МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ»
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Курсовой проект по предмету «Конструирование элементов информационно измерительной техники»
На тему: Блок питания EVPX с синхронным выпрямителем и LC-фильтром
СТУДЕНТ: 2 курса СВС-ИИТ-191
группы заочного отделения Специальности
Информационно - измерительная техника Банюкевича А.С.
Гродно 2020
Содержание
конструирование технологический устройство плата
Введение
Тема весьма популярна. Существует множество описаний таких устройств различного уровня сложности. В данной работе рассмотрим устройство блок питания EVPX с синхронным выпрямителем и LC-фильтром. Предлагаемый блок питания EVPX с синхронным выпрямителем и LC-фильтром питания предназначен для снижения негативного влияние цепей питания на сигнальные цепи усилителя, но для построения высококачественного устройства выбора подходящей схемотехники недостаточно. Эффективность и надежность работы любого источника питания во многом определяются оптимальностью выбора элементов и правильностью расчета его силовых цепей с учетом особенностей реальной нагрузки, т.е. в данном случае с учетом режимов работы выходного каскада УМЗЧ как основного потребителя энергии усилителе. Разрабатываемая плата устройства будет обеспечивать выполнение требуемых алгоритмов работы устройства и в соответствии с ними управлять работой остальных узлов устройства.
В данной курсовой работе рассмотрен блок питания EVPX с синхронным выпрямителем и LC-фильтром
1. Блок питания, блок питания УМЗЧ, Блок питания EVPX с синхронным выпрямителем, Блок питания EVPX с синхронным выпрямителем и LC-фильтром
Блок питания
Блок питания -- важная часть любого электронного устройства. От надёжности этого узла зависит правильное и длительное функционирование всей системы. Согласно техническому определению, блок питания -- это электрическое устройство, предназначенное для формирования напряжений питания. БП -- вторичный источник электропитания. Вторичный источник электропитания преобразует параметры электроэнергии основного источника электроснабжения, например, промышленной сети в электроэнергию с параметрами, необходимыми для работы вспомогательных устройств.
БП бывают 4 видов:
· со стабилизацией напряжения;
· со стабилизацией тока;
· со стабилизацией напряжения и тока;
· без стабилизации.
Первый вид обеспечивает заданное стабильное выходное напряжение, которое не зависит от входного, если величина последнего не выходит за допустимые пределы или устройство не потребляет мощность большую, чем может выдать БП. В противном случае простые источники выходят из режима стабилизации, а то и из строя, более «умные» аварийно отключают устройство и отключаются сами, не допуская поломки. Большинство новых блоков питания собрано по схеме со стабилизацией напряжения.
Блоки питания со стабилизацией тока подключают к устройствам, которым нужен стабильный ток. При изменении потребляемой мощности такой блок меняет величину напряжения так, чтобы проходящий через него ток остался неизменным.
Схемы со стабилизацией напряжения и тока часто внедряют в лабораторные блоки питания и автомобильные зарядники. При увеличении потребляемой мощности нагрузкой такой БП поддерживает установленное напряжение, а ток растёт. Когда ток, пройдя через питаемое устройство, достигнет установленного значения, источник начинает держать его (ток) на заданном уровне, при необходимости снижая напряжение.
Без стабилизации -- подключают к устройствам, некритичным к величине питающих напряжений. Выходное напряжение в них напрямую зависит от величины входного.
Блок питания УМЗЧ
С развитием электроники возможным стало конструирование блока питания не на трансформаторе, а с помощью импульсов высокой частоты. Идея в том, что если подавать и прекращать подачу постоянного тока на прибор с достаточно высокой частотой, то снятое на приборе напряжение будет не постоянным, а переменным высокой частоты. Источники импульсного питания применяются во многих радиоэлектронных устройствах. Источник питания может быть выполнен в виде сетевого трансформатора, диодного моста и конденсатора фильтра. Чем больше мощность сетевого трансформатора, тем тяжелее и массивнее получается блок.
Блок питания EVPX с синхронным выпрямителем
Перечень материалов и приложений к ТЗ:
Содержимое пояснительной записки должно соответствовать всем предъявляемым требованиям и должно содержать следующие разделы:
- введение;
- анализ технического задания;
- обзор по аналогичным устройствам;
- анализ электрической схемы и обоснование конструктивного исполнения;
- выбор и обоснование элементной базы и материалов конструкции;
- разработка компоновки блока;
- защита от воздействия дестабилизирующих факторов;
- конструкторские расчеты;
- реализованные мероприятия по энергосбережению;
- заключение;
- список литературы.
К устройству измерения метеопараметров должны прилагаться следующие документы:
- схема электрическая принципиальная схема;
- сборочный чертеж печатной платы;
- чертеж печатной платы;
- чертеж корпуса
- спецификация сборочных единиц, перечень элементов электрической принципиальной схемы.
Программное обеспечение:
Программа для микроконтроллера написана на языке ассемблера, отлажена и откомпилирована в среде AVR Studio 4.14. В первой строке директивой.include имеется ссылка на файл m8def.inc. Он содержит описания предопределенных имен регистров и констант микроконтроллера и входит в состав среды AVR Studio 4.14.
1.1 Анализ схемы электрической принципиальной
Разрабатываемая схема вольтметра устройства предназначена для реализации всех необходимых алгоритмов работы во всех его режимах, формирования сигналов управления работой остальных частей устройства, и отображения на индикаторе информации о заданной величине. Напряжение до 3 В.
Функциональный узел относится к аналого-цифровому типу.
Не дать цифровым и аналоговым сигналам влиять друг на друга является важной задачей. Поэтому при расположении элементов на плате будем придерживаться простых правил:
-Минимизирование длин параллельных линий и предотвращение близкого соседства между сигнальными дорожками на одном и том же слое уменьшит индуктивную связь;
-Минимизирование длин дорожек на смежных слоях предотвратит емкостную связь.
Соблюдение этих правил и грамотный выбор элементов и материала основания ПП позволит сделать схему максимально быстро действенной, так как скорость распространения сигналов обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости материала, из которого выполнена плата.
В составе прибора имеются средства индикации, поэтому конструкция должна иметь лицевую панель для размещения этих элементов. Также в схеме имеются элементы коммутации для подключения внешних устройств, их будем размещать на плате конструкции.
В данном устройстве применяются радиоэлементы имеющие малое значение потребляемой мощности, следовательно, не требуются специальные перфорационные отверстия для вывода лишнего тепла.
Принцип работы устройства: предлагаемый вольтметр имеет три предела измерения постоянного напряжения -- 9,99, 99,9 и 999 В, которые переключаются автоматически, и два предела для переменного (50 Гц) -- 70 и 700 В. При измерении постоянного напряжения шаг отсчета равен единице, а при измерении переменного -- двум единицам младшего разряда.
Питание осуществляют от батареи из двух гальванических элементов напряжением по 1,5 В типоразмера ААА. Потребляемый ток зависит от отображаемого значения и изменяется от нескольких до 20 мА.
Основой устройства является микроконтроллер ATmega8L. Его выбор обусловлен наличием достаточного числа портов ввода -- вывода для управления светодиодной матрицей HG1 без применения дополнительных микросхем, наличием встроенных десятиразрядного АЦП и источника образцового напряжения (2,56 В). Преобразование входного напряжения в цифровой код выполняет АЦП, а измеренное значение (три разряда) выводится в виде бегущей строки на светодиодную матрицу HG1. При этом одновременно видны только два символа. Пример Как показала практика, такой способ вывода информации не вызывает затруднений при ее считывании. Поскольку в устройстве не требуется с большой точностью выдерживать временные интервалы, то с целью снижения потребляемого тока и упрощения схемы работа микроконтроллера DD1 тактируется встроенным RC-генератором с частотой 1 МГц.
После включения питающего напряжения линии РВО--РВ4 (выводы 14--18) микроконтроллера DD1 конфигурируются как выходы для управления строками, а линии PD0--PD6 (выводы 2--6, 11,12) -- столбцами матрицы HG1. Сигналы на линиях РС4, РС5 (выводы 27, 28) управляют излучающими диодами оптопары U1, резисторы R12, R13 -- токоограничивающие. Линии ADC2 и ADC3 (выводы 25 и 26) сконфигурированы как входы встроенного АЦП. Переключателем SA2 осуществляют изменение режимов работы устройства: -- измерение постоянного напряжения с автоматическим выбором предела измерения;
- измерение переменного напряжения на пределе 700 В;
- измерение переменного напряжения на пределе 70 В.
Входная цепь вольтметра состоит из резисторов R1-- R7, R9, R10, диода VD1 и оптопары U1 и образует делитель напряжения с изменяемым коэффициентом передачи. Его изменение осуществляется подключением резисторов R9, R10 через полевые транзисторы оптопары U1. Когда они отключены, установлен предел измерения 9,99 В, при подключении резистора R10 будет установлен предел 99,9 В, а резистора R9 -- 999 В. С выхода делителя напряжение, пропорциональное входному, поступает на линию ADC3 (вывод 26) микроконтроллера DD1. Выбор указанной оптопары обусловлен ее способностью работать при низком управляющем напряжении (1,1...1,6 В), кроме того, как показала практика, сопротивление открытого ключа уже при токе 0,5 мА через управляющий светодиод составляет около 10 Ом и практически не изменяется при дальнейшем повышении тока до номинального значения 5 мА. Использование последовательного соединения четырех резисторов R1--R4 мощностью 0,5 Вт обусловлено необходимостью обеспечить надежную работу, поскольку их максимальное рабочее напряжение составляет 250 В. Напряжение минусовой полярности на входе микроконтроллера DD1 не должно превышать 0,5 В. Диод VD1 ограничивает напряжение этой полярности до 0,5...0,6 В. Поскольку на вход АЦП микроконтроллера это напряжение поступает через делитель напряжения R5--R7, оно не превысит 0,25...0,3 В на любом из пределов. Кроме того, при измерении переменного напряжения диод VD1 выполняет функции выпрямителя.
Защитный диод VD2 ограничивает значение напряжения на входе АЦП микроконтроллера до 3,1...3,2 В, что снижает вероятность его выхода из строя при нарушении работы управляемого делителя напряжения. Дроссель L1 и конденсатор СЗ образуют фильтр питания аналоговых узлов микроконтроллера DD1. Конденсатор С4 снижает уровень помех на встроенном источнике образцового напряжения 2,56 В. Резисторы R11, R8 образуют делитель напряжения источника питания, с его выхода напряжение поступает на второй вход АЦП (вывод 25) микроконтроллера DD1. Необходимость использования резистивного делителя обусловлена тем, что напряжение на входе АЦП не должно превышать 2,56 В.
По окончании конфигурирования выводов микроконтроллера на индикатор HG1 выводятся символы "ПР", после которых отображается трехзначное число номера версии программы микроконтроллера (константа vers в программе). Затем выводится условный символ батареи, затем отображается ее напряжение. Если переключатель SA2 установлен в положение "= Автомат", микроконтроллер DD1, начиная с большего предела измерения (999 В), измеряет напряжение и сравнивает полученное значение с верхним порогом переключения предела. Если это значение равно или больше порога, микроконтроллер DD1 с помощью встроенного мультиплексора отключает вывод 26 от входа АЦП и подает управляющее напряжение на оба светодиода оптопары U1, снижая коэффициент передачи входного делителя до минимума. Одновременно на индикаторе HG1 появляется сообщение о перегрузке в виде символов "OL". Если напряжение, вызвавшее перегрузку, не будет отключено, символы начнут мигать.
При входном напряжении, меньшем верхнего порога, микроконтроллер сравнивает его с нижним порогом переключения предела, и если напряжение меньше, будет включен предел 99 В и процедура измерения повторится. При напряжении, большем нижнего порога, его значение запоминается. Измерение будет повторяться столько раз, сколько указано в константе midlcikl. Микроконтроллер выберет максимальное из измеренных значений и выведет его на индикатор HG1. Использование максимального значения, а не среднего, по мнению автора, на практике оказывается более востребовано.
Минимальное напряжение питания микроконтроллера ATmega8L составляет 2,7 В, но, как правило, он сохраняет работоспособность при снижении напряжения до 2,1...2,2 В. Однако при таком снижении питающего напряжения встроенный источник образцового напряжения теряет стабильность и напряжение на выводе 21 становится практически равным напряжению питания, что в конечном счете приведет к завышению показаний. Для устранения этого недостатка и расширения интервала питающего напряжения в программе микроконтроллера предусмотрены контроль напряжения источника питания и коррекция результатов измерений.