Разработка принципиальной схемы устройства управления вентилятором в лабораторном блоке питания

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Задание

1. Обзор литературы

2. Описание устройства

3. Расчет технологичности изделия

3.1 Расчет показателей

4. Трассировочный чертеж печатной платы

5. Сборочный чертеж печатной платы

Список литературы



Задание

Заданием для курсового проекта по дисциплине «Технология приборостроения» является принципиальная схема устройства управления вентилятором в лабораторном блоке питания (рис.1). Тип производства: единичный.

Рис. 1. Электрическая принципиальная схема устройства управления вентилятором в лабораторном блоке питания

Курсовой проект должен содержать:

1. Расчет технологичности изделия.

2. Таблицу соединений.

3. Принципиальную электрическую схему устройства.

4. Трассировочный чертеж печатной платы.

5. Сборочный чертеж печатной платы.

6. Перечень элементов.

7. Технологический процесс сборки печатного узла (с эскизами элементов).

блок питание печатный плата чертеж

Задание выдал: ______________ /Туктарова В.В./

Задание принял: _____________ /Федоровская Ю.Г./

1. Обзор литературы

Единичный технологический процесс (ТП) разрабатывается для изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства. Разработка единичного ТП включает в себя следующие этапы:

1. Анализ исходных данных и выбор действующего типового, группового ТП или аналога единичного процесса.

2. Выбор исходной заготовки и метода ее получения.

3. Определение содержания операций, выбор технологических баз и составление технологического маршрута (последовательности) обработки.

4. Выбор технологического оборудования и оснастки. Уточнение последовательности выполнения переходов.

5. Назначение и расчет режимов выполнения операции, нормирование переходов и операций ТП, определение профессий и квалификации исполнителей.

6. Расчет точности, производительности и экономической эффективности ТП. Выбор оптимального процесса.

7. Оформление рабочей технологической документации.

Печатные платы

Под печатной платой (ПП) понимают изделие, состоящее из плоского изоляционного основания, с отверстиями, пазами, вырезами и системой токопроводящих полосок металла (проводников), которые используют для установки и коммутации изделий электронной техники (ИЭТ) и функциональных узлов в соответствии с электрической принципиальной схемой.

Печатной платой называется материал основания, вырезанный по размеру, содержащий необходимые отверстия и по меньшей мере один проводящий рисунок (ГОСТ 20406-75).

Основными достоинствами ПП являются:

· увеличение плотности монтажа, миниатюризация изделий;

· гарантированная стабильность электрических характеристик;

· повышенная стойкость к климатическим и механическим воздействиям;

· унификация и стандартизация конструктивных изделий;

· возможность комплексной автоматизации монтажно-сборочных работ;

· снижение трудоемкости, материалоемкости и себестоимости.

К недостаткам следует отнести сложность внесения изменений в конструкцию и ограниченную ремонтопригодность.

Показателями уровня разработки ПП являются:

· ширина проводников;

· расстояние между проводниками (зазоры);

· диаметр переходных отверстий (межслойных переходов);

· количество межслойных переходов на ПП;

· число проводников между двумя контактными площадками;

· диаметр контактных площадок;

· шаг расположения контактных площадок.

Типы печатных плат

Многообразие сфер применения электроники обусловило совместное существование различных типов печатных плат:

· Односторонняя печатная плата (ОПП) - односторонняя печатная плата. Элементы располагаются с одной стороны платы. Характеризуется высокой точностью выполняемого рисунка;

· Двухстороння печатная плата (ДПП)- двухсторонняя печатная плата. Рисунок располагается с двух сторон, элементы с одной стороны. ДПП на металлическом основании используются в мощных устройствах;

· Многослойная печатная плата (МПП). Плата состоит из чередующихся изоляционных слоев с проводящим рисунком. Между слоями могут быть или отсутствовать межслойные соединения;

· Гибкая печатная плата (ГПП). Имеет гибкое основание;

· Гибкий печатный кабель (ГПК). Состоит из тонких полосок проводящего материала (обычно меди), расположенных параллельно и заклеенных между двумя пленками изоляционного материала. Число проводников может быть от 2 до 50.

· Рельефная печатная плата (РПП).

Односторонние печатные платы

Эти платы используются исключительно для одностороннего монтажа элементов в гладкие (неметаллизированные) отверстия. Весь электрический монтаж осуществляется на одном слое. Общепринято считать первым (верхним) слоем тот, на котором расположены элементы.

В односторонних печатных платах для трассировки пересекающихся цепей используются перемычки, выполняемые из проволоки (обычно из медной, лужено одножильной). Они представляют собой элементы конструкции, поэтому показываются на чертежах, записываются в спецификации и т.д. Номенклатура перемычек должна быть минимальной.

Односторонние печатные платы обеспечивают самую большую точность выполнения проводящего рисунка и совмещения его с отверстиями и при этом являются наиболее дешевым классом печатных плат. Надежность печатной платы и механическая прочность крепления элементов не высока. Во избежание отслоения печатных проводников все элементы следует монтировать без зазоров между корпусом элемента и печатной платой.

Материал ПП

По виду материала основы ПП разделяют на

1) изготовленные на основе органического диэлектрика (текстолит, гетинакс, стеклотекстолит);

2) изготовленные на основе керамических материалов;

3) изготовленные на основе металлов.

Диэлектрическое основание платы представляет собой обычно бумажную (гетинаксы) или текстильную (текстолиты) основу, пропитанную фенольной либо эпоксидной смолой.

Преимущество гетинаксов заключается в том, что они легко поддаются механической обработке, поэтому возможна организация серийного и массового производства. К недостаткам материалов этого типа относятся повышенная чувствительность к влажности и нестабильность размеров. В настоящее время намечается тенденция к использованию эпоксидной невоспламеняющейся бумаги, которая обладает лучшей стабильностью параметров и более приспособлена к автоматизации.

В стеклотекстолитах в качестве основы используют стеклоткань, пропитанную эпоксидной смолой. Они применяются, в основном, для производства ДПП и МПП. Смеси «эпоксидная смола-стеклоткань» придаются определенные характеристики, зависящие от соотношения используемого кол-ва смолы и скорости проведения процесса отвердения. Заданная толщина диэлектрика достигается путем набора определенного кол-ва листов, а с наружных сторон добавляют листы фольгированной меди, которая предварительно подвергаются оксидированию со стороны, входящей в контакт с материалом. Весь комплект помещается между идеально чистыми полированными плитами гидравлического пресса многоярусного типа, оснащенного системой подогрева.

Заготовки для жестких печатных плат представляют собой несколько спрессованных слоев стекловолокна (обычно 8 слоев), покрытых медной фольгой. Пространство между слоями заполнено наполнителем. Самый простой способ расположения стеклянных волокон - когда они перпендикулярны друг другу. При различной ориентации волокон в слоях прочностные характеристики материала становятся одинаковыми по всем направлениям. Толщина материала оценивается без учета медной фольги. Толщина фольги одинакова с обеих сторон. Основа - это бумага, стекловолокно, керамика, арамид; наполнитель - фенольная смола, эпоксидная смола, полиэстер, полиимидная смола, бисмалеинимид-триазин, эфир цианата, фторопласт.

Широкое распространение получают МПП на керамической основе. По сравнению с органическими диэлектриками керамика позволяет улучшить теплоотвод, повысить плотность компоновки микросхем (особенно с использованием микрокорпусов).

Недостатки:

1) большая масса;

2) небольшие наибольшие линейные размеры (ограничены технологией - 150 х 150 мм).

Металлические ПП изготавливаются на основе стальных, алюминиевых и инваровых листов. Пластины окисляются и покрываются слоем керамики, эмали, лака или другого диэлектрика. Поверх наносятся печатные проводники, пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности, а затем монтируются микросхемы (как правило, бескорпусные). Преимущества:

1) сравнительно невысокая стоимость;

2) неограниченные размеры;

3) высокая теплопроводность;

4) лучшая помехозащищенность;

5) высокая прочность и теплостойкость.

Недостатки:

1) высокая удельная емкость проводников;

2) большая масса.



2. Описание устройства

Лабораторный блок питания при длительной работе с подключенной к нему мощной нагрузкой может сильно нагреваться, что повышает вероятность повреждения его элементов и сокращает срок их службы. Кроме того, сильный нагрев может ухудшить основные параметры блока питания, например, стабильность выходного напряжения. Для уменьшения температуры внутри корпуса применяют принудительную вентиляцию. Чтобы вентилятор работал только тогда, когда в нем есть необходимость, можно изготовить предлагаемое устройство для его автоматического включения при достижении определенной температуры.

Схема устройства показана на рис. 1. Его подключают к выходу выпрямителя блока питания с напряжением 13…30 В. При максимальном выходном токе блока питания напряжение выпрямителя должно быть не менее 13 В. Основа устройства - стабилизатор напряжения 12 В на микросхеме DA1. Эта микросхема имеет вход управления (вывод 4). Подавая на этот вход напряжение, можно включать и выключать стабилизатор. Пороговое напряжение переключения - около 1,4 В. Нагрузка стабилизатора - электровентилятор М1 от компьютера.

Датчик температуры -- терморезистор RK1 с отрицательным ТКС, он подключен к параметрическому стабилизатору напряжения 6,8 В, собранному на элементах R2, VD1 и C3. При росте температуры терморезистора RK1 его сопротивление уменьшается, а напряжение на управляющем входе DA1 увеличивается. Когда напряжение превысит пороговое, стабилизатор включится и на вентилятор поступит питающее напряжение, а элементы блока питания будут принудительно охлаждаться. После снижения температуры напряжение на управляющем входе DA1 станет меньше порогового и стабилизатор выключится.

Резистор R4 создает небольшой гистерезис включения/выключения микросхемы DA1. Подстроечным резистором R3 устанавливают желаемую пороговую температуру. Резистор R1 уменьшает напряжение на входе DA1, снижая рассеиваемую стабилизатором мощность, облегчая тем самым его тепловой режим. Этот резистор выполняет также функцию предохранителя на случай неисправности элементов устройства. Конденсаторы С1-С6 - блокировочные.

Элементы устройства (кроме терморезистора и вентилятора) смонтированы на односторонней печатной плате из стеклотекстолита. Применены постоянные резисторы МЛТ, ОМЛТ, С2-23, подстроечный - СП3-19, терморезистор - ММТ-1 или другой небольших размеров с сопротивлением при комнатной температуре 10…30 кОм. Оксидные конденсаторы - импортные, остальные - керамические или пленочные импортные. Стабилитрон 1N4736A можно заменить любым маломощным на напряжение стабилизации 6…7 В, например, TZMC-6V8, KC468A, 2C468A, KC168A, KC168B, 2C168B. Резистор R2 подбирают так, чтобы при отсутствии подключенной к выходу блока питания нагрузки, ток через стабилитрон был около 5 мА. Если при включенном вентиляторе корпус микросхемы нагревается до 60єC и более, ее снабжают теплоотводом площадью несколько квадратных сантиметров. Длина соединительных проводов должна быть минимальной. Резистор R1 подбирают так, чтобы напряжение на входе стабилизатора DA1 при работающем вентиляторе M1 и минимальном напряжении выпрямителя было 12,5…15 В, минимальное сопротивление этого резистора 1 Ом. Терморезистор крепят с применением теплопроводящей пасты КТП-8 на наиболее нагревающемся элементе блока питания, например, на трансформаторе или теплоотводе регулирующего элемента. Рекомендуемая пороговая температура - 60…75єC.



3. Расчет технологичности изделия

Расчет технологичности данного изделия произведем для опытной партии изделий. Количественная оценка технологичности осуществляется с помощью системы базовых показателей. Рекомендуемый перечень показателей технологичности конструкции изделий приведен в ГОСТ 14.201-83.

Для каждого показателя вводится свой коэффициент весовой значимости .

На основе перечня элементов (приложение 4) заполняется табл. 1.

Таблица 1
Данные для расчета
№	Величина	Обозначение	Значение, шт.
1	Общее количество микросхем в блоке.		1
2	Общее количество ЭРЭ.		14
3	Количество монтажных соединений, которые осуществляться механизированным и автоматизиро-ванным способом.		0
4	Общее количество монтажных соединений.		33
5	Количество ЭРЭ, подготовка которых к монтажу может осуществляться механизированным и автоматизированным способом.		0
6	Количество операций контроля и настройки, которые можно осуществлять механизированным и автоматизированным способом.		0
7	Общее количество операций контроля и настройки.		0
8	Общее количество типоразмеров ЭРЭ в блоке.		5
9	Количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии.		0
10	Количество деталей, полученных прогрессивными методами формообразования.		0
11	Общее количество деталей (без нормализованного крепежа) в блоке.		0

3.1 Расчет показателей

На основании табл. 1 произведен расчет показателей:

1. Коэффициент использования микросхем и микросборок в блоке:

2. Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделий:

3. Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу:

4. Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки электрических параметров:

5. Коэффициент повторяемости ЭРЭ:

6. Коэффициент применяемости ЭРЭ:

7. Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:

На основе базовых показателей определяется комплексный показатель технологичности изделия по следующей формуле:

где - расчетный базовый показатель соответствующего класса блоков (согласно ГОСТ 14.202-73); i - порядковый номер показателя в ранжированной последовательности; - коэффициент весовой значимости показателя, равный:



Тогда:

Оценим уровень технологичности разрабатываемого изделия. Для этого выберем нормативный комплексный показатель .

Для опытной партии электронный блоков

Согласно ГОСТ 14.201-73 отношение и должно удовлетворять условию:

.

В нашем случае это отношение будет равно

.

Из полученного результата видно, что наше изделие необходимо доработать. В общем случае отработка конструкции изделия на технологичность представляет собой комплекс работ по снижению трудоемкости, материалоемкости и себестоимости в процессе разработки, изготовления и эксплуатации изделия. В нашем случае можно дать следующие рекомендации по повышению технологичности изделия:

1. Увеличить количество микросхем в блоке.

2. Увеличить количество типоразмеров ЭРЭ в блоке, т.е. использовать как можно больше элементов одного типоразмера.

3. Использовать механизацию и автоматизацию при подготовке ЭРЭ к монтажу, для монтажа изделий на печатную плату, а так же при проведения операций контроля и настройки электрических параметров



4. Трассировочный чертеж печатной платы

Конструирование ПП осуществляют ручным, полуавтоматизированными и автоматизированным методами.

При ручном методе размещения ИЭТ (изделий электронной техники) на ПП и трассировку печатных проводников осуществляет непосредственно конструктор. Данный метод обеспечивает оптимальное распределение проводящего рисунка.

Полуавтоматизированный метод предусматривает: размещение навесных ИЭТ с помощью ЭВМ при ручной трассировке печатных проводников; ручное размещение ИЭТ при автоматизированной трассировке печатных проводников; ручное размещение ИЭТ при ручной трассировке печатных проводников с автоматизированным переносом рисунка на машинные носители. Метод обеспечивает высокую производительность труда.

Автоматизированный метод предусматривает: кодирование исходных данных; размещение навесных элементов; трассировку печатных проводников с помощью ЭВМ. Допускается доработка отдельных соединений вручную. Метод обеспечивает высокую производительность труда.

Согласно [7] размеры каждой стороны ПП должны быть кратными: 2,5 при длине до 100 мм; 5,0 при длине до 350 мм; 10,0 при длине более 350 мм.

Максимальный размер любой из сторон должен быть не более 500 мм.

Координатная сетка - ортогональная сетка, определяющая места расположения соединений ЭРИ с ПП. Шаг координатной сетки - расстояние между двумя соседними параллельными линиями координатной сетки. Он гарантирует совместимость всех ЭРИ, которые монтируются в узлах координатной сетки на ПП. Узел координатной сетки - пересечение линий координатной сетки.

Основной шаг координатной сетки 2,5 мм, допускаются шаги 1,25 и 0,625 мм.

При разработке нашего устройства, шаг координатной сетки был выбран равный 2,5 мм. Конструирование ПП осуществляется полуавто-матизированным методам, т.к. имеет место ручное размещение ИЭТ и автоматизированная трассировка печатных проводников.

Трассировка производилась в САПР Dip Trace 2012. Трассировочный чертеж представлен в приложении 2.

Система Dip Trace 2012 представляет собой пакет для сквозного проектирования аналоговых, цифро-аналоговых и аналогово-цифровых устройств [8]. В частности, она позволяет выполнять следующие операции:

? подбирать элементную базу в соответствии с техническим заданием;

? осуществлять графический ввод схемы и ее упаковку на ПП;

? выполнять трассировку в ручном, интерактивном и автоматическом режимах;

? выявлять ошибки в схеме и печатной плате, вплоть до анализа целостности сигналов и перекрестных искажении;

? выпускать полный комплект конструкторско-технологическои документации для передачи на предприятие изготовитель печатных плат.

В состав данного программного комплекса входит несколько тесно интегрированных между собой модулей.

? Component Editor - графический редактор для формирования (УГО) библиотечных компонентов.

? Pattern Editor - графический редактор для формирования посадочных мест компонентов.

? Schematic - графический редактор для ввода принципиальных схем изделия. К числу его сильных сторон стоит отнести возможность получения многолистовых схем, в том числе с иерархической структурой, наличие средств для проверки проекта и для редактирования библиотек символов компонентов.

? PCB Layout- графический редактор, позволяющий пользователю самостоятельно или с помощью набора функций разместить модули на монтажно-коммутационном поле и провести трассировку проводников в ручном, интерактивном или автоматическом режимах. Осуществляет контроль над соблюдением технологических норм и правил и дает возможность создавать на плате особые участки («комнаты»), в которых не действуют назначенные для всего проекта ограничения.

? Document Toolbox - включенная в приложения РСВ и Schernatic утилита, значительно облегчающая подготовку конструкторской документации. В частности, она предназначена для нанесения на чертежи вспомогательной информации: динамически обновляемых списков и отчетов, диаграмм и таблиц, технологических и учетных сведении, списков соединении, выводов подключения питания т.д.

? Автотрассировщики - особые модули для автоматической прокладки проводников на печатной плате. Входящее в состав базового пакета приложение Quick Route позволяет вести трассировку на простых двухсторонних печатных платах по фиксированным сеткам.

? Interroute Gold и Advanced Route - дополнительные наборы команд для РСВ, позволяющие в интерактивном режиме прокладывать проводники, автоматически раздвигая помехи. Существенно облегчают и ускоряют ручную и интерактивную трассировку.

5. Сборочный чертеж печатной платы

Сборочный чертеж

Сборочный чертеж должен давать полное представление о монтируемых радиоэлементах и других деталях, их расположении и установке на плате, а также сведения о:

- маркировке позиционных обозначений радиоэлементов;

- условных обозначениях выводов приборов (трансформаторов, реле и др.);

- нумерации выходных контактов, полярности элементов согласно электрической принципиальной схеме на печатный узел.

Элементы, монтируемые на ПП, допускается изображать упрощенно, если это не мешает правильному пониманию чертежа. Варианты установки навесных элементов выбирают согласно [6]. При этом в технических требованиях производится соответствующая запись.

При установке навесных ЭРЭ, их выводы, и соответственно монтажные отверстия под них на ПП, изображают условно, в виде пересечения: «+».

Сборочный чертеж печатной платы приведен в прилож. 3.

Таблица соединений

При большом количестве электрических соединений данные о проводах и кабелях, а также адреса их присоединения должны быть сведены в таблицу, именуемую «Таблицей соединений». В нее вносятся все соединения между ЭРЭ.

При заполнении таблицы соединений рекомендуется придерживаться следующего порядка:

а) если соединения должны выполняться отдельными проводами, то запись их в таблицу производят в последовательности возрастания номеров, присвоенных проводам или цепям;

б) если соединения должны выполняться жгутами проводов или жилами кабелей, то перед записью проводов каждого жгута или жил каждого кабеля помещают заголовок, например: «Жгут 1» или «Жгут АБВГ. ХХХХХХ. 032», или «Кабель 3». Запись проводов жгута или жил кабеля производят в последовательности возрастания номеров, присвоенных проводам или цепям;

в) при применении форм таблиц соединений без отдельных граф для обозначения элемента и контакта адреса присоединения записывают дробью, в числителе которой указывают позиционное обозначение элемента, а в знаменателе -- обозначение контакта.

Перечень элементов

Перечень элементов оформляют в виде таблицы согласно [9], заполняемой сверху вниз.

Элементы в перечень записывают группами в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений. В пределах каждой группы, имеющей одинаковые буквенные позиционные обозначения, элементы располагают по возрастанию порядковых номеров.

Элементы одного типа с одинаковыми параметрами, имеющие на схеме последовательные порядковые номера, допускается записывать в перечень в одну строку. В этом случае в графу "Поз. обозначение" вписывают только позиционные обозначения с наименьшим и наибольшим порядковыми номерами, например: R3, R4, С8 ... С12, а в графу "Кол." ? общее количество таких элементов.



Список литературы

1. ГОСТ 14.201-73. Обеспечение технологичности конструкции изделия. Общие требования.

2. Э.Т. Романычева, А.К. Иванова и др. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник. М.: Радио и связь, 1989. 448 с.

3. Перолайнен В, Прусаков Ю, Выпрямитель ? стабилизатор для мотоцикла «YAMAHA XV 400» // Журнал «Радио», №5 2008.

4. Малогабаритные трансформаторы и дроссели: Справочник / И.Н. Сидоров, В.В. Мукосеев, А.А. Христинин. М.: Радио и связь, 1985. 416 с.

5. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Высш. шк., 1984. 247 с.

6. ОСТ4 010.030-81. Установка навесных элементов на печатные платы.

6. ГОСТ 10317-79. Платы печатные. Основные размеры.

7. ГОСТ 2.701-84. Единая система конструкторской документации. Схемы виды и типы. Общие требования к выполнению.

8. А.Т. Жигалов, Е.П. Котов. Конструирование и технология печатных плат. М., «Высшая школа», 1973. 216 с.

9. А. Медведев. Печатные платы. Конструкции и материалы. Москва: Техносфера, 2005. 304 с.

10. А. Медведев. Технология производства печатных плат. Москва: Техносфера, 2005. 360 с.

11. К.И. Билибин, А.И. Власов, Л.В. Журавлева. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 528 с.

12. Платан. [Электронный ресурс] URL http://www.platan.ru/

13. Чип и Дип. [Электронный ресурс] URL http://www.chipdip.ru/

14. Электронный ресурс] URL prodav.exponenta.ru/design/lecture/app/lec12.doc

15. Dip Trace. Руководство пользователя. Размещено на Allbest.ru

...