Файл: 1. 1 Анализ поставленной задачи 9.docx

Содержание

---

Введение

Разработка электронных устройств на микроконтроллерах имеет следующие преимущества: ускоряется и упрощается отладка всей программы; подпрограммы, реализующие универсальные функции, могут использоваться при разработке других программ; в одной программе могут быть объединены модули, полученные после трансляции программ, написанных на разных языках программирования.

Все сталкивались с ситуацией, когда надо выяснить параметры какого-нибудь источника питания, например, лабораторного БП, драйвера светодиодов или зарядноо устройства. Ведь практика показывает, что производители не всегда указывают верные параметры. Конечно, есть самый простой вариант - нагрузить резистором, рассчитанным по закону Ома, и измерить ток с помощью мультиметра. Но для каждого случая надо делать свои расчеты и не всегда можно найти мощный резистор нужного номинала, они довольно дороги. Целесообразнее использовать электронную или активную нагрузку, позволяющую нагрузить любой БП или аккумулятор, и регулировать ток нагрузки обычным потенциометром.

Данное устройство актуально среди многих направлений, таких как: инженеры, сварщики, слесари и т.д.

Так как это устройство измеряет мощность разных источников питания у него есть много аналогов адаптированных под разную мощность и разной точности показаний.

Исследовав данное устройство, нашлось огромное количество разных аналогов. Для нагрузки разных источников, а то и блоков питания существуют устройства с разным эквивалентом нагрузки, его можно регулировать и настраивать по разному. Для целых блоков питания существуют и устройства с разными порогами защиты и максимальным напряжением, а так же добавлены и другие функции как, измерения не только нагрузки, но и просто тока или напряжения. Исходя из этого исследования, можно сделать вывод что в проектируемом устройстве не нужно добавлять много других функций как в устройстве для инженеров, что сделает наше устройство простым и дешевым в производстве.

---

Проектируемое устройство актуально для радиолюбителей и компьютерных мастеров, так как оно простое в эксплуатации и простое для самодельного проектирования. Технические характеристики подходят для разных компьютерных блоков питания и источников питания для любых самодельных радиоустройств. У данного устройства много аналогов, но со схожими характеристиками сложно найти подобное устройство и выгоднее сделать ее самому по далее указанным схемам.

Объектом изучения выступает разработка печатной платы и технического процесса для устройства измерения электронного эквивалента нагрузки источников питания.

Предметом изучения является печатная плата устройства измерения электронного эквивалента нагрузки для источников питания.

Цель курсовой работы разработать печатную плату для измерения электронного эквивалента нагрузки.

Задачи:

1. 
   Описать область назначения и применения проектируемого цифрового устройства, определить степень его актуальности.
   
2. 
   Выполнить обзор аналогов проектируемого устройства.
   
3. 
   Разработать схему электрическую структурную.
   
4. 
   Опираясь на исходную схему электрическую принципиальную, подобрать элементную базу;
   
5. 
   Спроектировать печатную плату устройства, разработать сборочный чертеж и технологический процесс изготовления печатной платы.
   
6. 
   Рассчитать характеристики надежности.
   
7. 
   Рассмотреть аспекты охраны труда и техники безопасности при производстве печатных плат.
   

---

1 Технологическая часть

1.1 Анализ поставленной задачи

Многие радиолюбители, собирая источники питания для различных устройств, сталкиваются с необходимостью проверить их перед использованием по назначению. Предлагаемый прибор позволяет автоматически определять максимальный ток нагрузки источника по 5-процентному спаду его выходного напряжения либо снимать нагрузочную характеристику вручную.

Функция нагрузки – электронной или с мощными резисторами – переводить отбираемую от источника энергию в тепло, поэтому большую часть у них занимает силовой узел с системой охлаждения. Исключение составляют электронные нагрузки с функцией рекуперации, возвращающие до 95% энергии обратно в сеть, но они дороги и встречаются редко.

Все остальное уже влияет только на точность измерения и сервисные возможности. Поэтому первое, что можно увидеть при осмотре - это большой радиатор и вентиляторы.

Соответственно при выборе нагрузки надо отталкиваться от следующих критериев:

• 
  Бюджет: производительные нагрузки дорого стоят.
  
• 
  Требуемые параметры. Как правило, это мощность, ток и напряжение.
  
• 
  Наличие четырехпроводного подключения, важно для работ с большими токами.
  
• 
  Подключение к компьютеру для построения графиков и управления.
  
• 
  Функциональные возможности, как при автономной работе, так и при работе с компьютером.
  
• 
  Точность измерения и установки параметров. В некоторых ситуациях пониженная точность никак не сказывается на тестах, поэтому здесь можно сэкономить.
  

Если при выборе характеристик все понятно и логично, то насчет максимального напряжения стоит сказать отдельно. Общая цепь измерения включает в себя провода, разъемы, токоизмерительные шунты и силовой узел. При этом минимальное падение на транзисторах зависит от того, на какое напряжение они рассчитаны и, купив нагрузку рассчитанную на большое напряжение «с запасом», можно попасть в ситуацию, когда она не сможет создать заявленный ток при малом напряжении.

Тестирование аккумуляторов LiFePO4 и LTO

Пример — тестирование аккумуляторов, особенно LiFePO4 и LTO, где напряжение может быть меньше чем 2 вольта и, если в начале ток будет равен установленному, то к концу разряда он будет падать. Это проявляется при комбинации максимального тока нагрузки и минимального напряжения источника.

---

Простые электронные нагрузки работают в режиме генератора тока, то есть они стабилизируют ток в цепи подключенного к ним источника, но это не подходит для тестирования источников, которые сами являются генераторами тока, например зарядных устройств. Для упрощенного понимания можно сказать, что источник напряжения (блок питания, аккумулятор) нагружают стабилизатором тока, а источник тока (зарядное устройство) соответственно стабилизатором напряжения, в противном случае они будут конфликтовать.

На самом деле, режимов больше двух, но основных четыре:

CC или Constant Current – стабилизация тока.

CV или Constant Voltage – стабилизация напряжения, нагрузка не дает напряжению подняться выше установленного значения путем увеличения тока.

CP (CW) или Constant Power – стабилизация мощности, устройство варьирует ток так, чтобы потреблялась установленная мощность.

CR или Constant Resistance – стабильное сопротивление, автоматическое изменение тока нагрузки в зависимости от входного напряжения.

Четыре основных режима работы электронных нагрузок

Графические изображения режимов работы электронных нагрузок.

Кроме того, если для резистора или лампочки род тока не имеет значения, то электронные нагрузки делятся на два класса — постоянного и переменного тока.

И, конечно, нагрузки различают по сервисным функциям: самые простые, с обычным ампервольтметром; более сложные, c микроконтроллером, умеющие считать прошедшую через них емкость; модели с подключением к компьютеру; программируемые электронные нагрузки, для которых задается алгоритм работы, эмуляция нагрузки с пульсирующим током, комбинации режимов, функции анализа и пр.

Чаще всего силовой узел строится на базе полевых транзисторов. Управлять ими несложно, но важнее то, что они нагружают источники почти от нулевого напряжения. Существуют также электронные нагрузки на биполярных транзисторах, которые лучше работают в линейном режиме. И третий вариант — IGBT транзисторы. Применяются там, где нужна большая мощность.

Устройство позволяет автоматически определять максимальный ток нагрузки источника по 5-процентному спаду его выходного напряжения, снимать нагрузочную характеристику вручную, использовать для проверки и налаживания блоков питания.

---