Помощь студентам в учебе
Лабораторный блок питания с двумя режимами регулирования: тока и напряжения
|
Реферат 7
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки 9
Введение 14
1 Обзор литературы и анализ предметной области 16
1.1 Задачи вторичного источника электропитания 16
1.2 Основные конструкции источников вторичного электропитания 17
1.2.1 Линейный блок питания 17
1.2.2 Импульсный блок питания 18
1.3 Достоинства и недостатки 19
1.3.1 Достоинства трансформаторных БП 19
1.3.2 Недостатки трансформаторных БП 19
1.3.3 Достоинства импульсных БП 19
1.3.4 Недостатки импульсных БП 20
1.4 Импульсные преобразователи напряжения 20
1.4.1 Понижающий преобразователь 23
2 Разработка принципиальной электрической схемы силовой части блока
питания 25
2.1 Разработка структурной схемы 25
2.2 Расчет номиналов элементов 26
2.3 Определение максимального и минимального значений коэффициента
заполнения 27
2.4 Выбор контроллера и определение рабочей частоты преобразователя .... 28
2.5 Расчет параметров силового дросселя 28
2.6 Расчет параметров выходного конденсатора фильтра 29
2.7 Расчет параметров диода 30
2.8 Расчет параметров ключевого транзистора 31
2.9 Расчет параметров входного конденсатора 32
2.10 Расчет мощности трансформатора 33
3 Разработка принципиальной электрической схемы системы управления блока
питания 34
3.1 Факторы учитываемые при разработке системы управления 34
3.2 Драйвер силового транзистора 35
3.2.1 Вспомогательный ключ на MOSFET транзисторе 35
3.2.2 Микросхема-драйвер IR2117 49
3.2.3 Микросхема-драйвер IR2110 53
3.3 Обратная связь по напряжению 56
3.4 Обратная связь по току 57
4 Разработка печатной платы 61
5 Разработка алгоритма работы микроконтроллера 64
5.1 Конфигурация портов ввода-вывода 64
5.2 Инициализация АЦП 64
5.3 Чтение данных с АЦП 66
5.4 Определение переменных 67
5.5 Основная функция 68
5.6 Индикация 68
5.7 Функции стабилизаторов 69
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 76
6.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 76
6.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 76
6.1.2 Анализ конкурентных технических решений 76
6.1.3 SWOT - анализ 77
6.2 Определение возможных альтернатив проведения научных
исследований 78
6.3 Планирование научно-исследовательских работ 80
6.4 Бюджет научно-технического исследования 83
6.4.1 Расчет материальных затрат НТИ 83
6.4.2 Расчет затрат на специальное оборудование 84
6.4.3 Расчет затрат на основную заработную плату исполнителей и
отчисления во внебюджетные фонды 84
6.4.4 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 85
6.5 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности разработки 86
6.6 Вывод по главе 88
7 Социальная ответственность 91
7.1 Введение 91
7.2.1 Правовые нормы трудового законодательства 91
7.2.2 Эргономические требования к правильному расположению и
компоновке рабочей зоны 92
7.3 Производственная безопасность 94
7.3.1 Отклонение показателей микроклимата 94
7.3.2 Повышенный уровень и другие неблагоприятные характеристики
шума 96
7.3.3 Статические физические перегрузки 97
7.3.4 Отсутствие или недостаток необходимого естественного
освещения 97
7.3.5 Отсутствие или недостаток необходимого искусственного
освещения 98
7.3.6 Опасность поражения электрическим током 99
Заключение 104
Список использованных источников 105
Приложение А (Обязательное) Листинг функции setup 108
Приложение Б (Обязательное) Листинг инициализации АЦП 109
Приложение В (Обязательное) Листинг функции чтения данных с АЦП 110
Приложение Г (Обязательное) Листинг используемых переменных 111
Приложение Д (Обязательное) Листинг основной функции 112
Приложение Е (Обязательное) Листинг функций индикации 113
Приложение Ж (Обязательное) Листинг функций стабилизаторов 114
Приложение З (Обязательное) Нагрузочные характеристики 116
Приложение И (Обязательное) Отклонение регулируемых величин от заданных 118
Приложение К (Обязательное) Спецификация к принципиальной электрической схеме 120
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки 9
Введение 14
1 Обзор литературы и анализ предметной области 16
1.1 Задачи вторичного источника электропитания 16
1.2 Основные конструкции источников вторичного электропитания 17
1.2.1 Линейный блок питания 17
1.2.2 Импульсный блок питания 18
1.3 Достоинства и недостатки 19
1.3.1 Достоинства трансформаторных БП 19
1.3.2 Недостатки трансформаторных БП 19
1.3.3 Достоинства импульсных БП 19
1.3.4 Недостатки импульсных БП 20
1.4 Импульсные преобразователи напряжения 20
1.4.1 Понижающий преобразователь 23
2 Разработка принципиальной электрической схемы силовой части блока
питания 25
2.1 Разработка структурной схемы 25
2.2 Расчет номиналов элементов 26
2.3 Определение максимального и минимального значений коэффициента
заполнения 27
2.4 Выбор контроллера и определение рабочей частоты преобразователя .... 28
2.5 Расчет параметров силового дросселя 28
2.6 Расчет параметров выходного конденсатора фильтра 29
2.7 Расчет параметров диода 30
2.8 Расчет параметров ключевого транзистора 31
2.9 Расчет параметров входного конденсатора 32
2.10 Расчет мощности трансформатора 33
3 Разработка принципиальной электрической схемы системы управления блока
питания 34
3.1 Факторы учитываемые при разработке системы управления 34
3.2 Драйвер силового транзистора 35
3.2.1 Вспомогательный ключ на MOSFET транзисторе 35
3.2.2 Микросхема-драйвер IR2117 49
3.2.3 Микросхема-драйвер IR2110 53
3.3 Обратная связь по напряжению 56
3.4 Обратная связь по току 57
4 Разработка печатной платы 61
5 Разработка алгоритма работы микроконтроллера 64
5.1 Конфигурация портов ввода-вывода 64
5.2 Инициализация АЦП 64
5.3 Чтение данных с АЦП 66
5.4 Определение переменных 67
5.5 Основная функция 68
5.6 Индикация 68
5.7 Функции стабилизаторов 69
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 76
6.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 76
6.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 76
6.1.2 Анализ конкурентных технических решений 76
6.1.3 SWOT - анализ 77
6.2 Определение возможных альтернатив проведения научных
исследований 78
6.3 Планирование научно-исследовательских работ 80
6.4 Бюджет научно-технического исследования 83
6.4.1 Расчет материальных затрат НТИ 83
6.4.2 Расчет затрат на специальное оборудование 84
6.4.3 Расчет затрат на основную заработную плату исполнителей и
отчисления во внебюджетные фонды 84
6.4.4 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 85
6.5 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности разработки 86
6.6 Вывод по главе 88
7 Социальная ответственность 91
7.1 Введение 91
7.2.1 Правовые нормы трудового законодательства 91
7.2.2 Эргономические требования к правильному расположению и
компоновке рабочей зоны 92
7.3 Производственная безопасность 94
7.3.1 Отклонение показателей микроклимата 94
7.3.2 Повышенный уровень и другие неблагоприятные характеристики
шума 96
7.3.3 Статические физические перегрузки 97
7.3.4 Отсутствие или недостаток необходимого естественного
освещения 97
7.3.5 Отсутствие или недостаток необходимого искусственного
освещения 98
7.3.6 Опасность поражения электрическим током 99
Заключение 104
Список использованных источников 105
Приложение А (Обязательное) Листинг функции setup 108
Приложение Б (Обязательное) Листинг инициализации АЦП 109
Приложение В (Обязательное) Листинг функции чтения данных с АЦП 110
Приложение Г (Обязательное) Листинг используемых переменных 111
Приложение Д (Обязательное) Листинг основной функции 112
Приложение Е (Обязательное) Листинг функций индикации 113
Приложение Ж (Обязательное) Листинг функций стабилизаторов 114
Приложение З (Обязательное) Нагрузочные характеристики 116
Приложение И (Обязательное) Отклонение регулируемых величин от заданных 118
Приложение К (Обязательное) Спецификация к принципиальной электрической схеме 120
Радиоэлектронная промышленность — одна из ключевых отраслей любой национальной экономики, охватывающая все сферы жизни общества. В любой продукции высокого передела присутствуют или простые электронные компоненты, или целые радиоэлектронные узлы и модули. Можно без преувеличения сказать, что по своему влиянию на уровень благосостояния и безопасности населения, на качество жизни в стране в целом, эта отрасль является основной. При этом очень весомым остается влияние радиоэлектроники и на развитие современных средств вооружения и военной техники. Поэтому не удивительно что еще в декабре 2012 года президентом РФ В. В. Путиным был подписан указ об утверждении государственной программы Российской Федерации «Развитие электронной и радиоэлектронной промышленности на 2013 - 2025 годы» [23].
Однако радиоэлектронная аппаратура и приборы автоматики предъявляют весьма жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, а в ряде случаев требуют обязательного преобразования энергии от первичного источника. Поэтому прогресс в автоматике и радиоэлектронике сопряжен с развитием преобразовательной техники и статических средств вторичного электропитания [1].
По расчетам BusinesStat, за 2016-2019 годы продажи преобразователей в России выросли на 21,4 %: с 62,2 до 75,5 млн шт. Наибольшие темпы прироста наблюдались в 2017 и 2018 годах - 14,3 % и 5,4 % относительно прошлых лет соответственно. Это было обусловлено необходимостью замены давно функционирующих и выходящих из строя преобразователей. Отечественное производство преобразовательной техники не способно удовлетворить внутренние потребности в ней. Российские производители не выдерживают конкуренции с китайской продукцией, импорт которой в 2016-2020 годах составлял 50,6-61,4 млн шт. в год [24].
При этом, одним из этапов проектирования электроники является этап макетирования и проверки его работоспособности и соответствия заданным параметрам. На данном этапе лабораторный блок питания, представляющий собой автономный источник вторичного электропитания, предназначенный для питания стабильными током и напряжением различных макетируемых устройств, является одним из ключевых элементов.
Таким образом целью данной работы является исследование и проектирование лабораторного блока питания с двумя режимами регулирования: по току и напряжению. Для достижения данной цели предстоит решить ряд задач, таких как: изучение существующих конструкций блоков питания, разработка принципиальной электрической схемы устройства, включающую в себя силовую часть и систему управления, трассировка печатной платы устройства с использованием САПР, разработка управляющей программы микроконтроллера, а также сборка макета, для проведения тестовых запусков.
Однако радиоэлектронная аппаратура и приборы автоматики предъявляют весьма жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, а в ряде случаев требуют обязательного преобразования энергии от первичного источника. Поэтому прогресс в автоматике и радиоэлектронике сопряжен с развитием преобразовательной техники и статических средств вторичного электропитания [1].
По расчетам BusinesStat, за 2016-2019 годы продажи преобразователей в России выросли на 21,4 %: с 62,2 до 75,5 млн шт. Наибольшие темпы прироста наблюдались в 2017 и 2018 годах - 14,3 % и 5,4 % относительно прошлых лет соответственно. Это было обусловлено необходимостью замены давно функционирующих и выходящих из строя преобразователей. Отечественное производство преобразовательной техники не способно удовлетворить внутренние потребности в ней. Российские производители не выдерживают конкуренции с китайской продукцией, импорт которой в 2016-2020 годах составлял 50,6-61,4 млн шт. в год [24].
При этом, одним из этапов проектирования электроники является этап макетирования и проверки его работоспособности и соответствия заданным параметрам. На данном этапе лабораторный блок питания, представляющий собой автономный источник вторичного электропитания, предназначенный для питания стабильными током и напряжением различных макетируемых устройств, является одним из ключевых элементов.
Таким образом целью данной работы является исследование и проектирование лабораторного блока питания с двумя режимами регулирования: по току и напряжению. Для достижения данной цели предстоит решить ряд задач, таких как: изучение существующих конструкций блоков питания, разработка принципиальной электрической схемы устройства, включающую в себя силовую часть и систему управления, трассировка печатной платы устройства с использованием САПР, разработка управляющей программы микроконтроллера, а также сборка макета, для проведения тестовых запусков.
По приведенным результатам, цель данной работы, заключавшаяся в исследовании и разработке лабораторного блока питания с двумя режимами регулирования: тока и напряжения, была достигнута. Поставленные задачи были выполнены в полном объеме, поскольку устройство, описанное в работе, отвечает всем требованиям, заявленных в техническом задании.
В полной мере изучена конструкция устройства, выполнен расчет номиналов и параметров используемых электронных компонентов. Разработана принципиальная электрическая схема блока питания, а также печатная плата, для размещения требуемых компонентов.
Разработанная программа управления, на базе микроконтроллера Atmega328p обеспечила полноценное управление силовой частью схемы блока питания, а также интуитивно понятную и достоверную индикацию о состоянии выходных параметров.
Проведенные испытания макета устройства в лабораторных условиях показали удовлетворительное качество регулирования и стабилизации выходных параметров.
В полной мере изучена конструкция устройства, выполнен расчет номиналов и параметров используемых электронных компонентов. Разработана принципиальная электрическая схема блока питания, а также печатная плата, для размещения требуемых компонентов.
Разработанная программа управления, на базе микроконтроллера Atmega328p обеспечила полноценное управление силовой частью схемы блока питания, а также интуитивно понятную и достоверную индикацию о состоянии выходных параметров.
Проведенные испытания макета устройства в лабораторных условиях показали удовлетворительное качество регулирования и стабилизации выходных параметров.