Аттестационная работа (ИАР/ВАР) на тему Блок питания стабилизированного напряжения постоянного тока

Содержание:

Содержание

Аннотация........................................................................................................... 4

Введение.............................................................................................................. 5

1 Анализ аналога................................................................................................ 6

1.1 Назначение и
технические параметры устройства.................................... 6

1.2 Анализ существующей
схемы.................................................................... 7

1.3 Предложения по
модернизации............................................................... 11

2 Разработка
структурной схемы.................................................................... 13

2.1 Анализ основных
элементов.................................................................... 13

2.2 Требования к
основным элементам......................................................... 14

2.3 Разработка
блок-схемы алгоритма работы............................................. 14

3 Разработка
принципиальной схемы.............................................................. 17

3.1 Выбор элементной
базы........................................................................... 17

3.1.1 Микроконтроллер............................................................................... 17

3.1.2 Индикатор............................................................................................ 22

3.1.3 Блок реле............................................................................................. 23

3.2 Расчет основных
элементов...................................................................... 26

3.2.1 Силовой блок....................................................................................... 26

3.2.2 Выпрямитель....................................................................................... 30

3.2.3 Трансформатор................................................................................... 30

3.2.4 Описание работы
схемы...................................................................... 35

3.3 Расчет
энергопотребления........................................................................ 36

3.4 Расчет надежности.................................................................................... 37

3.5 Разработка печатной
платы..................................................................... 40

Выводы.............................................................................................................. 49

Литература........................................................................................................ 50

Приложение А 
Схема электрическая структурная........................................ 52

Приложение Б 
Схема электрическая принципиальная.................................. 53

Приложение В 
Перечень элементов................................................................ 54

Приложение Г Печатная плата......................................................................... 55

Приложение Д 
Сборочный чертеж печатного узла....................................... 56

Приложение Е 
Спецификация печатного узла............................................... 57

Приложение Ж  Чертеж внешнего вида корпуса............................................. 58

Введение:

Постоянные источники питания предназначены для
преобразования сети переменного тока в постоянный. С точки зрения потерь при
транспортировке электроэнергии на большие расстояния, переменный ток более
приемлемый по сравнению с постоянным. Но постоянный обладает большей мощностью
при преобразовании из переменного. Эти особенности используются для различных
процессов, связанных с работой приборов самого разного назначения.

Приборы, трансформирующие переменный ток в постоянный,
называются постоянными источниками питания. Эти устройства как бы меняют
движение электронов в проводнике с колебательного на прямолинейное.

Вся электронная аппаратура питается от источников питания,
которые бывают нестабилизированные, стабилизированные, импульсные, переменные и
пр.

Стабилизатор напряжения – электромеханическое или
электрическое (электронное) устройство, имеющее вход и выход по напряжению,
предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при
существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки.

Источник стабилизированного питания – оборудование,
применяемое для преобразования электрической энергии в форму, пригодную для
последующего использования.

В промышленности, в лабораторных исследованиях, в
мастерских  по ремонту теле-
радиоаппаратуры часто необходимо использовать источники постоянного напряжения
с разными значениями выходного сигнала. В этих случаях целесообразно вместо
набора разных блоков питания использовать один универсальный, настраиваемый на
необходимое выходное напряжение.

Модернизации подобного блока питания стабилизированного
напряжения постоянного тока и посвящена данная работа.

Заключение:

Выводы

В данном проекте произведено усовершенствование блока питания стабилизированного
напряжения постоянного тока, который предназначен  для питания радиоэлектронных устройств
стабилизированным напряжением постоянного тока.

По результатам анализа схемы-прототипа были выявлены
следующие основные недостатки:

- устаревшая элементная база;

- отсутствие индикации;

- низкий КПД.

Для устранения этих недостатков было предложено реализовать
управление на базе микроконтроллера.

В результате разработки были получены структурная и
принципиальная электрические схемы устройства, описаны алгоритм работы и схемы.
Основу разработки составляет современная плата Arduino Nano, что позволило
уменьшить габариты печатной платы и оптимально использовать возможности
микроконтроллера для управления работой устройства.

В ходе проектирования также была разработана печатная плата
устройства в САПР DipTrace, получены ее 3D изображения.

Таким образом, можем сделать вывод, что разработанное
устройство полностью соответствует поставленному заданию.

Фрагмент текста работы:

1 Анализ аналога

1.1 Назначение и технические параметры устройства

Блок питания предназначен для питания радиоэлектронных
устройств стабилизированным напряжением постоянного тока.

Блок питания рассчитан на эксплуатацию в помещении при
температуре окружающей среды от +10 до +35°С, относительной влажности
воздуха 80% при температуре +20°С и атмосферном давлении 750±30 мм.рт.ст.

Питание блока осуществляется от сети переменного тока
напряжением 220 В ±10%,
частоты 50 Гц ±1%.

Технические характеристики блока питания следующие:

- выходное напряжение регулируется от 1,5 В до максимального
значения 30 В десятью ступенями с плавным перекрытием между ступенями;

- предельно допустимый ток нагрузки 3 А;

- пульсация выходного напряжения на гнездах прибора в
диапазоне регулирования от 1,5 до 30 В не превышает ±1% при любом допустимом
токе нагрузки;

- нестабильность выходного напряжения по входному напряжению
на выходных гнездах прибора в диапазоне от 1,5 до 30 В при изменении напряжения
питающей сети на 10% от номинального значения при любом допустимом токе
нагрузки не должна превышать ±2%;

- нестабильность максимального выходного напряжения 30 В по
нагрузке на выходных гнездах прибора при изменении тока нагрузки от нуля до
предельно-допустимого значения 3 А не превышает ±5%;

- защита от перенапряжения срабатывает при превышении
амплитуды выброса 0,5..3 В от заданного значения выходного напряжения
длительностью 100 мкс;

- защита прибора от перегрузки срабатывает при превышении
тока нагрузки на 10..60% от предельно-допустимого значения 3 А;