В. Сарафанов, С. И. Трегубов - Красноярск Сибирский федеральный университет, 2008, 222 с.

5. Башкиров А.В. Проектирование электронных средств: учеб. Пособие /А.В. Башкиров

6. Башкиров, А.А. Соболев. Воронеж, ГОУВПО "Воронежский государственный технический университет", 2008,18

Размещено на Allbest.ru