ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры
Методические указания
к выполнению курсового проекта по дисциплине
«Источники питания приборов» для студентов направления 200100.62 «Приборостроение» (профиль «Приборостроение») очной и заочной форм обучения
Воронеж 2015
Составитель канд. техн. наук А.С.Самодуров
УДК 621.311.6
Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Источники питания приборов» для студентов направления 200100.62 «Приборостроение» (профиль «Приборостроение») очной и заочной форм обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. А.С.Самодуров. Воронеж, 2015. 31 с.
Методические указания предназначены для развития практических навыков в проектировании импульсных источников питания при разработке приборов. Приводятся краткие теоретические сведения, задание для самостоятельной работы. Предназначены для студентов третьего курса.
Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержатся в файле КП_ИПП.doc
Табл. 4. Ил. 9. Библиогр.: 5 назв.
Рецензент канд. физ-мат. наук, доц. В.А. Кондусов
Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.В. Муратов
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2015
1. УКАЗАНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Курсовой проект студенты выполняют в шестом семестре. Варианты заданий приведены в приложении 1. Номер варианта определяется по алфавитному списку группы.
Задание на курсовой проект заключается в следующем: по заданному варианту рассчитать планарный трансформатор, выбрав сердечник, конструктивные параметры обмоток, количество слоев. Подобрать компоненты для своего варианта блока питания, разработать печатную плату, рассчитать тепловой режим ключевого элемента, необходимость наличия охлаждения.
Результатом выполнения курсового проекта служит расчетно-пояснительная записка не менее 25 листов и приложения (чертежи схемы электрической принципиальной, печатной платы, сборки печатной платы, деталей).
Пояснительная записка курсовой работы должна содержать следующие структурные элементы:
- титульный лист;
- задание на курсовую работу;
- лист замечаний руководителя;
- содержание;
- введение;
- основную часть;
- заключение;
- список литературы;
- приложения.
Детально ознакомиться с правилами оформления текстовой и графической документации можно в СТП ВГТУ 005-2007.
1.1. Планарные трансформаторы на основе многослойных печатных плат
Постоянное уменьшение габаритов изделий электроники, особенно мобильных устройств, приводит к тому, что разработчикам приходится применять компоненты с минимальными размерами.
Для полупроводниковых компонентов, а также пассивных, таких как резисторы и конденсаторы, выбор достаточно велик и разнообразен. Мы же рассмотрим малогабаритную замену еще одним пассивным элементам - трансформаторам и дросселям. В большинстве случаев разработчики используют стандартные трансформаторы и дроссели с проволочной намоткой. Стоимость многослойных печатных плат постоянно снижается, поэтому планарные трансформаторы станут хорошей заменой обычным. Планарные трансформаторы являют собой привлекательную альтернативу обычным трансформаторам в случаях, когда требуются малоразмерные магнитные компоненты. При планарной технологии изготовления индуктивных компонентов роль обмоток могут выполнять дорожки на печатной плате или участки меди, нанесенные печатным способом и разделенные слоями изоляционного материала, а кроме того, обмотки могут конструироваться из многослойных печатных плат. Эти обмотки помещаются между малоразмерными ферритовыми сердечниками. По своей конструкции (рис.1) планарные компоненты делятся на несколько типов. Ближе всего к обычным индуктивным компонентам стоят навесные планарные компоненты, которые можно использовать вместо обычных деталей на одно- и многослойных печатных платах. Высоту навесного компонента можно уменьшить, погрузив сердечник в вырез печатной платы так, чтобы обмотка легла на поверхность платы. Шаг вперед представляет собой гибридный тип, где часть обмоток встроена в материнскую плату, а часть находится на отдельной многослойной печатной плате, которая соединена с материнской. Материнская плата должна иметь отверстия для ферритового сердечника. Наконец, у последнего типа планарных компонентов обмотка полностью интегрирована в многослойную печатную плату. Как и в случае обычных компонентов с проволочной обмоткой, половинки сердечников можно соединять путем склеивания или с помощью зажима, в зависимости от возможностей и предпочтений производителя.
Рис. 1. Конструкция планарного трансформатора
1.2. Преимущества планарной технологии
Планарная технология изготовления магнитных компонентов имеет ряд преимуществ по сравнению с обычной проволочной намоткой. Первым очевидным преимуществом является весьма малая высота, которая делает планарные компоненты перспективными для применения в стоечном и портативном оборудовании с высокой плотностью монтажа. Планарные магнитные компоненты хорошо подходят для разработки высокоэффективных импульсных преобразователей мощности. Малая величина потерь меди на переменном токе и высокий коэффициент связи обеспечивают более эффективное преобразование. Благодаря малой индуктивности рассеяния уменьшаются скачки и колебания напряжения, являющиеся причиной выхода из строя компонентов и дополнительным источником помех. Хорошие тепловые характеристики обеспечивают весьма высокую плотность проходной мощности — в два раза большую, чем у обычных трансформаторов. Превосходная повторяемость величин паразитных параметров позволяет достигать высоких частот переключения и создавать резонансные схемы. Сердечники изготавливаются из феррита и рассчитаны на резонансные частоты до 3 МГц.
Планарная технология проста и надежна в производстве. В табл. 1–3 описываются преимущества и ограничения этой технологии.
Таблица 1
Преимущества при разработке
Свойства |
Навесные компоненты |
Интегрированные компоненты |
1 |
2 |
3 |
Механические характеристики |
||
Очень малые размеры |
+ |
++ |
Компактная и жесткая конструкция |
+ |
++ |
Электрические характеристики |
||
Малая величина скин-эффекта и эффекта близости для плоских медных дорожек |
+ |
+ |
Высокий коэффициент связи плотно расположенных обмоток трансформатора |
+ |
++ |
Великолепная повторяемость благодаря фиксированному расположению обмоток |
+ |
+ |
Продолжение табл. 1
1 |
2 |
3 |
Тепловые характеристики |
||
Большое отношение площади поверхности сердечника к его объему |
+ |
+ |
Компактная обмотка с хорошей теплопроводностью |
+ |
+ |
Большая площадь поверхности обмотки, обеспечивающая хороший контакт с радиатором |
+ |
+ |
Таблица 2
Преимущества при производстве
Свойство |
Навесные компоненты |
Интегрированные компоненты |
1 |
2 |
3 |
Интеграция производственного процесса |
||
Не нужен каркас |
+ |
+ |
Не нужны отдельные обмотки |
|
+ |
Не нужны выводы |
|
+ |
Независимость от сборщика компонентов |
|
+ |
Возможности производства |
||
Отсутствие операции намотки |
+ |
+ |
Отсутствие операции пайки |
|
+ |
Совместимость с технологией поверхностного монтажа |
+ |
+ |
Продолжение табл. 2
1 |
2 |
3 |
Надежность |
||
Отсутствие ошибок намотки и коротких замыканий |
+ |
+ |
Отсутствие проблемы холодной пайки |
|
+ |
Таблица 3