Блок питания для компьютера, мощностью 350Вт, форм-фактор АТХ

Аннотация. В данном дипломном проекте была разработана конструкция компьютерного источника питания, мощностью 350 Вт, предназначенного для работы в системных модулях типа IBM PC-XT/AT. Разработанная конструкция полностью соответствует требованиям технического задания, что подтверждают приведенные расчеты. Основной акцент при разработке был сделан, на достижение минимальной себестоимости, для обеспечения конкурентоспособности устройства, при сохранении всех заданных показателей.

Содержание. 1 Разработка технического задания … 1.1 Название и область применения ….… ….1.2 Цель и назначение разработки….…1.3 Источник разработки … … 1.4 Технические требования ……….……….… 4.1 Состав изделия и требования к конструкторскому оформлению… … ……4.2 Показатели применения …….… …4.3 Требования к надежности … ………11 1.4.4

Требования к технологичности и метрологическому обес¬пе¬че¬нию разработки, производства и эксплу¬ата¬ции…4.5 Требования к уровню унификации и стандартизации …4.6 Требования к безопасности при обслуживании, по охране окру¬жа¬ющей среды… ….…4.7 Эстетические та эргономические требования ….…….4.8 Требования к патентной чистоте … …4.9 Требования к составляющим частям изделия: сырья, выходным

и эксплуатационным материалам …4.10 Условия эксплуатации (использования), требования к тех¬ни¬чес¬кому обслуживанию и ремонту… … …………4.11 Требования к маркировке и упаковке ….4.12 Требования к транспортировке и хранению ………….……….…1.5 Экономические показатели ….…1.6 Стадии и этапы разработки …… …1.7 Порядок контроля и приёма … ….……2. Анализ ТЗ….… ……17 3

Описание схемы электрической принципиальной ………….…3.1 Входные каскады ….…3.2 Силовой каскад …3.3 Выходные цепи … … …3.4 Стабилизация выходных напряжений импульсного блока питания (далее ИБП) … ……3.5 Схема получения сигнала PG (Power Good). … …4.Розработка конструкции прибора… 5. Обоснование выбора элементной базы и материалов конструкции. …… …38 5.1

Обоснование выбора элементной базы. ….1.1 Выбор микросхем … …1.1 Выбор управляющей микросхемы ……… ….1.2 Выбор микросхемы - компаратора напряжений. …….……1.3 Выбор микросхем - стабилизаторов напряжений. … … 1.4 Выбор микросхем усилителя ошибки. …… ………….……1.2 Выбор резисторов… …1.3 Выбор конденсаторов. ….…43 5.1.4

Выбор транзисторов. … ………4.1 Выбор силовых транзисторов. … ……… …4.2 Выбор маломощных транзисторов. … ……….…1.5 Выбор диодов. ….…5.2 Выбор материалов конструкции. … …6. Расчет конструкции печатной платы. … …7. Расчет надежности. ……… … 8. Расчет вибропрочности платы. ……… …9 Расчет теплового режима ИБП. …10 Охрана труда и окружающей среды. ….….…………59 10.1

Анализ опасных и вредных производственных факторов. … … ……10.2 Условия труда на рабочем месте. ….…10.3 Микроклимат. ….… 10.4 Оценка санитарных норм условий труда при пайке элементов.….…10.5 Освещение. ….5.1 Расчет естественного освещения. … …5.2 Расчет искусственного освещения. ….…5.3 Оценка интенсивности инфракрасного излучения (ИКИ) 68 10.6

Акустический шум в рабочем помещении. …… …10.7 Анализ потенциальных причин поражения электрическим током. Электро¬бе¬зопасность .… ….10.8 Мероприятия по пожарной безопасности. …….….….11 Технико-экономическое обоснование производства. …….…11.1 Анализ ринку. ………… … …11.2 Оценка уровня качества изделия. ……… ….11.3 Определение коэффициентов весомости параметров. ………….……79 11.4

Расчет себестоимости изделия. … ……….………11.5 Калькуляция себестоимости … …11.6 Сырье и материалы. … …11.7 Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты, работы и услуги произ¬водственного характера посторонних предприятий и орга¬ни¬за¬ций… …11.8 Основная заработная плата. … …11.9 Дополнительная заработная плата. …11.10 Отчисление на социальное страхование. ………….…89 11.12

Общепроизводственные расходы. …11.13 Административные расходы. …11.14 Расходы на сбыт. ….….…11.15 Определение цены изделия. …11.16 Нижняя черта цены. ….….……11.17 Верхняя черта цены. … … …………11.18 Договорная цена. ….… 11.19 Определение минимального объема производства продукции. … …12. Список литературы. … …93 Вступление Современные рыночные экономические отношения требуют качественную

и надежную продукцию, а также быстрое и качественное предоставление услуг. Низкая стоимость обусловливает конкурен¬то¬спо¬соб¬ность товара и услуг. Реализовать это не возможно без автоматизации всех сфер деятельности общества. Универсальным инструментом для автоматизации в наше время стал персональный компьютер (ПК). Если проанализировать, то можно увидеть что компьютер на современном этапе применяется почти везде:

в медицине, для точной диагностики с малым процентом ошибки, в производстве, для быстрого проектирования, анализа, моделирования и непосредственно при изготовлении детали, в сельском хозяйстве, в исследовательских целях, в массовых электронных платежах, в сфере развлечений (игровые автоматы). Стоит отметить, что современный компьютер представляет собой сложное радиоэлектронное средство, в котором реализованные все достижения науки в сфере технологий и инженерии.

Попытка увеличить быстродействие этого средства вынуждает разработчиков уменьшать уровни сигналов, применять технологии, которые являются чувствительными к внешнему влиянию, что очень сильно отражается на надежной работе прибора. Это в свою очередь обусловливает жесткое требование к источнику питания и к его стабильности. В случае нестабильности напряжения питания компьютера, это приводит к таким последствиям как: - выход из строя главной материнской платы; - выхода из строя оперативной памяти (ОЗП); - нарушение

целостности информации, которая хранится на жестком диске (накопителе); - порча диска (брак) при записи CD/CD-RW; - внезапная перезагрузка операционной системы; Такое нестабильное функционирование прибора, когда он является ключевым элементом в ПК, приводит к падению общей производительности и надёжности работы системы. И Такие случаи работы персональных компьютеров в Украине являются очень распространенными.

Причина - использование некачественных источников питания. Высококачественные источники питания для ПК имеют большую стоимость, поэтому, учитывая потребительский уровень, в Украину ввозятся в ограниченном количестве и для небольшого числа производителей (сборщиков) ПК. После проведенных мной исследований, было выяснено что в Украине возможно производство высококачественного источника питания для

ПК, по цене которая будет доступная среднему потребителю. Поэтому целью дипломной работы является разработка блока питания (далее БП) форм-фактора АТХ который в полной мере отвечает требованиям, которые выдвигает стандарт созданный корпорацией INTEL, имеет высокие показатели надежности и малую себестоимость. 1 Разработка технического задания. 1.1 Наименование и область применения.

1.1.1 Наименование: Блок питания компьютера форм-фактора АТХ (12V). 1.1.2 Область применения: системные модули типа IBM PC-XT/AT. 1.2 Цель и назначение разработки. 1.2.1 Целью разработки является создание компьютерного блока питания форм-фактора АТХ (12V). 1.2.2 Назначение разработки – создание функционально законченного устройства, которое обеспечивает

стабильность выходного напряжения при изменении (в определенных границах) входного напряжения, входного тока и рабочей температуры. 1.2.3 Разработка предназначена для крупно серийного производства. 1.3 Источник разработки. 1.3.1 Источником разработки является схема электрическая принципиальная блока питания компьютера, которая совместима с материнской платой изготовленной согласно спецификации ATX версии 2.03. 1.4 Технические требования. 1.4.1

Состав изделия и требования к конструктивному оформлению. 1.4.1.1 Изделие имеет в своем составе следующие части: - плата фильтрации входного напряжения; - плата преобразования напряжения. 1.4.1.2 Габаритные размеры БП должны быть, мм: - длина: 150; - ширина: 140; - высота: 86. 1.4.1.3 Масса БП должна быть не более 2 кг. 1.4.1.4

Конструктивное выполнение должно обеспечивать возможность крепления блока в системных модулях типа IBM PC-XT/AT. 1.4.1.5 Конструкция БП должна обеспечивать возможность ремонта. 1.4.1.6 Электрическая прочность изоляции БП между токоведущими цепями, а также между токоведущими цепями и корпусом в нормальных климатических условиях эксплуатации должна обеспечивать отсутствие пробоев. 1.4.1.7 Стойкость к влиянию температуры и влажности окружающей среды: изделие должно отвечать климатическому

выполнению категории УХЛ 4.2 ГОСТ15150-69. 1.4.1.8 Для антикоррозийной защиты поверхности деталей применить гальваническое покрытие. 1.4.1.9 Корпус БП должен иметь перфорацию, на деталях, которые формируют корпус не должно быть заусениц и повреждений (царапин, вмятин, коррозии). 1.4.1.10 После ремонтных работ, изделие должно сохранять показатели, которые указанны в этом документе.

1.4.1.11 Изделие должно эксплуатироваться в помещениях 3-й категории (закрытое помещение с циркуляцией воздуха). 1.4.1.12 Изделие по показателям помехоустойчивости и ликвидации помех, которые влияют на работу других изделий должно отвечать ГОСТ 22505-83 и ГОСТ 23511-79. 1.4.2 Показатели применения: Требования к сети: Минимальное значение ~В: 180; Максимальное значение ~В: 265; Частота, Гц: 47 – 63;

Требования к параметрам выходных напряжений и тока: Выход Минимальное значение, В Номинальное значение, В Максимальное значение, В Минимальное значение тока, А Максимальное значение тока, А 1 +11.40 +12.00 +12.60 1 15 2 +4.75 +5.00 +5.25 0.3 21 3 +3.14 +3.30 +3.47 0.5 22 4 -10.80 -12.00 -13.20 0.0 0.3 5 -4.75 -5.00 -5.25 0.0 0.3 6(VSB) +4.75 +5.00 +5.25 - -

Общие требования: Общая выходная мощность, Вт: 350; Общий КПД, %: 75; Скачек тока при включении не больше, А: 80; Температурный дрейф уровня выходных напряжений для канала +5В, при нагрузке всех каналов на 50%, : 0.02; Температурный дрейф уровня выходных напряжений для всех других каналов, при нагрузке всех каналов на 50%, : 0.05; При изменении напряжения сети от 180В до 264 выходные напряжения всех каналов изменяются

на ±0.5% при 50% нагрузке всех каналов; Задержка появления сигнала разрешения PG (Power Goodness) высокого уровня при включении, мл. сек.: 100 – 200 1.4.3 Требования к надежности. 1.4.3.1 Изделие по степени надежности должно удовлетворять требованиям ГОСТ 27.003-90. 1.4.3.2 Средняя наработка на отказ, час.: не менее 27000; 1.4.3.3 Вероятность безотказной работы: 0.75; 1.4.3.4 Среднее время восстановления, час.:

0.5; 1.4.3.5 Изделие должно выдерживать влияние внешних механических и климатических факторов согласно с ГОСТ 11478-88. 1.4.4 Требования к технологичности и метрологическому обеспечению разработки, производства и эксплуатации. 1.4.4.1 Параметры БП должны контролироваться посредством стандартных измерительных приборов, обслуживающим персоналом среднего уровня квалификации. 1.4.4.2 Требования к технологичности должны отвечать

ГОСТ 14.201-83. 1.4.4.3 Конструкция изделия должна обеспечивать возможность выполнения монтажных работ с соблюдением требований технического задания на установку и пайку комплектующих изделия. 1.4.4.4 Конструкция изделия в целом и отдельных узлов должна удовлетворять сборке без применения специального оборудования. 1.4.4.5 Трудоемкость при изготовлении прибора, час.: не более 3. 1.4.4.6 Конструкция блока должна отвечать требованиям ремонтопригодности согласно

Р50-84-88. 1.4.5 Требования к уровню унификации и стандартизации. 1.4.5.1 В качестве комплектующих единиц и деталей (коммуникационные изделия электроники, детали крепления, детали установки) должны использоваться серийные изделия. 1.4.5.2 Монтажные платы, панели, узлы крепления и установки должны быть унифицированы. 1.4.5.3 Коэффициент унификации стандартных и заимствуемых деталей должен быть не менее 0.1. 1.4.6

Требования к безопасности при обслуживании по охране окружающей среды. 1.4.6.1 Конструкция БП должна обеспечить безопасность персонала при эксплуатации изделия. Общие требования к электрической и механической безопасности согласно ГОСТ 12.2.007.0-75. 1.4.6.2 По мере защиты человека от поражения электрическим током блок должен быть изготовлен соответственно ГОСТ 12.2.007.0-75, класс защиты – 1. 1.4.6.3

Меры защиты от поражения электрическим током должны отвечать ГОСТ 12.2.007.0-75. 1.4.6.4 Общие требования по обеспечению пожарной безопасности в помещениях согласно ГОСТ 12.1.004-85. 1.4.6.5 Конструкция прибора должна исключать возможность неверного присоединения его токоведущих частей. 1.4.6.6 В качестве основного источника питания должна выступать промышленная сеть переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220В, в качестве альтернативного источника питания – источник

бесперебойного питания, со временем автономной работы не менее 20 мин. 1.4.6.7 Штекера и разъёмы электрических цепей должны иметь надписи, которые отвечают их назначению. 1.4.6.8 Конструкция прибора должна исключать возможность попадания в корпус посторонних вещей. 1.4.6.9 В документации по эксплуатации и требованиям по технике безопасности должны быть соблюдены правила технической эксплуатации электромонтажа, и правила безопасной эксплуатации.

1.4.7 Эстетические и эргономические требования. 1.4.7.1 Изделие по своим эргономичным показателям должно обеспечивать удобство при монтаже и эксплуатации. 1.4.8 Требования к патентной чистоте. 1.4.8.1 Патентная чистота должна быть обеспечена. 1.4.9 Требования к составным частям изделия: сырья, исходным и эксплуатационным материалам. 1.4.9.1 Покупные изделия и материалы применяются без ограничений.

1.4.10 Условия эксплуатации (использование), требования к техническому обслуживанию и ремонту. 1.4.10.1 Изделие должно быть изготовлено для климатического условия УХЛ4.2. согласно ГОСТ 15150-69. Значение температуры воздуха при эксплуатации: Рабочие: верхнее значение +35; нижнее значение +10; среднее значение +20. Предельные: верхнее значение +45; нижнее значение +10.

Относительная влажность: Среднее значение в наиболее теплый и влажной период, длительность действия. 65% при 20 С° длительность действия 12 месяцев; Верхнее значение 85% при 25 С°. Атмосферное давление: атмосферное давление 84.0.106.7 кПа. (630 – 800 мм рт.ст.) 1.4.11 Требования к маркировке и упаковке. 1.4.11.1 Маркировки изделия должно отвечать требованиям ГОСТ 21552-84. 1.4.11.2 Маркировку на корпусе выполнить методом теснения.

Качество выполненной маркировки должно обеспечивать четкое изображение на весь срок службы изделия. 1.4.11.3 В содержании маркировки изделия должно быть: наименование предприятия производителя или товарный знак; полное товарное наименование согласно ГОСТ 21552-84; порядковый номер изделия и составных частей; объяснительные и предупреждающие надписи; дата изготовления. 1.4.11.4 Упаковка должна быть выполнена в виде картонной коробки.

1.4.11.5 На таре должны быть нанесены значки: «Беречь от сырости», «Придерживаться интервала температур». 1.4.11.6 Упаковка должна обеспечить целостность изделия при работах по загрузке – разгрузке, транспортировке, сохранению и защиту при внешних воздействиях. 1.4.11.7 Каждое изделие в упаковке должно фиксироваться в транспортировочной таре. 1.4.11.8 Если изделие будет экспортироваться, все надписи выполняются на договоренном языке, который

оговаривается в договоре. 1.4.12 Требования к транспортировке и сохранению. 1.4.12.1 Упакованные изделия транспортируются исключительно в закрытом транспорте. 1.4.12.2 Требования к виду транспорта не предъявляются. 1.4.12.3 Условия сохранения изделия в таре должны отвечать следующим требованиям: температура окружающей среды ±50С°; относительная влажность воздуха при +35С° 98%; среднемесячное значение в наиболее теплый

и влажной период, длительность влияния 80% при 27 С° 12 месяцев. Тип помещения: закрытое или другое помещение с природной вентиляцией без применения искусственной регуляции климатических условий, где колебание температуры и влажности воздуха значительно меньше, чем на открытом воздухе. 1.4.12.4 Размещение и крепление упакованных изделий в транспортных средствах должно обеспечить их стойкое положение, исключить возможность падений и ударов.

1.4.12.5 В помещении для хранения изделия не должно быть агрессивных примесей (пара, щелочи, кислот и т.д.) которые вызывают коррозию. 1.4.12.6 Расстояние между стенами, полом и изделием должно быть не меньше 100мм, а между обогревающими устройствами не менее 0.5м. 1.5 Экономические показатели. 1.5.1 Ожидаемый годовой выпуск штук. 1.6 Стадии и этапы разработки. 1.6.1 Техническое предложение.

1.6.2 Эскизный проект. 1.6.3 Технический проект. 1.7 Порядок контроля и приема. 1.7.1 Изделие должно быть проверено и принято отделом технического контроля предприятия производителя. 1.7.2 Для приема предъявляются следующие документы: техническое задание; комплект конструкторской документации; ведомость покупных изделий; программа и методика проведения испытаний; эксплуатационные документы; методика проверки. 1.7.3

В случае несоответствия основных параметров блока, его отправляют в ремонт. После ремонта проводят перепроверку и настройку. 1.7.4 Все проверки за исключением оговоренных, проводить в климатических условиях которые оговорены в ТЗ. 2. Анализ ТЗ. Блок питания (БП) системных модулей IBM PC XT/AT предназначен для преобразования входного переменного напряжения сети в выходные постоянные

напряжения, которые обеспечивают работу всех других узлов и блоков компьютера. БП для компьютеров конструируются по безтрансформаторной схеме подключения к сети, и представляет собой импульсные БП, которые характеризуются большим значением КПД (более 70%), незначительным весом и небольшими габаритами. Имея столько преимуществ, импульсный БП является источником импульсных помех и это предъявляет к его

схеме много требований по электромагнитной совместимости с остальными узлами компьютера, а также с другими электронными приборами. Кроме этого в безтрансформаторных ИБП нет гальванической развязки схемы с сетью, что требует специальных мер при его ремонте. Большая часть элементов ИБП работает с током высокой частоты (~60кГц), это приводит к нагреванию элементов, поэтому является важным обеспечение теплового режима.

К элементам, которые нагреваются, относятся: импульсные транзисторы в силовом каскаде, импульсный силовой трансформатор, импульсные (высокочастотные) силовые диоды в исходных цепях, интегральные стабилизаторы напряжения, дроссель групповой стабилизации. Учитывая выше указанные особенности ИБП компьютера, а также требования ТЗ, нужно принять решение по обеспечению всех норм. Для обеспечения электромагнитной совместимости электрическая схема

ИБП всегда размещается в металлическом корпусе, который служит электромагнитным экраном. Такое оформление БП является одной из мер по снижению уровня образования помех. Другая помеха, которая является опасной как для работы компьютера, так и для других электрических приборов представляет собой кондуктивная помеха. Источником кондуктивной помехи может быть как любой внешний прибор (устройство) так и сам ИБП. Часто внешним источником является аппаратура электрической сварки,

электродвигатели, медицинская аппаратура и тк.д. В ИБП источником кондуктивной помехи является режим работы силовых транзисторов - инвертирования, выпрямляющих и коммутирующих диодов. Для борьбы с кондуктивной помехой нужно применить помехоустраняющие фильтры, и другие схемотехнические средства борьбы. Для обеспечения теплового режима, элементы, которые сильно нагреваются необходимо оборудовать радиаторами, а к элементам, для которых невозможно применение радиаторов,

необходимо применить принудительное охлаждение. В качестве принудительного охлаждения в системах обеспечения теплового режима (СОТР) в радио- конструировании широко применяются вентиляторы. Наиболее эффективной системой охлаждения при применении вентиляторов является система принудительного охлаждения воздухом путем продува.