Тема «Импульсный блок питания на базе БП ПК»
Содержание
Введение
1. Конструктивные особенности типовыхэлементов схемы
1.1 Резисторы СП3-38 (R14, R1)
1.2 Резисторы СП3-9А (R3, R4, R6, R8, R9, R10, R11-R14)
1.3 Резисторы МЛТ 0.125 (R2, R5, R7, R15-R16)
1.4 Конденсаторы КМ-5(C1, C4-C8, C12)
1.5 Конденсаторы К50-35 (C2, C3)
1.6 Диоды Д9А (VD1)
1.7 Диоды КД106А (VD2)
1.8 Стабилитроны КС147А (VD3)
1.9 Индикаторы АЛС 324Б (HG1, HG2)
1.9.1 Индикаторы АЛС 321Б (HG3)
1.9.2 Индикаторы АЛС 333Б (HG4)
1.9.3 Операционный усилительКР140УД608 (DA1)
1.9.4 Светодиод АЛ307БМ (HL1)
1.9.5 Аналого-цифровойпреобразователь КР572ПВ2А
2. Определение требований к печатнойплате
2.1 Требования к формовке выводов,лужению и пайке
3. Расчетный раздел
3.1 Расчет и конструктивных параметровэлементов печатной платы
3.1.1 Расчет электрических параметровпечатных проводников
3.2 Расчет надежности
4. Технологический раздел
4.1 Технология поверхностного монтажа
Заключение
Список литературы
Введение
Предлагаемое устройство помимонеплохих технических характеристик, привлекательно тем, что за его основу взятимпульсный блок питания отслужившего свой срок IBM-совместимого персональногокомпьютера. При этом отпадает необходимость в приобретении многих специфическихрадиоэлементов, изготовлении импульсных трансформаторов и дросселей.
Описываемый блок позволяет питатьстабилизированным напряжением радиолюбительские конструкции и заряжатьстабильным током различные аккумуляторные батареи.
Основные технические характеристики:
Входное напряжение — 220 В Выходноестабилизированное напряжение, 5 – 15 В; Напряжение пульсаций при токе – 5А, неболее 25 мВ;.
Блок питания оснащен цифровой шкалойдля индикации выходного напряжения и тока нагрузки, имеет регуляторы выходногонапряжения для грубой и точной установки, регулятор ограничения выходного тока,индикатор максимального тока, предохранитель для защиты выходных цепей в случаенеправильной полярности включения заряжаемого аккумулятора.
1. Конструктивныеособенности типовых элементов схемы
1.1Резисторы СП3-38 (R14, R1)
/>Рис.1
Типкорпуса представлен на рисунке 1. Резисторы подстроечные, одинарные оборотные скруговым перемещением подвижной системы, предназначены для работы вэлектрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока.
Размеры: H=9.5; L=12; h=4; l=2.5
1.2 РезисторыСП3-9А (R3, R4, R6, R8, R9, R10, R11-R14)
/>Рис.2
Типкорпуса представлен на рисунке 2
Резисторырегулировочные цилиндрические одинарные однооборотные с круговым перемещениемподвижной системы, предназначеныдля работы в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока.
Размеры: L=16
1.3Резисторы МЛТ 0.125 (R2, R5, R7, R15-R16)
/>Рис.3
Типкорпуса представлен на рис.3
Резисторыс металлоэлектрическим проводящим слоем предназначены для работы в цепяхпостоянного, переменного и импульсного тока в качестве элементов навесногомонтажа. Резисторы МЛТ относятся к неизолированным.
Размеры: D=6; L=2.2; d=0.6;
1.4Конденсаторы КМ-5(C1, C4-C8, C12)
/>Рис.4
Типкорпуса представлен на рис. 4.
Конденсаторынизковольтные керамические монолитные. Предназначены для работы в цепяхпостоянного, переменного и импульсного тока.
Размеры: L=13; B=13; H=3; A=7.5
1.5Конденсаторы К50-35 (C2, C3)
/>Рис.5
Типкорпуса представлен на рисунке 5.
Конденсаторвысокочастотный аллюминевый оксидно-электрический. Предназначен для работы вцепях постоянного, пульсирующего и импульсного тока.
Конденсаторвыпускается в цилиндрических металлических корпусах с разнонаправленнымивыводами.
Размеры: D=30; L=70; A=12.5;a=6
1.6Диоды Д9А (VD1)
/>Рис.6
Типкорпуса представлен на рис. 6
Диоды маломощныевыпрямительные. Применяется в транзисторной аппаратуре.
Размеры: L=7.5; d=2.5; H=24
1.7Диоды КД106А (VD2)
/>Рис.7
Типкорпуса представлен на рис. 7.
Диодыкремниевые, диффузионные. Выпускаются в пластмассовом корпусе с гибкимивыводами. Предназначен для работы в цепях постоянного, пульсирующего иимпульсного тока ы
Размеры: L=7; d=5.0
1.8Стабилитроны КС147А (VD3)
/>
Рис. 8
Типкорпуса представлен на рис.8
Стабилитроныкремниевые диффузно-сплавные, малой мощности. Предназначены для стабилизацииноминального напряжения. Выпускаются в стеклянном корпусе с гибкими выводами.
Размеры: L=9; d=5
1.9Индикаторы АЛС 324Б (HG1, HG2)
/>Рис.9
Типкорпуса представлен на рис. 9.
Индикаторызнакосинтезирующие, на основе соединения арсенид—фосфид—галлий. Предназначеныдля визуальной индикации. Индикаторы имеют семь сегментов и децимальную точку,излучающих свет при воздействии прямого тока. Различные комбинации элементов,обеспечиваемые внешней коммутацией, позволяют воспроизвести цифры от 0 до 9 идецимальную точку. Выпускаются в пластмассовом корпусе.
Размеры: L=19.5; d=4.2
1.9.1 ИндикаторыАЛС 321Б (HG3)
/>Рис. 10
Типкорпуса представлен на рис. 10.
Индикаторызнакосинтезирующие, фосфидогаллиевые. Предназначены для визуальной индикации…Выпускаются в пластмассовом корпусе.
Размеры: L=6; d=5.7
электрический лужение пайка печатный
1.9.2 ИндикаторыАЛС 333Б (HG4)
/>Рис. 11
Типкорпуса представлен на рис. 11.
Индикаторытипа АЛС 333 изготавливают из арсенида галлия алюминия.
Размеры: L=6.3; d=2.4
1.9.3 Операционныйусилитель КР140УД608 (DA1)
/>Рис.12
Типкорпуса представлен на рис. 12.
Операционныйусилитель средней точности с высоким усилением имеющий на входе полевыетранзисторы с p-n переходом и p-каналом.
Размеры: L=7.5; d=6.6
1.9.4Светодиод АЛ307БМ (HL1)
/>Рис.13
Типкорпуса представлен на рис. 13.
Диодсветоизлучающий, с рассеянным излучением, эпитаксиальный. Выпускается впластмассовом корпусе. Цвет свечения АЛ307БМ красный.
Размеры: L=10; d=5.3
1.9.5Аналого-цифровой преобразователь КР572ПВ2А
/>Рис.14
Типкорпуса представлен на рис.14
АЦПКР572ПВ2А выпускается по бКО.348.432-04ТУ в пластмассовом корпусе 2123.40-2.
Размеры: d=14, L=51.5
2.Определение требований к печатной плате
Платаизготавливается субтрактивным методом.
Определимплощадь печатной платы. Для этого нужно рассчитать сумму площадей всехэлементов.
Суммарнаяплощадь элементов платы равна1477 мм2. это число умножаем накоэффициент 3 и получаем площадь печатной платы, равную 4431мм2 .
SR2,R5,R7,R15-R16= 66мм
SR1,R14= 76мм
SR3,R4,R6,R8,R9,R10,R11-R14= 125мм
SC9-C11= 76.8мм
SVD1= 78,75мм
SC1,C4-C8,C12=315мм
SVD2=35мм
SVD3=45мм
SHG1=81.9мм
SHG2-HG3=30.24мм
SHG4=34.2мм
SSA1=64мм
SHL1=648мм
SDA1=49.5мм
SDA2=648мм
S=66+76+125+360+76.8+315+18.75+35+45+81.9+30.24+34.1+64+53+49.5+46.75 = 1477 мм2
Sпп=1477*3=4431мм
Определимлинейные размеры сторон печатной платы. Исходя из полученной площади,устанавливаем линейные размеры 72×62 мм, в соответствии с ГОСТ 10317-79«Платы печатные. Основные размеры». Шаг координатной сетки выбираем равным 1,25 мм.
2.1Требования к формовке выводов, лужению и пайке
Импульсныйблок питания собирается согласно сборочному чертежу.
В качествепечатной платы выбран стеклотекстолит фольгированный с размером сторон 72×62мм.
Выборматериала и установки был устроен таким способом чтобы в случае поломки былдоступ к каждому элементу.
Всеэлементы устанавливаются вручную, причем зазор между элементами и платой долженбыть не более 1мм. Именно поэтому нужно уделить большое значение формовке иподрезке выводов, которые осуществляется вручную например при помощи кусачковили бокорезов.
Приобрезке выводов нужно учитывать что за основание платы должны выступать неменее чем по 1мм, длина ножек должна составлять не более 3-4мм.
Пайкуэлементов следует производить с помощью спиртоканифольного флюса ПОС – 61 спониженной температурой плавления.
Корпусаэлементов должны располагаться параллельно или перпендикулярно друг другу.Предпочтительное расположение элементов — рядовое.
Навесныеэлементы крепятся к печатной плате с помощью собственных выводов. В случаенеобходимости применяют дополнительное механическое крепление. Установкуэлемента с зазором между его корпусом и платой используют при двустороннеммонтаже; при этом печатные проводники могут располагаться под навеснымэлементом. Лучшим способом с точки зрения восприятия механических нагрузокявляется установка элементов вплотную к плате, выполняемая с помощью собственныхвыводов и дополнительного крепления за корпус при помощи проволочных скоб,которые впаиваются в отверстия платы.
Маркировкаэлектрорадиоэлементов должна быть нанесена в соответствии сихобозначениями в электрических принципиальных схемах. Разрешается производитьмаркировку на самих элементах, если это не повлияет на их работу и не закроетмаркировку изготовителя электрорадиоэлемента, которая в любом случае должнабыть отчетливо видна.
Формапаяных соединений — по возможности скелетная с вогнутыми галтелями припоя пошву и без его избытка. Она должна позволять визуально просматривать черезтонкий слой припоя контуры входящих в соединение отдельных монтажных элементов.Поверхность галтелей припоя по всему периметру паяного шва – вогнутая, непрерывная,гладкая, глянцевая, без темных пятен и посторонних включений.
3.Расчетный раздел
3.1Расчет и конструктивных параметров элементов печатной платы
Расчетэлектрических и конструктивных параметров включает в себя расчет диаметровмонтажных и переходных отверстий, контактных площадок, ширины печатногопроводника и падения напряжения на печатном проводнике.
Прикомпоновке радиоэлектронной аппаратуры должны быть учтены требованияоптимальных функциональных связей между модулями, их устойчивость и стабильность,требования прочности и жесткости, помехозащищенности и нормального тепловогорежима, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуатации иремонта.
Такженеобходимо учитывать дополнительные требования: длина печатных проводниковдолжна быть минимальна; количество пересечений печатных проводников должно бытьминимально.
Диаметрмонтажного отверстия рассчитывается по формуле
dотв > dв + ∆ + 2hг + δд ,
где dв — диаметр вывода элемента, мм;
∆ — зазор между выводом и монтажным отверстием, мм;
2hг — толщина гальванически наращенной меди, мм;
δд — погрешность диаметра отверстия.
Диаметрмонтажного отверстия для резисторов, конденсаторов и диодов:
dотв. = 0,6+ 0,4 + 0,05 = 1,05 мм
Диаметрмонтажного отверстия для цифровых индикаторов АЛС324Б, АЛС 333Б, АЛС321Б:
dотв. = 0,5 + 0,4 + 0,05 = 0,95 мм
Диаметрмонтажного отверстия для ИМС КР140УД608А, КР572ПВ2А:
dотв = 0, 5 + 0,5 + 0,05 = 1,05 мм
Диаметрконтактной площадки рассчитывается по формуле
dкп = dотв + 2b + c,
где dотв – диаметр монтажного отверстия;
b – минимально необходимая радиальнаяширина кольца, мм
с –технологический коэффициент погрешности производства, мм.
диаметрконтактной площадки для резисторов, конденсаторов и диодов:
dкп = 1.05 + 1,1 + 0,1 =2,25 мм
диаметрконтактной площадки для АЛС324Б, АЛС 333Б, АЛС321Б:
dкп = 0,95 + 1,1 + 0,1 = 2,15 мм
диаметрконтактной площадки для ИМС КР140УД608А, КР572ПВ2А:
dкп = 1,05 +1,1 + 0,1 = 2.25 мм
диаметрконтактной площадки для КД106А
dкп = 0,85 + 1,1 +0,1 = 2,05 мм
Площадьпечатной платы рассчитывается по формуле
S = Sобщ * К + Sвсп.з,
где Sобщ – общая площадь установленных наплате элементов, мм;
К –коэффициент площади размещения элементов;
Sвсп.з – площадь вспомогательных зон.
Всоответствии с расчетным разделом площадь платы принимаем равной
S п.п. = 1477* 3 + 6 = 4437 мм2.
3.1.1Расчет электрических параметров печатных проводников
Ширинапечатного проводник рассчитывается по формуле:
t≥Imax/(gдоп*h)
Imax=40 мА
gдоп = 100А/мм
h= 35 мкм
t= 40*10-3/(100*35*10-3)=0.2 мм
Изготовлениепечатных проводников такой ширины технологически не оправдано, выбираем ширинупроводника 0.1 мм.
Падениенапряжения рассчитывается по формуле:
DU=gдоп*r*lп
lп= 0.108 мм
Величина r для медных проводников полученныхметодом химического травления составляет 0.0175 Ом*мм
U=200*0.0175*0.108=0.378 В
Рассчитаемсопротивление проводника:
R=/>
r=0.0175Ом*мм
l=60 мм
t=0.2 мм
h=0.35 мм
R=0.0175*(60/(0.2*0.35))=1.83 мм
3.2Расчет надежности
Расчетнадежности выполняется на этапе технического проекта, когда основныесхемотехнические и конструктивные проблемы решены, но имеется возможностьизменить режим работы элементов. Расчеты выполняются для периода нормальнойэксплуатации, когда интенсивность отказов постоянна и отказы являютсяслучайными и независимыми.
Порядокрасчета надежности:
— элементысистемы разбить на группы с одинаковыми интенсивностями отказов;
— посчитатьчисло элементов в каждой группе;
— выписатьиз справочника значение l0i;
— определитькоэффициенты режимов в зависимости от коэффициентов нагрузки и температуры;
— рассчитатьзначение lЭi с учетомкоэффициентов;
— рассчитатьзначение lЭi • Ni;
— рассчитатьинтенсивность отказов всей системы lС;
— рассчитатьсреднюю наработку до первого отказа tcp;
— рассчитатьвероятность безотказной работы P(t);
— построитьграфик вероятности безотказной работы. Расчет интенсивности отказа каждойгруппы ЭРЭ производим по формуле
lЭ=l0*Кэ*Кр
где l0 — интенсивность отказов группы ЭРЭбез учета коэффициентов; Кэ — коэффициент эксплуатации; Кр — коэффициентрежима.
Расчетинтенсивности отказа каждой группы ИМС производим по формуле:
lЭ=l0*Кэ*Ксл
где l0 — интенсивность отказов группы ИМС без учетакоэффициентов;
Кэ — коэффициент эксплуатации;
Ксл-коэффициент режима. Расчет интенсивности отказов всей системы производим поформуле:
/>
где lэi — интенсивность отказов группы с учетом коэффициентов;
Ni – количество элементов в группе.Расчет средней наработки до первого отказа проводим по формуле:
tcp= l / l*c.Обозначение элементов Наименование элементов Кол. Ni
l0*106 1/ч Режимы работы
lэ 106 1/ч
lэi Ni 106 1/ч t°C
Кн
Кэ
Кр
Ксл R1,R14 СП3-38 2 3.0 30 0.6 3.42 0.29 - 1.54 3.08 R3,R4,R6,R8-R10,R11-R14 СП3-9А 10 1.5 30 0.6 3.42 0.9 - 4.42 14.2 C1,C4-C8,C12 КМ-5 7 0.8 30 0.6 3.42 0.1 - 0.42 2.94 R2,R5,R7,R15-R16 МЛТ 0.125 5 0.1 30 0.6 3.42 0.39 - 1.37 6.85 C2,C3 К50-35 2 2.4 30 0.6 3.42 0.48 - 2.79 5.58 VD1 Д9А 1 0.4 30 0.6 3.42 0.35 - 1.33 1.33 VD2 КД106А 1 2.5 30 0.6 3.42 0.6 - 3.55 9.55 VD3 КС147А 1 6.0 30 0.6 3.42 0.55 - 5.18 5.18 DA1 КР140УД608 1 0.6 30 0.6 3.42 - 1.56 1.85 1.85 Пайка 66 0.01
Расчеты:
Kl1=1.37
Kl2=2.5
Kl3=1.0
Kэ=3.423
lc=3.08+14.2+2.94+6.85+5.58+1.33+3.55+5.18=44.56*10-6
tср = 1/lc= 1/44.56*10-6 = 22441.65часовt 5000 10000 15000 20000 22441.65 P(t) 1 0.8 0.64 0.51 0.41 0.36
4.Технологический раздел
4.1Технология поверхностного монтажа
Развитиеммонтажно-сборочных работ на ПП является переход от монтажа компонентов свыводами в отверстия к поверхностному монтажу без выводных компонентов вмикрокорпусах или компонентов с планарными выводами. Его преимущества посравнению с традиционным методом сводятся к следующим:
— снижениезатрат на изготовление ПП из-за устранения операций сверления монтажныхотверстий, их очистки, металлизации и контроля;
— исключение таких подготовительных операций при сборке, как выпрямление,формовка выводов;
— повышение надежности межсоединений;
Внедрениеповерхностного монтажа связано с переводом всей элементной базы на новый видисполнения, повышением требований к ПП, разработкой новых ТП и созданиемнеобходимого количества производительного оборудования.
Групповыеметоды сборки и монтажа (пайка погружением).
Групповыеметоды сборки и монтажа разрабатываются для определенной совокупности сборочныхединиц, имеющих одинаковые условия сборки, число точек крепления ихарактеризующихся общностью применяемых средств механизации и автоматизации.Разработка группового ТП в основном сводится к проектированию групповойтехологической оснастки, созданию наладок для каждого изделия, входящего вклассификационную группу, и установлению оптимальной последовательности запускапартий на сборку.
Групповыеметоды сборки и монтажа наиболее эффективны в условиях мелкосерийного иединичного производства. Они позволяют сократить число разрабатываемыхпроцессов, внедрить высокопроизводительную автоматизированную технологическуюоснастку и оборудование, сконцентрировать технологически однородные работы иприменить групповые проточные многопредметные линии сборки.
Пайкойназывается процесс соединения металлов твердом состоянии путем введения в зазоррасплавленного припоя, взаимодействующего с основным металлом и образующегожидкую металлическую прослойку, кристаллизация которой приводит к образованиюпаяного шва. Паяные электрические соединения широко применяют при монтажеэлектронной аппаратуры из-за низкого и стабильного электрическогосопротивления, универсальности, простоты автоматизации, контроля и ремонта.Однако этому методу присущи и существенные недостатки: высокая стоимостьиспользуемых цветных металлов и флюсов, длительное воздействие высокихтемператур, коррозийная активность остатков флюсов, выделение вредных веществ.Одним из распространенных методов групповой пайки является пайка погружением.При использовании этого вида пайки элементы на 2…4 секунды погружаются врасплавленный припой на глубину 0,4…0,6 ее толщины, что приводит к капиллярномутечению припоя и заполнению им монтажных отверстий. Одновременное воздействиетемпературы на всю поверхность платы приводит к ее перегреву и термоудару. Этовызывает повышенное коробление ПП, что ограничивает их максимальный размер 150 мм с соотношением сторон 1: 2. чтобы ограничить зону действия припоя на плату с монтажнойстороны наносят специальную защитную маску, в которой предусмотрена отверстияпод контактные площадки. С этой же целью температуру пайки выбирают болеенизкой, что также уменьшает потери припоя в процессе окисления. Продуктыокисления скапливаются на поверхности, и перед каждой пайкой их удаляютметаллическим скребком.
Наиболеесовершенным способом реализации пайки погружением является пайка протягиванием,при которой ПП укладывается в держатель под углом около 5°, погружается в ваннуи протягивается по зеркалу припоя. Впереди держателя имеется закрепленныйскребок, который очищает поверхность зеркала. Создаются благоприятные условиядля удаления флюса и излишков припоя. Время пайки протягиванием увеличиваетсядо 10 секунд.
Высокоекачество пайки обеспечивает способ погружения платы в заполненную сеткой ванну,которая превращается в капиллярный питатель. При соприкосновении платы с сеткойприпой выдавливается через ее ячейки и под давлением капиллярного эффектазаходит в зазор между выводами и металлизированными отверстиями. При обратномдвижении ванны избыток припоя затягивается капиллярами сеточного набора, чтопредотвращает образование сосулек. Различие в длине выводов не сказывается накачестве пайки из-за гибкости сетки.
Заключение
Выполнениекурсового проекта было проведено без отклонения от задания. Составлено описаниесхемы электрической принципиальной. Были приведены конструктивные особенноститиповых элементов, сформулированы требования к проектированию печатной платы и рассчитаныплощадь и габаритные размеры сторон печатной платы.
Врасчетном разделе проделан расчет электрических и конструктивных параметровэлементов печатной платы. Так же был произведен расчет технологичности инадёжности конструкции.
Площадьпечатной платы 4431 мм, размеры сторон 72×62 мм. Значение соответствуютГОСТ 23751-86.
В курсовомпроекте был разработан чертеж печатной платы, сборочный чертеж, составленаспецификация и разработана схема электрическая принципиальная.
Списоклитературы
1. ГОСТ 2.105-95.Общие требования к текстовым документам.
2. ГОСТ 10317-79.Платы печатные. Основные размеры.
3. ГОСТ 3.1104-81.Общие требования к технологическим документам.
4. ГОСТ 23751-86.Платы печатные. Основные параметры конструкции.
5. ГОСТ 2.417-91.Платы печатные. Правила выполнения чертежей.
6. Справочник поэлектрическим конденсаторам под редакцией И.И. Четверткова М.: Радио и связь,1983 г.
7. Резисторы. Справочник.Под ред.И.И. Четверткова. 1991
8. Диоды Справочникпод редакцией О.П. Григорьева М.: Радио и связь, 1990 г.
9. Пирогова Проектированиеи технология печатных плат Москва ФОРУМ – ИНФРА-М 2005 г