Сложные многофункциональные микроконтроллерные зарядные устройства


Разработка конструкции зарядного устройства



страница10/21
Дата28.11.2017
Размер1.84 Mb.
ТипРеферат
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   21

Разработка конструкции зарядного устройства


В процессе разработки устройств различного назначения этап конструкторского проектирования является одним из самых трудоемких, длительных и ответственных. На этом этапе осуществляется переход от функционально-логического описания к конструкторской реализации устройств в виде законченных изделий с оформлением конструкторской и технологической документации. От качества и сроков работы на этом этапе в значительной мере зависит качество готового изделия.
    1. Исходные требования к конструкции


Исходной информацией для конструкторского проектирования преобразователя напряжения тока являются требования, изложенные в задании диплома.

Технические требования:



  • напряжение питания: постоянное, 10,5—16 В;

  • типы заряжаемых аккумуляторных батарей: Li-ion, Li-pol, Ni-mh, Ni-cd, свинцово-кислотные;

  • максимальное напряжение батареи: 14 В;

  • максимальный ток заряда: 2 А;

  • потребляемая мощность: не более 60 Вт;

  • габариты: не более 200x200x200 мм;

  • масса: не более 0,5 кг;

  • использование в закрытых помещениях при нормальных условиях;

  • температура эксплуатации: 0—40°С.

Дополнительные требования:

  • Конструктивно зарядное устройство должно быть выполнено в виде отдельного закрытого ящика.

  • Устройство должно быть компактным и сравнимо по размерам с аналогами.

  • Конструкция должна обеспечивать удобство в эксплуатации и монтаже.

  • Защита человека от поражения электрическим током.

Разрабатываемое устройство предназначается для бытового использования, целесообразно с точки зрения качества конструкции, эргономики и удобства использования сделать устройство в виде параллелепипеда, поместить входной разъем слева, экран и кнопки управления — на крышке устройства, выходные разъемы разместить справа. Такое расположение задает последовательность работы с устройством в направлении слева направо, что является удобным для большинства пользователей.

С точки для надежной работы устройства необходимо разнести сильноточную и слаботочную части схемы. В правой части корпуса имеется достаточно свободного места, поэтому сильноточные крупногабаритные элементы мы размещаем в правой части платы, рядом с выходным разъемом. Так как в устройстве присутствуют элементы, которые в процессе нормальной работы сильно нагреваются, то между корпусом и такими элементами не должно быть прямого контакта.


    1. Выбор входных и выходных разъемов, органов управления и элементов индикации


Разрабатываемое устройство подключается к внешнему блоку питания постоянного тока напряжением 12 В. Главные требования, которыми следует руководствоваться в выборе разъемов питания это соответствие максимально допустимых тока и напряжения разъема требуемым, а также конструкция вилки на шнуре блока питания не должна предполагать возможность короткого замыкания рукой или плоским металлическим предметом. Этим условиям удовлетворяет выбранная пара вилка-розетка типа DJK-10A и DJK-04A, выдерживающая напряжение в 250 В.
frame3

Так как разрабатываемое устройство будет применяться для заряда аккумуляторов, подключаемых проводами, в качестве выходных разъемов целесообразно использовать клеммные разъемы с диаметром отверстия 4 мм, часто применяемые в лабораторном оборудовании. Это позволит использовать многие кабели без переделки и дополнительных адаптеров. Наиболее простыми клеммами с диаметром отверстия 4 мм являются клеммы типа BP-10R, представленные на рис. 48., выдерживающие напряжение 250 В и ток 5 А.



frame4

Для отображения текстовой информации в электронных устройствах применяются жидкокристаллические дисплеи. ЖК-дисплеи бывают одно- и многоцветными. Многоцветные дисплеи позволяют отображать до нескольких миллионов цветов, но имеют высокие цены. Объем текстовой информации, отображаемой на нашем устройстве не велик, поэтому был выбран монохромный знакосинтезирующий дисплей на 32 символа MT-16S2D производства компании «МЭЛТ». Для улучшения удобочитаемости и контрастности дисплея был выбран его вариант с подсветкой зеленого цвета.



frame5

Характеристики дисплея MT-16S2D:



  • Набор символов: латиница, кириллица, цифры, дополнительные математические знаки;

  • Количество символов: 16;

  • Количество строк: 2;

  • Подсветка: желто-зеленая;

  • Температурный диапазон: 0—40 C;

  • Напряжение питания: 5 В.

Для удобного управления устройством необходимо использовать шесть кнопок: «вверх», «вниз», «влево», «вправо», «ввод» и «отмена». В виду большой удаленности верхней крышки корпуса от платы, кнопки крепятся на крышку корпуса. Кнопки «ввод» и «отмена» будут часто нажиматься, поэтому они будут типа PSW-3B, который имеет размер и форму, удобные для нажатия пальцем. Для остальных кнопок выбран тип PSW-5R, который имеет малые габариты. Оба типа кнопок выдерживают напряжение до 250 В и ток до 0,3 А.

frame6

Кнопки направлений располагаются в виде ромба, кнопка «ввод» — слева, кнопка «отмена» — справа.

Для включения устройства был выбран тумблер типа PST-31A, который будет расположен на левой стороне устройства над разъемом питания. Максимальное выдерживаемое напряжение —
250 В.

frame7

    1. Разработка конструкции печатной платы


Несущим элементом разрабатываемой нами функциональной ячейки (ФЯ) является печатная плата (ПП). Печатная плата — электрическая конструкция, которая состоит из плоских проводников, в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающем соединение электрической цепи. Для нашей печатной платы материалом выберем фольгированный стеклотекстолит СФ-2-35 (ГОСТ 10316-78 и ГОСТ 23751-19). Толщина фольги 35 мкм, прочность сцепления 300 гс, диапазон рабочих температур −60…+120.

Фольгированный стеклотекстолит имеет гораздо лучшие механические свойства по сравнению, например, с гетинаксом (не ломается и с трудом изгибается), поэтому нашёл применение в военной, вычислительной, измерительной аппаратуре, где требуется высокая надёжность прибора, либо стойкость к механическим нагрузкам.



Выбор размеров платы

Площадь печатной платы, необходимую для одностороннего размещения радиоэлементов находят по формуле:



,

где qs-коэффициент дезинтеграции площади, Seli – установочная площадь i-ого радиоэлемента, n – число радиоэлементов. Коэффициент дезинтеграции qs должен принимать значения от 2 до 2.5.



Составим таблицу элементов с указанием их количества, размеров и занимаемой площади.

Наименование элемента

Ширина, мм

Высота, мм

Кол-во

Общая занимаемая площадь, мм2

ATMEGA32

52

17

1

884

TL494

22

10

1

220

LM324A

22

10

1

220

K555ЛИ1

18

10

1

180

7805

10

5,5

1

55

BUZZER

12

12

1

144

HC49S

12

5,2

1

62,4

IRL3303

10

5,5

2

110

FUSE

22,5

6,5

1

146,25

RCH110-120

10

10

4

400

CDRH127

15,6

13

1

202,8

LQH32CN

4,5

3

1

13,5

K73-17

10,5

29,5

3

929,25

TCAP-D

9

4

5

180

CA9V

10,5

12,5

3

393,75

1N5822

31,5

7

1

220,5

АЛ102БМ

4,7

4,7

2

44,18

LL103

3

8,7

2

52,2

SQP-20

70

14,6

1

1022

SQP-5

30

9,2

2

552

МЛТ-125

4,7

4,7

21

463,89

МЛТ-500

16,5

4

2

132

С0805

3

1,3

20

78

BH-16

8,4

27,8

1

233,52

BH-12

15,5

5

1

77,5

BH-10

20,2

8,9

1

179,78

JK35F

7

11,7

1

81,9

WF-2

4,8

5,8

2

55,68

K50-35

4,7

4,7

3

66,27

Итого:










7400,37

Таблица 2. Список элементов с указанием их количества, размеров и занимаемой площади.

Согласно формуле (1), S=2*7400,37=14800,74 мм2

Выберем типоразмер нашей платы 152×90 мм, площадь такой платы примерно равна S.

Толщина ПП определяется толщиной исходного материала и выбирается в зависимости от использованной элементной базы и внешних механических воздействий. Примем толщину ПП=1.5 мм.



Выбор класса точности

При изготовлении ПП необходимо задать класс точности. При определении класса точности изготовления ПП мы должны учитывать размеры посадочных площадок используемых элементов, и то, что наше устройство должно быть компактным. Выберем 3-й класс точности согласно ГОСТ 23751-86, так как он удовлетворяет нашим требованиям.



Конструктивные параметры элемента печатной платы и номинальный размер для 3 класса точности

Значение

Минимальная ширина проводников, мм

0,25

Минимальное расстояние между проводниками, мм

0,25

Гарантированная ширина пояска в наружном слое, мм

0,1

Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы, мм

0,33

Таблица 3. Конструктивные параметры печатной платы для 3 класса точности согласно ГОСТ 23751-86 .

Размещение элементов

Размещение радиоэлементов на печатной плате может быть одностороннее или двустороннее, т. к. все элементы могут быть размещены на одной стороне платы, в нашем случае размещение одностороннее, это упрощает разборку, ремонт и обслуживание устройства.

Размещение радиоэлементов на ПП производится в соответствии с ОСТ 4.ГО.010.009 и должно быть согласовано с требованиями и конструкциями ФЯ. Критериями рационального размещения радиоэлементов на плату могут служить: минимальная длина связей между элементами, равномерное распределение массы элементов на плате. При установке ЭРЭ на плату сначала устанавливаются элементы, у которых максимальное число контактов, и далее по убывающей.

Радиоэлементы крепятся на ПП методом пайки в металлизированные отверстия, которые в свою очередь связывают все ЭРЭ с токопроводящим рисунком. Пайка представляет собой технологический процесс, при котором соединение деталей происходит в результате расплавления припоя без расплавления металла соединяемых деталей. Проводящий рисунок ПП должен быть четким, с ровными краями, без вздутий, отслоений, разрывов, темных пятен, следов инструментов и остатков технических материалов.



Расчет мощностей в схеме

Определим максимальную мощность, потребляемую устройством без учета нагрузки

Согласно схеме, цифровая часть устройства потребляет не более 0,05 Вт. Рассчитаем тепловыделение силовой части, используя данные расчета SEPIC-преобразователя.

Мощность, выделяемая на ключе в момент переключений, вычисляется по формуле



[Вт] (2),

где Vmax —максимальное напряжение на ключе, Imax —максимальный ток в ключе, ton — время включения, toff —время выключения, T—период преобразователя.

Q = 0,5*16*2*(2∙10-7+3.6∙10-8)/4∙10-6 = 16*0,059 = 0,944 Вт.

Суммарная максимальная мощность, выделяемая на ключе, складывается из мощности в открытом состоянии (рассчитана при расчете SEPIC-преобразователя) и мощности в момент переключений.

Для VT1 и VT2 максимальная выделяемая мощность Qсумм = 0,58+0,944 = 1,524 Вт. Ключ VT2 в расчет не принимается, так как они одинаковы, работают в одинаковых режимах, и только попеременно.


Обозначение на схеме

Тип

Тепловыделение не более, Вт

С1—С3

K73-17

0,76

С4

TCAP-D

0,1

С5—С8

TCAP-D

0,5

VT1

IRL3303

1,524

L1—L3

RCH110-120

1,45

L4

CDRH127

0,4

VD1

1N5822

0,8

R4

SQP-20

20

R5,R6

SQP-5

2,2

Итого:




27,734

Таблица 4. Тепловыделение на элементах силовой части.

Максимальное тепловыделение согласно технической документации на транзисторы типа IRL3303 рассчитывается по формуле:



[Вт] (3),

где Tдп — температура максимально допустимого перегрева, которая вычисляется, как разность максимально допустимой температуры элемента и максимальной рабочей температуры окружающей среды.



[Вт].

Так как максимальное тепловыделение на ключах VT1 и VT2 не превышает максимально допустимых 2,18 Вт для каждого из них, дополнительное охлаждение этих транзисторов не требуется. С учетом возможных будущих усовершенствований устройства и повышении мощности, предусмотрим в устройстве место для радиатора на транзисторах VT1 и VT2.

Тепловыделение на резисторе R4 регулируется программно и в пике достигает 20 Вт. С учетом этого факта, внутри корпуса не должно быть прямого контакта между этим резистором и корпусом.

Чертеж разработанной печатной платы зарядного устройства приведен в приложении 2.

Сборочный чертеж разработанного печатного узла представлен в приложении 3.


    1. Каталог: raznoe
      raznoe -> Цга чувашской Республики. Ф. Р-76. Оп Д. 42. Л
      raznoe -> Образовательная программа по английскому языку для общеобразовательной школы пояснительная записка «Инновационная уровневая образовательная программа по английскому языку для общеобразовательной школы»
      raznoe -> Базы данных
      raznoe -> Возврат водительского удостоверения лицу, лишенному права на управление, осуществляется только после сдачи теоретического экзамена на знание правил дорожного движения
      raznoe -> Руководство администратора по разворачиванию системы


      Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   21


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница