Розробка пристрою тестування джерел живлення

Ліфіренко, Богдан Олегович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7998

Title:	Розробка пристрою тестування джерел живлення
Authors:	Клопотовський, Павло Анатолійович Ліфіренко, Богдан Олегович
Keywords:	джерело живлення;струм навантаження;еквівалент навантаження;мікроконтроллер;рідкокристалічна індикація
Issue Date:	2022
Abstract:	Випускна робота присвячена розробці сучасного функціонального пристрою тестування джерела живлення (еквівалента навантаження). Основна перевага даного пристрою полягає в тому, що в ньому передбачено можливість автоматичного та ручного контролю основних електричних параметрів проектованих джерел живлення з виведенням результатів на багатосимвольний рідкокристалічний індикатор. Надійність роботи окремих блоків проектованого пристрою досягається завдяки використанню схемних рішень стабілізації напруги живлення та сучасної елементної бази, зокрема елементів мікросхемотехніки
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7998
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_172_Ліфіренко_Клопотовський.pdf Restricted Access		1.21 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ
ТА КІБЕРБЕЗПЕКИ

До захисту допущено
Завідувач кафедри
д.т.н., професор________Володимир ПАЛАГІН
"_____" __________________ 2022 року

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітній рівень)

на тему Розробка пристрою тестування джерел живлення

Виконав: студент 2 курсу, групи РТ-86СК
напряму підготовки (спеціальності)
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
Освітня програма «Радіотехніка та
робототехнічні системи»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
Ліфіренко Б. О.
(прізвище та ініціали)
Керівник Клопотовський П.А
(прізвище та ініціали)
Рецензент Бондаренко М.О.

Черкаси – 2022 року

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра радіотехніки, телекомунікаційних і робототехнічних систем
Освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавр
Спеціальність 172 «Телекомунікації та радіотехніка»
Освітня програма «Радіотехніка та робототехнічні системи»

ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри Володимир ПАЛАГІН
« » 2022 р.

ЗАВДАННЯ
НА ВИПУСКНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ
Ліфіренко Богдану Олеговичу
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка пристрою тестування джерел живлення

Керівник проекту (роботи) Клопотовський Павло Анатолійович
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом по університету від « 18 » лютого 2022 р. № 58/04
2. Термін здачі студентом закінченої роботи 10 червня 2022 року
3. Вихідні дані до проекту (роботи) максимальна напруга джерела живлення, що
перевіряється – 30 В; поріг спрацювання захисту за струмом – 9 А; напруга живлення
від 14 до 30 В; споживаний струм – не більше 500 мА; робота в
автоматичному та ручному режимі вимірювання струму навантаження;
наочна цифрова індикація; використання мікроконтроллера.

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)
1 Патентний пошук та огляд наявних рішень;
2 Обґрунтування технічного завдання; 3 Розробка структурної схеми проектованого
пристрою; 4 Розробка принципової схеми; 5 Охорона праці.

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Схема структурна, Схема електрична принципова, Друкована плата, Складальне креслення,
Плакат з охорони праці

6. Консультанти розділів проекту (роботи)
Розділ Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
консультанта завдання видав завдання прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С., старший

викладач кафедри безпеки
життєдіяльності

7. Дата видачі завдання 19 лютого 2022 року

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного Строк виконання етапів
з/п проекту (роботи) проекту (роботи) Примітка
1. Інформаційно-технічний пошук
та огляд літератури 19.02.2022 - 01.03.2022
2. Патентний пошук
та огляд наявних рішень 02.03.2022 - 18.03.2022
3. Обґрунтування технічного завдання 19.03.2022 - 20.03.2022
4. Розробка структурної схеми
пристрою 21.03.2022 - 28.03.2022
5. Розробка принципової схеми пристрою 29.03.2022 - 20.04.2021
6. Охорона праці 21.04.2022 - 05.05.2022
7. Оформлення пояснювальної записки 06.05.2022 - 15.05.2022
8. Оформлення креслень 16.05.2022 -10.06.2022

Студент-дипломник Богдан ЛІФІРЕНКО
(підпис)

Керівник проекту Павло КЛОПОТОВСЬКИЙ
(підпис)

ЗМІСТ
Вступ 4
1. Патентний пошук та огляд наявних рішень
1.1 Джерела живлення. Класифікація і основні характеристики. 6
1.2 Огляд наявних схемних рішень. 13
1.2.1 Простий резисторний еквівалент навантаження. 13
1.2.2 Простий транзисторний імітатор навантаження. 15
1.2.3. Універсальний еквівалент навантаження. 17
1.2.4. Пристрій тестування джерела напруги з індикацією
струму 19
2. Обґрунтування технічного завдання. 22
3. Розробка структурної схеми проектованого пристрою. 24
4. Розробка принципової схеми.
4.1 Розробка блока живлення. 26
4.2 Розробка принципової схеми блока керування. 34
4.3 Розробка принципової схеми блоку контролю температури. 41
4.4 Розробка блоку індикації проектованого пристрою. 46
4.5 Оцінка надійності проектованого пристрою. 49
5. Охорона праці
5.1 Аналіз шкідливих та небезпечних факторів, що виникають в
приміщенні проектно-експериментального відділу 52
5.2. Модернізація системи водяного опалення відділу. 57
Висновок. 62
Список використаної літератури. 64
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Ліфіренко Пристрій тестування джерел Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Клопотовський живлення 3 65
А.В.
Реценз. Пояснювальна записка
Н. Контр. Клопотовський ЧДТУ 2022
Затверд.

ВСТУП

Досить часто, у багатьох радіоаматорів після розробки та виготовлення
джерел живлення (ДЖ), виникає необхідність перевірки вихідних параметрів
перед їх безпосереднім використанням за призначенням. Визначення номінальних
та максимальних значень електричних параметрів дозволяє підвищити
стабільність та ефективність роботи розроблених джерел живлення.
Одним з основних параметрів будь-якого джерела живлення являється його
максимальний струм навантаження. Вимірювання цього параметра можливе за
допомогою спеціального пристрою для тестування джерел живлення , який ще
має назву – еквівалент електричного навантаження. Його реалізацію на основі
набору постійних та змінних резисторів не є доцільним та ефективним з точки
зору функціональності та масо-габаритних показників пристрою. Тому
найчастіше в якості основного навантажувального елемента використовується
відповідний транзистор.
В даній випускній роботі пропонується розробка сучасного
функціонального пристрою тестування джерел живлення (еквівалента
навантаження). До основних переваг цього пристрою можна віднести: можливість
контролю вихідних параметрів джерел живлення, зокрема, вихідної напруги та
струму, в ручному та автоматичному режимах; представлення результатів
вимірювання за допомогою цифрової індикації. Використання в схемі сучасної
елементної бази дозволить підвищити загальну надійність та функціональність
проектованого пристрою.
Актуальність розробки полягає у досить широкому використанні
функціональних пристроїв тестування при дослідженні характеристик та
налагодженні блоків живлення різного призначення.
Основною новизною розробки є використання в схемі даного пристрою
тестування джерел живлення мікроконтроллера та відповідних схемотехнічних
рішень, які суттєво підвищують функціональність проектованого пристрою,
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
4
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

забезпечують можливість його роботи в автоматичному та ручному режимах
вимірювання електричних параметрів та захист від перенавантаження за струмом
чи перегрівання навантажувального елемента.
Саме тому використання функціонального пирстрою тестуання джерел
живлення є досить актуальним та виправданим при налаштуванні спроектованих
пристроїв.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
5
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1 ПАТЕНТНИЙ ПОШУК ТА ОГЛЯД НАЯВНИХ РІШЕНЬ

1.1 Джерела живлення. Класифікація і основні характеристики
Джерело живлення – елемент електричного кола, в якому зосереджена
електрорушійна сила. Джерела живлення характеризуються значеннями
електрорушійної сили і внутрішнього опору.
В залежності від виду електрорушійної сили джерела живлення поділяють
на джерела живлення постійного струму і джерела живлення змінного струму.
Розрізняють первинні джерела живлення, які безпосередньо перетворюють
інші види енергії в електричну і вторинні джерела живлення, які виконують роль
проміжних перетворювачів електричної енергії, такі як блоки живлення
електронних приладів, трансформатори, тощо.
Джерело електроживлення може бути інтегрованим в загальну схему
(зазвичай в простих пристроях або коли неприпустимо навіть незначне падіння
напруги на дротах з’єднування – наприклад материнська плата комп'ютера має
вбудовані перетворювачі напруги для живлення процесора), виконаним у вигляді
модуля (блоку живлення, стійки електроживлення та інше), або, навіть,
розташованим в окремому приміщенні (цеху електроживлення).
Завдання вторинного джерела живлення:
 забезпечення передачі потужності – джерело живлення повинне
забезпечувати передачу заданої потужності з найменшими втратами і
дотриманням заданих характеристик на виході без шкоди для себе.
Зазвичай потужність джерела живлення обирають з деяким «запасом»;
 перетворення форми напруги – перетворення змінної напруги в постійну,
і навпаки, а також перетворення частоти, формування імпульсів напруги
та інше. Найчастіше необхідне перетворення змінної напруги
промислової частоти в постійну;
 перетворення величини напруги – як підвищення, так і пониження.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
6
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Часто потрібен набір з декількох напруг різної величини для живлення
різних ланцюгів;
 стабілізація – напруга, струм і інші параметри на виході джерела
живлення повинні знаходитися в певних межах, залежно від його
призначення, при впливі великої кількості дестабілізуючих чинників:
зміни напруги на вході, струму навантаження, інше. Найчастіше
потрібна стабілізація напруги на навантаженні, проте іноді (наприклад,
для зарядки акумуляторів) потрібна стабілізація струму;
 захист – напруга, або струм навантаження у разі несправності
(наприклад, короткого замикання) деяких ланцюгів може перевищити
допустимі межі і вивести електроприлад, або саме джерело живлення з
ладу. Також у багатьох випадках потрібно реалізувати захист від
протікання струму за неправильним шляхом: наприклад проходження
струму через землю при дотику людини або стороннього предмета до
струмопровідних частин;
 гальванічна розв'язка ланцюгів – один із заходів захисту від протікання
струму по невірному шляху;
 регулювання – в процесі експлуатації може знадобитися зміна деяких
параметрів для забезпечення правильної роботи електроприладу;
 керування – може містити регулювання, ввімкнення/вимкнення деяких
ланцюгів, або джерела живлення в цілому. Може бути як безпосереднім
(за допомогою органів керування на корпусі пристрою), так і
дистанційним, а також програмним (забезпечення
ввімкнення/вимкнення, регулювання в заданий час або при настанні
деяких подій);
 контроль – відображення параметрів на вході і на виході джерела
живлення, ввімкнення/вимкнення ланцюгів, спрацьовування захистів.
Також може бути безпосереднім або дистанційним.

Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
7
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Класифікація джерел живлення.
Вторинні джерела електричного живлення можна класифікувати наступним
чином:
 за функціональними характеристиками (безперебійні, зі стабілізованою
вихідною напругою, з резервною системою);
 за умовами застосування (для застосування поза приміщеннями, для
використання у приміщеннях, для використання в неопалюваних
приміщеннях);
 за схемотехнічним рішенням (з імпульсним стабілізатором, з лінійним
стабілізатором).
Крім того вторинні джерела електроживлення можна класифікувати і за
такими ознаками:
 за типом вхідної напруги – на джерела, що функціонують від мереж
постійного струму напруги і, що працюють від мереж змінного струму;
 за видом вихідної напруги – стабілізовані і не стабілізовані джерела
вторинного електроживлення;
 за типом вихідної напруги – джерела з вихідною змінною напругою
(одно і трифазні), й джерела з постійною вихідною напругою, а також
комбіновані;
 за кількістю виходів живлячих напруг – джерела одноканальні (мають
лише один вихід) або багатоканальні (з двома і більше виходами напруги
живлення);
 за вихідною потужністю: мікропотужні джерела (з вихідною потужністю
менше 1 Вт), малі (від 1 до 10 Вт), середні (від 10 до 100 Вт), підвищеної
потужності (від 100 до 1000 Вт), а також великої потужності (більше
1000 Вт).
Існує ряд нижченаведених вимог, що пред'являються до вторинних джерел
електричного живлення:
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
8
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

 високий рівень коефіцієнта корисної дії (ККД);
 наявність захисту від перевантаження;
 достатні динамічні параметри;
 допустима чутливість до радіоперешкод;
 високоякісна вихідна напруга;
 прийнятні масогабаритні параметри при мінімальній вартості.
Дві найбільш типові конструкції вторинних джерел живлення – це
трансформаторні та імпульсні джерела живлення (ІДЖ).
Найпростіше трансформаторне джерело живлення представлене на
рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема найпростішого трансформаторного джерела живлення.

У загальному випадку воно складається зі знижувального трансформатора
або автотрансформатора, у якого первинна обмотка розрахована на мережеву
напругу. Потім встановлюється випрямляч, що перетворює змінну напругу в
постійну (пульсуючу однонапрямлену). У більшості випадків випрямляч
складається з одного діода (однонапівперіодний випрямляч) або чотирьох діодів,
що утворюють діодний міст (двонапівперіодний випрямляч). Іноді
використовуються й інші схеми, наприклад, у випрямлячах з подвоєнням
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
9
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

напруги. Після випрямляча встановлюється фільтр, що згладжує коливання
(пульсації). Зазвичай він є просто конденсатором великої ємності.
Також в схемі можуть бути встановлені фільтри високочастотних
перешкод, сплесків (варістори), захисту від короткого замикання, стабілізатори
напруги і струму.
Переваги трансформаторних ДЖ: простота конструкції., надійність,
доступність елементної бази, відсутність створюваних радіоперешкод (на відміну
від імпульсних ДЖ, що можуть створювати перешкоди за рахунок гармонійних
складових).
Недоліки трансформаторних ДЖ: відносно велика маса та габарити,
(пропорційно потужності), металоємність; компроміс між зниженням коефіцієнта
корисної дії (ККД) і стабільністю вихідної напруги (використання стабілізатора,
що вносить додаткові втрати); слабка стійкість устаткування з таким ДЖ до
викидів напруги та «відгорання нуля» (зазвичай виникає в повітряних мережах
сільської місцевості, та призводить до підвищення напруги в розетках з 220 до
380 В). В той же час техніка з імпульсними блоками живлення (наприклад,
сучасні телевізори) часто переносить підвищення живлення до 380 В без
негативних наслідків.
В імпульсних джерелах живлення вхідна змінна напруга спочатку
випрямляється діодним мостом (або просто проходить без зміни через діоди
цього моста у разі живлення джерела від мережі постійного струму),
згладжується і надходить на комумутатор (зазвичай, ключовий елемент на базі
MOSFET транзистора), за допомогою якого постійна напруга «нарізується» на
вузькі смужки (частота комутатора складає 70 - 700 кГц для потужних джерел та
1 - 3 Мгц для малопотужних). Сформовані таким чином прямокутні
високочастотні імпульси надходять на трансформатор, вихідна напруга якого
відповідає необхідному рівню напруги, яка потім випрямляється й фільтрується.
Стабілізація рівня вихідної напруги при зміні рівня вхідної реалізується за
допомогою ланцюга зворотного зв’язку, що складається із спеціально
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
10
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

призначеного для цієї мети драйвера, який забезпечує широтно-імпульсну
модуляцію (ШІМ чи PWM) сигналу керування комутатором через вузол
гальванічної розв'язки (зазвичай, додатковий розв’язувальний трансформатор).
Переваги імпульсних ДЖ:
 менша маса за рахунок того, що з підвищенням частоти можна
використовувати трансформатори менших розмірів при за тієї ж
потужності, що передається;
 значно більший ККД (до 90-98 %) за рахунок того, що основні втрати в
імпульсних стабілізаторах пов’язані з перехідними процесами в моменти
перемикання ключового елементу. Оскільки основну частину часу ключові
елементи знаходяться в одному із стійких станів втрати енергії мінімальні;
 менша вартість, завдяки масовому випуску уніфікованої елементної бази і
розробці ключових транзисторів високої потужності, можливість
використання менш потужних силових елементів, оскільки режим їх
роботи – ключовий;
 порівнянною більша надійність;
 широкий діапазон живлячої напруги і частот, що на практиці означає
можливість використання одного і того ж імпульсного ДЖ цифрової
електроніки в різних країнах світу, з різними рівнями напруг та частот в
стандартних розетках;
 наявність у більшості сучасних ДЖ вбудованих ланцюгів захисту від різних
непередбачуваних ситуацій, наприклад від короткого замикання.
Недоліки імпульсних ДЖ:
 робота основної частини схеми без гальванічної розв’язки від мережі, що,
зокрема, дещо ускладнює є ремонт таких ДЖ;
 усі без виключення імпульсні блоки живлення є джерелом високочастотних
перешкод, оскільки це пов'язано з самим принципом їх роботи. Тому
виникає необхідність застосовувати додаткові заходи зменшення рівня
завад.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
11
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Одним з важливих параметрів будь-якого джерела живлення являється
максимальний струм навантаження. Дотримання оптимального режиму
навантаження ДЖ за струмом дозволяє працювати йому ефективно на протязі
всього часу експлуатації. Саме тому питання визначення цього електричного
параметру являється достатньо актуальним при проектуванні та виготовленні ДЖ.
Методика знаходження значення максимального струму навантаження на
виході ДЖ полягає в його вимірювані в моменту зменшення («просідання»)
вихідної напруги на певну величину відносно номінальної вихідної напруги.
Прийнято фіксувати зменшення вихідної напруги ДЖ на 5% від номінального
значення.
Ефект зменшення вихідної напруги джерела живлення при перевищенні
струму навантаження свого максимально значення пов'язаний зі збільшенням
величини падіння напруги на внутрішньому опорі реального джерела
електрорушійної сили.
При короткому замикані виходу вся потужність джерела енергії розсіюється
на його внутрішньому опорі. В цьому випадку струм короткого замикання буде
максимальним. Знаючи напругу холостого ходу та струм короткого замикання
можна вирахувати величину внутрішнього опору джерела напруги за законом
Ома. [1]
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
12
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1.2 Огляд наявних схемних рішень.

1.2.1 Простий резисторний еквівалент навантаження.
Розглянемо в якості першого аналогу розроблюваного пристрою
найпростіший еквівалент навантаження в якому необхідний тепловий режим
роботи забезпечується використанням спеціального теплопровідної олії.
Іноді в радіоаматорській практиці виникає необхідність налаштування
вихідного каскаду передавача та/або підсилювача потужності. Для цього
використовують еквіваленти навантаження (еквівалент). Якщо радіоаматор не має
можливості придбати промисловий еквівалент, то його можна виготовити з
безіндукційних резисторів МЛТ-2 опором до 430 Ом. У резисторів МЛТ-2, опір
яких дорівнює 470 Ом і більше, шар напилення виконаний у вигляді витків, і вони
мають помітну індуктивність.
Ідею виготовлення еквіваленту на низькоомних резисторах запропонував
С. Румянцев (журнал Радіо №3, 1983, стор. 17), максимальна розсіювана
потужність якого складає 15 Вт. Для збільшення останньої виготовлений
еквівалент розміщується в теплопровідну рідину.

Рисунок 1.2 – Принципова схема простого еквіваленту навантаження.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
13
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Поглинач енергії (наведений еквівалент) складається з вісімнадцяти (3
секції по 6 штук.) резисторів МЛТ-2 опором по 100 Ом, до правої (за схемою)
секції резисторів підключений детекторний блок. Основою конструкції (вона ж
кришка) слугує плата з фольгованого діелектрика, розміри якої повинні дещо
перевищувати резервуар для охолоджувальної рідини. У центрі плати робиться
отвір для ВЧ роз'єму, а також не забуваємо про отвір для заливання рідини, який
закривається болтом М4. Усі щілини кришки ретельно пропаюють. Між собою
резистори припаюються за допомогою кільця діаметром 15 мм з мідного дроту
діаметру 1 - 1,5 мм. Деталі детекторного блоку зібрані на кришці.
Резервуаром для охолоджувальної рідини і корпусом для еквіваленту
служить звичайна консервна банка. Для того, щоб залудити банки, його
заздалегідь необхідно ретельно зачистити, замість каніфолі використана пігулка
ацетилсаліцилової кислоти (аспірину). Після зборки еквіваленту кришку
припаюють до банки, а потім заливається в неї трансформаторну олію або інший
теплопровідний діелектрик. [1] Загальний вигляд даного пристрою наведено на
рисунку 1.3.

Рисунок 1.3 – Зовнішній вигляд простого еквіваленту навантаження.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
14
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1.2.2. Простий транзисторний імітатор навантаження.

В якості інших аналогів проектованого пристрою виступають еквіваленти
навантаження виконанні на базі транзистора.
Пристрій замінює навантаження у вигляді набору постійних або змінних
резисторів і допоможе при випробуванні й налагодженні блоків живлення.
При налагодженні і випробуванні потужних блоків живлення виникає
потреба в потужному еквіваленті навантаження, опір якого можна змінювати в
широких межах. Використання для цих цілей потужних змінних резисторів не
завжди можливо через складності їх придбання, а користуватися набором
постійних незручно, оскільки немає можливості плавно регулювати опір
навантаження.
Виходом з такої ситуації може бути використання універсального
еквівалента навантаження, зібраного на потужних транзисторах. Принцип роботи
таких пристроїв заснований на тому. що, змінюючи керуючу напругу, на затворі
(базі) транзистора, можна змінювати струм стоку (колектора) і встановлювати
необхідне його значення. Якщо використовувати потужні польові транзистори, то
потужність такого еквіваленту навантаження може досягати декількох сотень ват.
Вибір силового транзистора залежить від того який максимальний струм
навантаження ви бажаєте отримати, відповідно підбирається вимірювальна
головка та шунт. Допустимим є використати паралельного ввімкнення силових
транзисторів. При цьому навантаження на кожен з них зменшиться, а загальний
струм збільшиться.
Досліджуваний блок живлення підключається до вхідних клем і зміним
резистором виставляється бажаний рівень струму навантаження.
Конструкцію можна виконати навісним монтажем у будь-якому
відповідному корпусі, наприклад від комп'ютерного блоку живлення, з
вентилятором для обдування радіатора. [2]. Принципова електрична даного
пристрою наведено на рисунку 1.4.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
15
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.4 – Принципова схема простого еквіваленту навантаження на
біполярному транзисторі.

Іншим варіантом виконання подібного еквіваленту навантаження є
використання не біполярного а польового транзистора схема якого представлена
на рисунку 1.5.

Рисунок 1.5 – Принципова схема простого еквіваленту навантаження на
польовому транзисторі.

Оскільки припускається керування опором каналу польового транзистора,
який залежить, в основному, від величини потенціалу на затворі відносно витоку,
то в структурну схему вводиться регульований джамперами дільник опорної
напруги, яку отримаємо на звичайному стабілітроні.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
16
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Спочатку обираємо польовий транзистор. Критерії пошуку: достатньо
потужний, сумісний з логічними сигналами (є буква L в позначенні) для того,
щоб можна було перевіряти низьковольтні БЖ (від 5 В), і, щоб мав низьку
вартість. Обираємо транзистор IRLZ44. Діодний міст – MB501 достатньо
потужний (50 А, 100 В) та має як і транзистор отвір для кріплення.
Оскільки обраний польовий транзистор повністю відкривається при 4,75 В,
то стабілітрон обираємо на напругу 5,1 В. Струм стабілізації обраного
стабілітрона BZX55C5V1 від 0,5 мА до 80 мА.
Переваги такого схемного рішення:
 можливість монтування усіх тепловипромінюючих елементів на одному
тепловідводі, без ізолюючих прокладок;
 наочність завдавання номіналу навантаження;
 немає регулюючого резистора, тому немає проблеми, як його
розташувати;
 не потрібно додаткове джерело живлення;
 працездатність схеми на низькій (до 5 В) напрузі;
 низька вартість.
До недоліків можна віднести:
 потужність не більше 150 Вт;
 непрацездатність схеми на напрузі менше 2,5 В (без моста VD2) і більше
55 В;
 встановлений номінал опору на еквіваленті при розігріванні транзистора
вище 100°C буде менше дійсного приблизно в два рази. [3]

1.2.3. Універсальний еквівалент навантаження.
У більшості описаних раніше подібних конструкцій, наприклад [1,2],
виконується стабілізація споживаного навантаженням струму, який слабо
залежить від прикладеної напруги. Пропонований еквівалент навантаження за
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
17
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

своїми властивостями подібний до змінного резистора. Схема пристрою показана
на рисунку 1.6.

Рисунок 1.6 – Принципова схема універсального еквіваленту навантаження.

Пристрій містить дільник вхідного напруги R1 – R3 і два джерела струму,
керованих напругою (ДСКН). Перше ДСКН зібрано на операційному підсилювачі
(ОП) DA1.1 і транзисторі VT1, друге – на ОП DA1.2 і транзисторі VT2. Резистори
R5 і R7 – датчики струму, резистори R4, R6 і конденсатори СЗ - С6 забезпечують
стійку роботу ДСКН.
В якості регулюючих елементів, на яких розсіюється майже вся потужність,
використовуються потужні польові транзистори-ключі IRF3205. Транзистор цієї
серії має мінімальний опір каналу 0,008 Ом, допустимі струм стоку 110 А,
розсіювану потужність до 200 Вт, напругу стік-витік 55 В. Ці параметри
відповідають температурі корпусу 25°С. При нагріванні корпусу до 100°С
гранична потужність знижується удвічі.
Для збільшення максимальної потужності обидва ДСКН ввімкнені
паралельно.
Велика частина деталей розміщена на друкованій платі з одностороннього
фольгованого склотекстоліту. Транзистори встановлені на загальний тепловідвід з
обов'язковим використанням теплопровідної пасти. Треба пам'ятати, що він
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
18
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

електрично з’єднаний із стоками польових транзисторів. Для обдування
тепловідводу використаний вентилятор (М1) від комп'ютерного блоку живлення.
Для живлення ОП DА1 і вентилятора М1 потрібне окреме стабілізоване джерело
живлення з напругою 12 В.
Якщо при сумарній розсіюваній потужності 150 - 200 Вт температура
корпусів транзисторів перевищує 80 - 90°С, то необхідно встановити ще один
вентилятор або застосувати ефективніший тепловідвід. [4]

1.2.4. Пристрій тестування джерела напруги з індикацією струму.
У виданні «Nowy Elektronik» пропонується еквівалент навантаження, за
допомогою якого можна забезпечити навантаження до 200 Вт для тестування
пристроїв. Еквівалент навантаження має один недолік – він працює лише за
постійним струмом. А це означає, що його не можна використати в якості
навантаження, наприклад, для підсилювачів потужності.
Прилад складається з двох частин: модуля навантаження і модуля
вимірювача які представленні відповідно на рисунку 1.7.
Як видно, схема містить малу кількість елементів, основними з яких
являються потужні MOSFET транзистори типу IRF840. У схемі можна
застосувати інші транзистори з відповідними струмом стоку і напругою пробою
витік-стік.
Опір стік-витік залежить від величини прикладеної напруги до затвору
транзистора. Для IRF840 опір складає 0,82 Ом при напрузі 10 В на затворі.
Для стабілізації напруги застосований популярний інтегральний
стабілізатор 78L12. З його виходу напруга потрапляє на дільник, що реалізований
на потенціометрах Р1-РЗ і термісторі NTC1.
На дільнику отримуємо необхідну напругу для керування затворами трьох
транзисторів Т1-ТЗ. Діапазон напруги, що отримується залежить від положення
регуляторів двох потенціометрів P1 та РЗ.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
19
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.7 – Пристрій тестування джерела напруги з індикацією струму.

Резистори R1 – R4 потужністю 5 Вт спільно з вольтметром, побудованим на
ІМС ICL7106, слугують для вимірювання струму. Модуль вимірювача
побудований за типовою схемою, згідно з документацією виробника. Змінено
лише керування комою на дисплеї LCD.
З цією метою в схему доданий транзистор Т1 ВС547. Його завданням є
ввімкнення та вимкнення коми з частотою приблизно 64 Гц.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
20
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Інша модифікація полягає в можливому додаванні резистора Ry. Спільно з
опором R1 вони створюють дільник напруги для випадку, якщо знадобиться
підключити інший вимірювач до еквіваленту навантаження.
Початковий опір термістора 10 кОм. З ростом температури пристрою
термістор зменшує свій опір. Це призводить до зменшення напруги, що
знімається з потенціометра Р2, і надалі, до збільшення опору переходу стік-витік
транзисторів Т1-ТЗ.
Застосування термістора не обов'язкове у разі, якщо для охолодження
транзисторів використовують потужний радіатор з вентилятором. В описуваному
пристрої застосовується ребристий радіатор розміром 10×15×4 см і типовий
вентилятор на 12 В, що часто використовується для обдування процесора в
комп'ютері. [5]
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
21
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

2 ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ

Згідно з технічним завданням проектований пристрій повинен мати
наступні характеристики:
 максимальна напруга джерела живлення, що перевіряється – 30 В;
 поріг спрацювання захисту за струмом – 9 А;
 напруга живлення– від 14 до 30 В;
 споживаний струм – не більше 500 мА;
 робота в автоматичному та ручному режимі вимірювання струму
навантаження;
 наочна цифрова індикація;
 використання мікроконтроллера.
При проектуванні пристрою тестування джерел живлення необхідно
задатися його основними електричними параметрами з якими він буде
працювати. Зокрема це максимальні напруга та струм джерела живлення, яке буде
підключатися до проектованого пристрою. Їх співвідношення зокрема
слугуватиме мірою, яка буде визначати потужність, що може розсіюватися
еквівалентом навантаження.
Так як, при короткому замиканні споживаний навантаженням струм прямує
до нескінченності, то для забезпечення нормальної роботи схеми пристрою
необхідно обмежити максимальний струм навантаження.
Також необхідно задатися стабілізованою напругою живлення
проектованого пристрою, яка забезпечуватиме виконання ним своїх основних
функцій та коректну роботу всіх блоків еквівалента побудованих з використанням
виробів мікросхемотехніки. Струм, що споживається пристроєм, повинен бути
якомога меншим.
Вимірювання струму навантаження повинне проводитися як в
автоматичному так і в ручному режимах, що суттєво підвищує функціональність
та гнучкість вибору алгоритму роботи з пристроєм тестування джерел живлення.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
22
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Зокрема, використання ручного режиму роботи дозволяє побудувати
навантажувальну характеристику джерела живлення.
Індикація зазначеного типу значно розширює інформативність
проектованого пристрою та дозволить більш ефективно використовувати його
можливості, спростить роботу з ним технічно непідготовленої людини.
Використання в схемі мікроконтроллера дозволяє суттєво підвищити
загальну функціональність проектованого пристрою, зменшує його масогабаритні
параметри та спрощує схемне рішення.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
23
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ ПРОЕКТОВАНОГО ПРИСТРОЮ.

Основою проектованого пристрою тестування джерел живлення слугує
блок керування. Він побудований на основі сучасного «представника» родини
мініатюрних та функціональних електрорадіоелементів – мікроконтроллера.
Даний блок реалізує: загальне керування роботою пристрою, вимірювання
напруги та струму, що надходять з досліджуваного джерела живлення, з
подальшим виведенням на блок індикації результатів вимірювання, можливість
роботи пристрою в автоматичному та ручному режимах роботи; захист пристрою
від перенавантаження за струмом.
Не менш важливим блоком проектованого пристрою являється блок
живлення. Він призначений для формування відповідних стабілізованих напруг
живлення, необхідних для роботи окремих блоків пристрою.
Так як на деяких елементах схеми розсіюється значна потужність, зокрема
на відповідних транзисторах, необхідним є реалізація контролю температурного
режиму роботи схеми з можливістю його регулювання за допомогою відповідної
системи охолодження. До складу останньої входить як пасивний засіб
охолодження (радіатор) так і активний – вентилятор (кулер).
Індикація дозволяє в наглядному та інформативному вигляді відображати
виміряні значення напруги та струму навантаження досліджуваного джерела
живлення та деякої іншої службової інформації. Доцільним є виконання даного
блоку на основі рідкокристалічного малогабаритного індикатора, в зв’язку
невисокою його вартістю й достатнім рівнем функціональності.
Враховуючи всі переваги та недоліки схемних рішень аналогів, наведених в
першому розділі пояснювальної записки, а також вимоги до функціональності
проектованого пристрою тестування джерел живлення, його структурну схему
можна представити у вигляді, наведеному на рисунку 3.1.

Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
24
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.1 – Структурна схема пристрою тестування джерел живлення.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
25
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

4 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ.

4.1 Розробка блока живлення.
Враховуючи технічне завдання до розробки проектованого пристрою,
задамося напругою живлення на рівні 14 В. Для технічного втілення схемного
рішення блоку джерела живлення використовується трансформаторна схема
виконання. Мережевий трансформатор T1 повинен мати близько 14 В змінної
напруги на вторинній обмотці, а потужність трансформатора залежить від рівня
споживаного струму основними частинами проектованого пристрою. Зокрема,
основні споживачі: індикатор та двигун кулера споживають близько 300 мА,
струм джерела живлення обирається з деякою надлишковістю.
Висхідні дані до розрахунку трансформатора:
вхідна напруга – Uвх  220В ;
частота напруги мережі – f  50Гц ;
напруга другої – U2 14 В ;
струм другої обмотки – I2  0.4 А ;
Сумарна потужність другорядних обмоток:
P  U2I2  5.6 Вт. (4.1)
В залежності від потужності трансформатора визначаємо такі параметри:
амплітуду магнітної індукції: Bm 1.05 Тл ,
2
густину струму в обмотках: j 4 А / мм ;
ККД трансформатора:   0.77 .
Обираємо тип проводу для обмоток трансформатора марки ПЕЛ, для якого
відповідні значення коефіцієнтів за табличними даними наступні:
коефіцієнт заповнення міддю вікна сердечника: kM  0.2 ;
коефіцієнт заповнення сталлю перерізу сердечника: kC  0.83 .
тип магнітопроводу – пластинчастий з товщиною листа 0.35 мм. [6]
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
26
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
27
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 4.1 – Схема електрична принципова блоку живлення

Знаходимо розрахунковий параметр трансформатора:
1  P 102
QCQ0   
 4.44  f Bm  j kM kC (4.2)
(1 0.77) 5.6 102
  8.3
0.77 4.44 50 1.05 4 0.2 0.83
Оптимальні співвідношення для розмірів трансформатора при
мінімальному об’ємі: x 1, y  2 , z  2.5 .
Ширина стержня магнітопроводу:
QCQ0 8.3
a  4  4 1.14 см. (4.3)
xyz 1 2  2.5
В якості магнітопроводу обираємо броньований пластинчастий
магнітопровід Ш1216. [6]
Параметри обраного магнітопроводу:
Конструктивна ширина магнітопроводу: a 12 мм;
Висота сердечника: H  42 мм;
Висота вікна сердечника: h  30мм;
Ширина сердечника: C  48мм;
Ширина вікна сердечника c 12 мм;
Товщина сердечника: b 16мм.
Активна площа перерізу магнітопроводу: Qc.a 1.75см2
;
Середня довжина магнітної силової лінії: lсер 10.03см;
Активний об’єм магнітопроводу: Vст 17.55см3 ;
Маса магнітопроводу: Gст 140 г.
Визначаємо втрати в сталі:
Pст   Gст  2 0.140  0.28 Вт. (4.4)
Активна складова струму холостого ходу:
Pст 0.28
ia.хол  100  100  5 %. (4.5)
P 5.6
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
28
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Реактивна складова струму холостого ходу:
q G 17 0.140
i ст ст
р.хол  100  100  42.5 %. (4.6)
Р 5.6
Повний струм холостого ходу у відсотках:
iхол  i2 2 2
а.хол  i р.хол  5  42.52  42.8%. (4.7)
Значення струму першої обмотки:
I1  P /(U1cos1)  5.6 /(220 0.77 0.9)  0.037 А. (4.8)
Абсолютне значення струму холостого ходу:
Iхол  (iхол /100)  I1  (42.8 /100) 0.037  0.016 А. (4.9)
Поперечні перерізи проводів обмоток:
' I1 0.037 I 0.4
q    0.009 мм2; q '  2   0.1 мм2; (4.10)
1 j 4 2 j 4
Обираємо для першої обмотки провід – ПЕЛ з наступними параметрами:
з перерізом q1  0.00950 мм2.
номінальний діаметр проводу d1  0.11 мм.
зовнішній діаметр d1 0.13 мм.
маса 1 метра проводу g1 0.0845 г.
Для другої обмотки обираємо провід марки ПЕЛ з параметрами:
з перерізом q2  0.1134 мм2.
номінальний діаметр проводу d2 0.38 мм.
зовнішній діаметр d2 0.42 мм.
маса 1 метра проводу g2 1.01 г. [6]
Дійсна густина струму в обмотках дорівнюватиме:
I I
j1 
1  3.68А / мм2 ; j2 
2  3.53А / мм2 ; (4.11)
q1 q2
Тоді середнє значення густини струму:
j  2 j1  j2  3.6 А / мм2 . (4.12)
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
29
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Амплітуда магнітного потоку в магнітопроводі:
Ф  Bm Qc.a 1.05 1.75 1.84 Вб. (4.13)
Знаходимо ЕРС обмоток:
u u
E1  U1(1
1 ) 185В ; E2  U2 (1 2 ) 11.76В (4.14)
100 100
Визначаємо число витків обмоток:
E1 104
W1   4529 витків; (4.15)
4.44  f Ф
E2 104
W2   288 витків. (4.16)
4.44  f Ф
Конструктивне виконання трансформатора:
Висота обмотки: hоб  h  2бок  2з  30  6  2  22 мм. (4.17)
Кількість витків в одному шарі кожної обмотки:
h h
N об об
1  1147 ; N2  1 46 (4.18)
k y d
' '
1 k y d2
Кількість шарів обмотки:
W
M  1 W
1  30.8 ; M  2
2  6.26 ; (4.19)
N1 N2
Радіальний розмір кожної обмотки:
1 1.2M '
1 d1  4.8мм; 2 1.2M '
2 d2  3.16мм; (4.20)
Радіальний розмір всіх обмоток:
p  1  2  o 8,26 мм (4.21)
Радіальний розмір обмоток:
r1  з  г  1  1 / 2 1 3 4.8 4.8 / 2  6.4 мм;
r2  з  г  0  2  2 / 2 1 3 0.3 3.16  3.16 / 2 5,88 мм; (4.22)
Середня довжина витків:
l1  2(a  b  r1) 103  0.096 м; l2  2(a  b  r2 ) 103  0.093 м; (4.23)
Маса міді кожної обмотки:
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
30
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

G 3
м1  W1 g1  l1 10  0.014 кг; G 3
м2  W2 g2  l2 10  0.012 кг. (4.24)
Маса міді всіх обмоток:
2
Gм G i  0.026 кг. (4.25)
i1
Втрати в міді для кожної з обмоток:
P  2.7 j2м1 1 GМ1  0.511 Вт; Pм2  2.7 j22 GМ2  0.42 Вт; (4.26)
Сумарні втрати:
2
Pм Pмi  0.93Вт. (4.27)
i1
ККД трансформатора:
P cos 5.6 0.95
    0.815 . (4.28)
P cos Pст  Pм 5.6 0.95 0.28 0.93
Тоді активний опір кожної обмотки [6]:
м  l1 WR  1  0.46 103   l W
Ом; R  м 2 2
1 2  23.78 106 Ом (4.29)
q1 q2
Проведемо розрахунок випрямляча:
Враховуючи вихідну потужність і допустимий коефіцієнт пульсацій
обираємо мостову схему ввімкнення діодів. [6]
Знаходимо значення випрямленої напруги на виході однофазного
двохперіодного випрямляча зібраного за мостовою схемою. Вона приблизно буде
дорівнювати:
Uвипр 1.41U2 19.74 В (4.30)
Тоді випрямлений струм, що проходить через один діод мостової схеми в
два рази менший від струму навантаження:
IД  I2 / 2  0.2 А (4.31)
З метою унеможливити перевантаження діодів за величинами діючого та
амплітудного значень та перегріву діодів, необхідно, щоб максимальний прямий
середній струм дорівнював:
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
31
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Iпр.сер. 1.1 IД  0.22 А (4.32)
Тоді вихідний опір випрямлячів при роботі з резистивно-ємнісним
навантаженням:
Uвипр 19.74
R випр    89.73 Ом. (4.33)
Iпр.сер 0.22
Максимальна постійна зворотна напруга при резистивно-ємнісному
характері навантаження випрямляючого мосту дорівнює:
Uмакс.зв. 1.3  2 19.74  36.29 В (4.34)
З міркувань електричної надійності схеми випрямлення та забезпечення
запасу за напругою, максимальна постійна зворотна напруга діодів не повинна
бути меншою за 37 В. [7]
Для мостових випрямлячів обираємо діоди КД 243А з параметрами:
Максимальний прямий струм Iпр 1 А;
Максимальна зворотна напруга Uзв  50 В.
Мінімальне значення ємності компенсаційного конденсатора С4 дорівнює:
3200  I
C  2 3200 0.4
min   457 мкФ, (4.35)
U2 k 14 0.2
Так як після випрямляча використовуються інтегральні стабілізатори
напруги, з якими також використовуватимуться відповідні компенсаційні ємності,
то можна зменшити розрахункову ємність в 5...10 разів. [8]
Обираємо конденсатор К50-35 100 мкФ+10%-25В.
Враховуючи те, що конденсатор фільтра збільшує випрямлену напругу в
1,41 раз, а на випрямляючому мості ми втрачаємо близько 1,5-2 В, напруга на
стабілізаторі напруги перевищуватиме номінальну напругу навантаження
приблизно на 1,7 В, що являється достатнім для коректної роботи інтегрального
стабілізатора напруги.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
32
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Щоб отримати стабілізовані напруги рівнів 12 В та 5 В необхідних для
живлення всіх елементів схеми еквівалента навантаження використовуються
інтегральні стабілізатори КР142ЕН8Б та КР142ЕН5А.
З метою підвищення стабільності напруги даних інтегральних
стабілізаторів доцільно використати паралельно ввімкненні конденсатори на
вході та виході відповідних інтегральних стабілізаторів напруги згідно з
рекомендаціями їх типового ввімкнення.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
33
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

4.2 Розробка принципової схеми блока керування.

В даного блоці реалізовані основні функції проектованого пристрою
тестування джерел живлення: керування безпосередньо навантажувальним
елементом, забезпечуються керуюча взаємодія з іншими блоками проектованого
пристрою.
Основою даного блока слугує сучасний мікроконтроллер PIC16F783.
Основні параметри та характеристики якового наведено нижче.
Характеристика мікроконтроллера:
 високошвидкісна RISC архітектура;
 35 інструкцій;
 всі команди виконуються за один цикл, окрім інструкцій переходів, що
виконуються за два цикли;
 тактова частота:
 DC – 20МГц, тактовий сигнал;
 DC – 200нс, один машинний цикл;
 до 8к × 14 слів FLASH пам'яті програм,
до 368 × 8 байт пам'яті даних (ОЗП),
до 256 × 8 байт EEPROM пам'яті даних;
 сумісність по виводах з PIC16C73B/74B/76/77;
 система переривань (до 14 джерел);
 8-рівневий апаратний стек;
 прямий, непрямий і відносний режим адресації;
 скидання по включенню живлення (POR);
 таймер скидання (PWRT) і таймер очікування запуску генератора (OST)
після включення живлення;
 сторожовий таймер WDT з власним RC генератором;
 програмований захист пам'яті програм;
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
34
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

 режим енергозбереження SLEEP;
 вибір параметрів тактового генератора;
 високошвидкісна, енергозбережна CMOS FLASH/EEPROM технологія;
 повністю статична архітектура;
 програмування в готовому пристрої (використовується два виведення
мікроконтроллера);
 низьковольтний режим програмування;
 режим внутрішньосхемної відладки (використовується два виводи
мікроконтроллера);
 широкий діапазон напруги живлення: від 2.0В до 5.5В;
 підвищена навантажувальна здатність портів вводу/виводу (25мА);
 мале енергоспоживання: менше 0.6 мА при 3.0В, 4.0МГц; 20мкА при
3.0В, 32кГц; менше 1мкА в режимі енергозбереження.
Розміщення виводів мікроконтролера представлено на рисунку 4.2.

Рисунок 4.2 – Виводи мікроконтроллера.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
35
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Особливості функціонування проектованого еквівалента навантаження та
режими вимірювання електричних параметрів досліджуваного джерела живлення
наступні.
Після включенні еквіваленту програма мікроконтроллера впродовж трьох
секунд виводить на рідкокристалічний індикатор (РКІ) номер своєї версії, після
чого включає світлодіод зеленого кольору світіння VD6. сигналізуючи про
готовність до роботи пристрою. Після цього можна підключати вхід еквівалента
до виходу джерела, що перевіряється.
Якщо є необхідність перевести пристрій в ручний режим роботи необхідно
короткочасно натиснути на кнопку SB1 «+» яка приєднується до виводів N10 та
N11. Якщо ж утримувати її натиснутою не менше 0,5 секунди то прилад перейде в
автоматичний режим роботи.
В автоматичному режимі роботи спочатку заміряється напруга
досліджуваного джерела живлення в режимі холостого ходу, потім струм
навантаження поступово збільшується, поки напруга не знизиться на 5 % або
струм не досягне межі відімкнення, тобто рівня 9 А.
Схема електрична принципова блока контролю проектованого пристрою
представлена на рисунку 4.3.
При цьому режимові програмно поступово збільшується тривалість
керуючих імпульсів, які надходять з мікроконтроллера на відповідні елементи
схеми, що призводить до зростання струму в навантажувальному елементі схеми
до моменту, поки напруга досліджуваного джерела, не знизиться на 5 % відносно
висхідної. В подальшому зростання струму припиняється, а на РКІ виводяться
значення максимального струму навантаження та вихідної напруги
досліджуваного джерела живлення. В ручному режимі роботи струм
навантаження регулюється натисканням кнопок SB1 «+» та і SB2 «-»
(приєднується до виводів N8 та N9) спостерігаючи значення відповідних
електричних параметрів за РКІ.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
36
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
37
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 4.3 – Схема електрична принципова блока контролю

Напруга, що поступає від досліджуваного джерела, знижується
резистивним дільником R1, R2 до рівня, який є допустимим для вбудованого в
мікроконтроллер аналого-цифрового перетворювача (АЦП).
Для правильної роботи АЦП також використовується неінвертуючий
повторювач напруги, що має низький вихідний опір при досить великому
вхідному (МОми) та побудований на операційному підсилювачі (ОП) DA1.2.
Задавшись відповідними напругами ( Uвх.мах  30 В , Uділь  1,5 В ) та
опором одного з резисторів (R2=1кОм) зазначеного дільника знаходимо значення
опору R1.
U 
R1 R2   вх.мах. -1 19000Ом (4.36)
 
 Uділь 

Обираємо резистор номіналом 18 кОм.
Регульованим навантаженням досліджуваного джерела живлення
(навантажувальний елемент) слугує достатньо потужний біполярний транзистор
VT3 – КТ819Г.
На його базу через повторювач на операційному підсилювачі DA1.1,
дільник напруги R6R3 і емітерний повторювач, на транзисторі VT1 поступає
виділена інтегруючим ланцюгом R4C1 постійна складова імпульсів, яка
формуються мікроконтроллером на виході RC2.
Чим більше коефіцієнт заповнення імпульсів (відношення їх тривалості до
періоду повторення), тим більша постійна складова й тим сильніше відкритий
транзистор VT3 і більше струм навантаження досліджуваного джерела.
Пропорційну цьому струму напругу, зняту з резистора R7, підсилювач на ОП
DA2.2 доводить до значення прийнятного для АЦП мікроконтроллера.
Використання емітерного повторювача дозволяє забезпечити ефективну
передачу напруги на базу навантажувального елемента – VT3, за рахунок
великого вхідного та низького вихідного опорів.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
38
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

На базі DA2.1 побудований неінвертуючий підсилювач на ОП з
коефіцієнтом підсилення близько 50 (при максимальному значенні опору в колі
зворотного зв’язку). Задамося значенням опору резистора R8 – 1кОм.
R9  Kп -1R8  49 кОм (4.37)
В якості R9 обираємо резистор СП5-2ВА 47кОм.
Схемне рішення захисту проектованого пристрою від перевантаження за
струмом реалізована наступним чином.
За відсутності перевантаження за струмом, на виході RC7 мікроконтроллера
встановлений високий рівень напруги. Тому польовий транзистор VT2 відкритий
і не впливає на роботу пристрою. Але як тільки струм перевищить граничне
значення 9 А, мікроконтроллер встановить на виході RC7 низький рівень напруги
і транзистор VT2 закриється, розірвавши ланцюг навантаження досліджуваного
джерела живлення. На РКІ з'явиться повідомлення про перевантаження.
Щоб після усунення причини перевантаження повернути еквівалент в
робочий режим, слід натиснути на кнопку SB1. Мікроконтроллер знову
встановить на виході RC7 високий рівень, відкривши цим транзистор VТ2.
Всі постійні резистори в проектованому пристрої потужністю 0,125 Вт.
Резистор R7 – СП5-37 або інший дротяний потужністю 10 Вт. Якщо планується
застосовувати прилад для перевірки струму понад 5 А, цей резистор бажано
забезпечити тепловідводом.
Транзистори VT2 і VT3 бажано встановлювати окремо від плати на
тепловідводі від процесора. Дроти, що сполучають транзистори VT2 і VT3 з
платою, повинні мати площу перетину не менше 1 мм2.
Для інтегральних стабілізаторів DA3 і DA4 тепловідведення не потрібне.
Струм, споживаний еквівалентом навантаження від джерела його живлення, не
перевищує 250 мА і витрачається в основному на підсвічування табло РКІ.
Налагодження еквіваленту виконується в наступному порядку. Спочатку,
до його входу підключають джерело постійної напруги 10...12 В, значення якого
виміряне якомога можна точніше цифровим вольтметром. Перевівши еквівалент в
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
39
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ручний режим, переконуємося, що значення напруги на його РКІ співпадає зі
значеннями цифрового вольтметра. Відмінність усуваємо вибором резистора R1.
Для калібрування вимірювача струму вмикаємо послідовно між джерелом
напруги і еквівалентом навантаження амперметр. Встановивши в цьому ланцюзі
струм близько 2 А, порівнюємо його величину зі значенням, що виводиться на
РКІ еквіваленту. За допомогою підлаштовувального резистора R9 досягаємо їх
співпадання. Далі, збільшуючи чи зменшуючи струм натисненнями на кнопки
SB1 і SB2 переконуємося, що показники співпадають на всьому інтервалі його
зміни.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
40
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

4.3. Розробка принципової схеми блоку контролю температури.

Для забезпечення стабільного теплового режиму роботи використовується
блок контролю температури, до складу якого входить відповідний температурний
датчик та елементи системи примусового повітряного охолодження.
Схема електрична принципова блоку контроля температури наведено на
рисунку 4.4. До складу даного блоку входить датчик температури ВК1 та
вентилятор (кулер) М1 (підключається до виводів N5-7) та відповідного схемного
рішення.
Після виводу на РКІ виміряних рівнів напруги та струму проводиться
вимірювання датчиком ВК1 температури тепловідводу, на якому встановлені
транзистори VT2 і VT3. Це є дуже важливим, оскільки при незмінному струмі
бази струм колектора транзистора VT3 сильно зростає при підвищенні
температури. Залежно від виміряного значення температури тепловідводу
програма мікроконтроллера робить наступне:
1. Якщо температура не перевищує 35°С, встановлює на виходах RC5 і RС6
мікроконтроллера низькі логічні рівні. Транзистори VT4 і VT5 закриті,
вентилятор М1 вимкнений;
2. Якщо температура знаходиться в інтервалі від 35 ºС до 56 ºС– встановлює
на виході RC5 високий, а на виході RC6 низький логічні рівні, відкриваючи
транзистор VT4 і включаючи першу швидкість вентилятора М1;
3. Якщо температура вище 56°С – встановлює на виході RC5 низький, а на
виході RC6 високий рівень, закриваючи транзистор VT4, відкриваючи VT5
і включаючи цим другу (підвищену) швидкість обертання вентилятора;
4. Якщо температура перевищила 70°С – встановлює низький рівень на виході
RC7, закриваючи цим транзистор VT2 і перериваючи струм навантаження
досліджуваного джерела живлення. Крім того, програма вимикає зелений
світлодіод VD6 і вмикає червоний VD5. Вентилятор продовжує працювати,
охолоджуючи транзистори, а на РКІ з'являється повідомлення
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
41
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

«Перегрівання, йде продування» і ведеться відлік часу до завершення цієї
операції. Після повідомлення «Продування завершено» еквівалент
переходить в звичайний режим, замкнувши ланцюг навантаження
досліджуваного джерела. вимкнувши червоний світлодіод VD5 та
ввімкнувши зелений VD6.

Рисунок 4.4 – Схема електрична принципова блоку контролю температури.

В якості датчика BK1 обрано мікросхема цифрового термометра DS18S20, що
випускається американською компанією Maxim Int., є достатньо популярним у
всьому світі.
Мікросхема цифрового термометра DS18S20 забезпечує вимірювання
температури в діапазоні від мінус 55до плюс 125°C з дискретністю 0.5°C. Шляхом
додаткових обчислень дискретність представлення температури може бути
зменшена до 0.0625°C.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
42
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Найпривабливішим є те, що цифровий датчик DS18S20 вже відкалібрований
на заводі, і тому, гарантована точність вимірювання складає плюс-мінус 0.5°C в
діапазоні мінус 10 до плюс 85°C та плюс-мінус 2°C в усьому діапазоні робочих
температур.
Мініатюрність датчика дозволяє вбудовувати його у будь-яку металеву
оболонку, отримуючи датчик з необхідною конструктивною функціональністю.
Енергонезалежна пам'ять температурних налаштувань забезпечує запис
значень меж верхніх і нижніх робочих діапазонів температури за допомогою
адаптера DS9490R.
DS18S20 допускає напругу живлення від +3 до +5.5В. У режимі очікування
споживаний струм близький до нуля (менш 1мкА), а під час перетворення
температури він рівний приблизно 1мА. Процес перетворення триває максимум
750мс.
Даний термодатчик має індивідуальний 64-розрядний ідентифікаційний
номер і забезпечує можливість роботи без зовнішнього джерела живлення, тільки
за рахунок паразитного живлення однопровідною лінією.
Обраний цифровий датчик температури, завдяки своїми техніко-
економічним та експлуатаційним перевагам, можуть застосовуватися у складі
контролюючих пристроїв всюди: для контролю температур різних пристроїв, для
контролю параметра мікроклімату в приміщеннях у метеостанціях; у системах
термометрії; у АПК і харчовій промисловості та інше.
Принцип дії цифрових датчиків температури фірми «Dallas» заснований на
підрахунку кількості імпульсів, що виробляються генератором з низьким
температурним коефіцієнтом в часовому інтервалі, який формується генератором з
великим температурним коефіцієнтом. Лічильник ініціалізується значенням, що
відповідає мінус 55°C (мінімальна вимірювана температура). Якщо лічильник
досягає нуля до того, як закінчується часовий інтервал (це означає, що температура
більша мінус 55°C), то регістр температури, який також ініціалізований значенням
мінус 55°C, інкременується. Водночас лічильник налаштовує початкові параметри
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
43
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

новим значенням, яке задається схемою формування нахилу характеристики. Ця
схема потрібна для компенсації параболічної залежності частот генераторів від
температури. Лічильник знову починає працювати, і якщо він знову досягає нуля,
коли інтервал ще не закінчений, процес повторюється знову. Схема формування
нахилу завантажує лічильник значеннями, які відповідають кількості імпульсів
генератора на один градус Цельсія для кожного конкретного значення
температури. По закінченню процесу перетворення регістр температури міститиме
значення температури.
Для DS18S20 температура представляється у вигляді дев’яти-бітового
значення в додатковому коді. Оскільки це значення займає 2 байти, усі розряди
старшого байта дорівнюють знаковому розряду.
Кожен екземпляр DS18S20 має унікальний 48-бітовий номер, записаний за
допомогою лазера в ПЗП (постійний запам’ятовувальний пристрій) в процесі
виробництва. Цей номер використовується для адресації пристроїв. Окрім
серійного номера в ПЗП міститься код сімейства і контрольна сума. ПЗП DS18S20
має проміжний ОЗП об'ємом 8 байт, плюс два байти енергонезалежної пам'яті.
Зчитування значення виміряної температури, а також передача команди
початку перетворення і інших команд реалізована за допомогою однодротового
інтерфейсу (1 - WireTM) фірми DALLAS. На основі цього інтерфейсу фірма
DALLAS навіть створила мережу, звану microLAN (чи µLAN). Для роботи в цій
мережі випускається цілий ряд пристроїв, таких як адресні ключі, АЦП,
термометри, годинники реального часу, цифрові потенціометри. До речі, такий
самий протокол обміну мають і цифрові ключі IButton (або Touch Memory), які
зараз широко використовуються в системах обмеження доступу.
Протокол, який використовується однодротовим інтерфейсом, досить
простий. У будь-який момент часу на однодротовій шині можна виділити пристрій
- майстер, яким може бути мікропроцесор, мікроконтроллер або комп'ютер, і
підпорядкований пристрій, в нашому випадку це мікросхема термометра. Оскільки
в нашому випадку на шині присутні тільки майстер і всього один підпорядкований
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
44
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

пристрій, можна пропустити усе те, що пов'язано з адресацією пристроїв. В
результаті вимагається знати лише протокол передачі байтів, які можуть бути
командами або даними. Обраний датчик температури приєднано до відповідного
входу мікроконтроллера за типовою схемою ввімкнення.
В пристрої доцільним є використання відповідного двошвидкісного
комп’ютерного кулера [9]
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
45
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

4.4 Розробка блоку індикації проектованого пристрою.

Для індикації результатів вимірювання напруги досліджуваного джерела
живлення, максимального струму навантаження та інших службових параметрів
в проектованому пристрої тестування використаємо рідкокристалічний
індикатор МТ–16S2H.
Рідкокристалічний індикатор MT - 16S2H складається з ВІС контроллера
керування та рідкокристалічної панелі. Контролер керування КБ1013ВГ6,
аналогічний до HD4478 фірми HITACHI і KS0066 фірми SAMSUNG.
Індикатор випускається зі світлодіодним підсвічуванням. Він дозволяє
відображувати два рядки по 16 символів. Символи відображаються в матриці 5
на 8 точок. Між символами є інтервали шириною в одну відображувану точку.
Кожному символу, що виводяться на РКІ, відповідає його код в комірці ОЗП
індикатора.
Індикатор містить два види пам'яті – кодів символів, що відображаються, і
призначеного для користувача знакогенератора, а також логіку для керування
РК панеллю.
Характеристики обраного індикатора:
1. індикатор містить дві сторінки вбудованого знакогенератора, що
програмно перемикаються (алфавіти: російський, український,
білоруський, казахський і англійський;
2. може працювати як по восьми, так і по чотирьох бітовій шині даних
(задається при ініціалізації);
3. дозволяє: приймати команди з шини даних (перелік команд наведено в
довідковій літературі для даного індикатора);записувати дані в ОЗП з
шини даних; зчитувати дані з ОЗП в шину даних; зчитувати статус стану в
шину даних;
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
46
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

4. дозволяє запам'ятовувати до восьми зображень символів, що задаються
користувачем;
5. може виводити блимаючий (або неблимаючий) курсор двох типів;
6. дозволяє керувати контрастністю і інтенсивністю підсвічування.
Основні електричні параметри обраного індикатора:
 напруга живлення – 3 В або 5 В;
 струм споживання – до 1 мА;
 струм підсвічування – 100 мА. [10]
Зазначимо, що резистори R19 (регулювання контрастності) та R15
(відсвічування індикатора) обираються згідно з типовими схемами ввімкнення
рідкокристалічного індикатора.
Особливості підключення та налаштування індикатора при аналогічних
схемних рішеннях розглянуто зокрема в [11], [12] та [13]
Схема блоку індикації проектованого пристрою наведено на рисунку 4.5.
Також до блоку індикації входять два світлодіоди зеленого (АЛ307БМ) та
червоного кольору світіння (АЛ307ГМ) та відповідні їм струмообмежуючі
резистори (обрані з метою уніфікації елементної бази однаковими).
Розрахуємо значення згаданих струмообмежувальних резисторів R14 та
R17.
Uживл  Uсв.д. 5  2
R14    300 Ом (4.37)
I 3
св.д. 10 10
Обираємо R14, R17 – резистори С2-23-0,125 300 Ом+5%.
Окрім виміряних значень струму і напруги, на РКІ HG1 виводиться
значення регістра CCPR1L мікроконтроллера, від якого залежить тривалість
сформованих керуючих імпульсів. Воно побічно характеризує міру відкриття
регулюючого струм транзистора VT3. Кожні 250 мкс перевіряється, чи не
перевищив струм навантаження величину 9 А. Якщо це відбулося – ланцюг
навантаження досліджуваного джерела розривається.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
47
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 4.5 – Схема блоку індикації.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
48
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

4.5 Оцінка надійності проектованого пристрою.

Проведемо попередній розрахунок надійності за несподіваними
експлуатаційними відмовами.
В загальному випадку, показник надійності характеризує властивість
пристрою зберігати визначену працездатність протягом деякого періоду часу при
встановлених умовах експлуатації.
Для підвищення надійності проектованого пристрою необхідно зменшувати
кількість його елементів шляхом мініатюризації, а також підвищувати якість
елементів. Простота конструкторських рішень являється запорукою підвищення
надійності. Також інтенсивність відмов можна знизити за рахунок розвантаження
режимів роботи елементів.
Електричні, механічні та інші перевантаження є основними факторами, що
обумовлюють несподівані експлуатаційні відмови пристроїв, та визначаються
оптимальним вибором схем та конструкторських рішень.
Підвищенню надійності апаратури сприяє стандартизація, використання
модульних методів конструювання, що дозволяє на базі мінімального числа
апробованих високонадійних елементів синтезувати апаратуру із заданими
функціями.
Сучасні інтегральні схеми характеризуються інтенсивністю відмов на два
порядки нижче, ніж напівпровідникові прилади. На етапі виробництва висока
надійність досягається за рахунок дотримання технологій, норм ергономіки та
сучасних технологічних процесів.
На етапі експлуатації надійність досягається за умов виконання правил
транспортування, експлуатації та зберігання.
Крім того, існують спеціальні методи підвищення надійності, що пов’язані з
введенням у схему додаткових елементів. Будемо вважати, що всі елементи схеми
працюють в однакових умовах і при номінальному навантаженні. З технічних
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
49
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

умов на елементи схеми обчислимо інтенсивність їхніх відмов і занесемо в
таблицю.
Таблиця 4.1 – Інтенсивність відмов радіоелементів.

Найменування елемента Число Інтенсивність  *10-6
i *Ni,
елементів, відмов, i *10-6, 1/год
Ni 1/год
Резистор постійний 17 0,02 0,34
Рідкокристалічний індикатор 1 0,15 0,15
Резистор змінний недротяний 2 0,07 0,14
Інтегральна мікросхема 5 0,15 0,75
Конденсатор постійний 8 0,2 1,6
Датчики 1 0,15 0,15
Транзистор 5 0,3 1,5
Двигун 1 0,35 0,35
Запобіжник 1 0,02 0,02
Кварцевий резонатор 1 0,1 0,1
Трансформатор 1 0,5 0,5
Діод 6 0,08 0,48
Друкована плата 1 0,1 0,1
Пайка з'єднань 182 0,004 0.73
Монтаж 1 0,4 0,4

Визначимо інтенсивність відмов всього пристрою:
k
 i N i
i1 , (4.38)
де i – інтенсивність відмов кожного елемента пристрою,
Ni – кількість елементів.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
50
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Тоді   7,65 106
(1/год).
Знаходимо середній час напрацювання на відмову:
Т = 1/ i =130719 годин. (4.39)
Знаходимо можливість безвідмовної роботи протягом робочого дня (8 год):
 t
P(t)  e i (4.40)
6
P(t)  e7.6510 8  0,999938
Врахувавши данні отриманні в розрахунках можна стверджувати, що
спроектований виріб є високоефективним з точки зору надійності та може
виконувати покладені на нього завдання протягом визначеного проміжку часу за
визначених умов використання. [14]
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
51
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

5. ОХОРОНА ПРАЦІ
5.1 Аналіз шкідливих та небезпечних факторів, що виникають в
приміщенні проектно-експериментального відділу

В даному розділі кваліфікаційної бакалаврської роботи розглядаються
можливі шкідливі фактори, які можуть впливати на працівника, що працює в
приміщенні проектно-експериментального відділу при розробці пристрою
тестування джерел живлення.
Для виконання поставлених задач опрацьовується значна кількість
теоретичного матеріалу, що звичайно, викликає потребу у використанні
персонального комп’ютера. Тому потрібно забезпечити безпечну та продуктивну
організацію праці працівника, що працює з комп’ютерною технікою у відділу.
Для того щоб запобігти негативному впливу на працівника потрібно
звернути особливу увагу на фактори виробничого середовища, які безпосередньо
впливають на дослідника.
При виконанні досліджень персональний комп’ютер (ПК) використовується
для проведення розрахунків та формування відповідної документації. За ПК
працівник проводить не більше 4 годин на день з перервою не менше 1 години.
Виконання багатьох операцій в відділу призводить до тривалої статичної
напруженості м'язів спини, шиї, рук і ніг, що приводить до швидкого розвитку
стомлення. Основними причинами такого стомлення є: нераціональна висота
робочої поверхні столу і сидіння, відсутність опорної спинки і підлокітників,
незручні кути згинання в плечовому і ліктьовому суглобах, кут нахилу голови,
незручне розміщення документів, монітора, клавіатури, неправильний кут нахилу
екрана, відсутність простору і підставки для ніг.
За рівнем фізичних навантажень робота за комп’ютером класифікується як
легка фізична робота (категорія І) – робота з витратою 120 – 150 ккал/год –
категорія І а.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
52
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

У відділу розташовано п’ять робочих місць обладнаних комп’ютерною
технікою. Для забезпечення комфортної роботи персоналу столи мають довжину
140 см і ширину 70 см, що задовольняє санітарним нормам. Стільці, що
змінюються за висотою, з напівм'яким сидінням, дозволяють здійснювати
поворот сидіння і спинки стільця в межах 360°. Висота сидіння регулюється в
межах 42-55 см. Фактична відстань очей до монітора дорівнює 0,6-0,7 м. Отже,
робоче місце відповідає ДСТУ 8604:2015.
Розміри приміщення відділу становлять: довжина 7 м, ширина 4 м, висота
від підлоги до стелі 3 м, загальна площа аудиторії 28 м2, площа яка припадає на
одну людину становить 5,6 м2. Об’єм приміщення складає: 84 м3, об’єм, який
припадає на одну людину становить 16,8 м3, розміри приміщення за площею не
відповідають вимогам ДБН В.2.2-28-2010.
Велике значення має система освітлення відділу. Під час роботи дослідник
працює з даними, які виводяться програмним забезпеченням на екран
монітору. Найменша розрізненість об’єкту (в даному випадку об’єктом
розрізнення і фоном є: текст на моніторі та власне фон монітора, текст на аркуші
паперу та аркуш, букви на клавіатурі і клавіатура) складає від 0,15 до 0,3 мм, це
відповідає високій точності зорової праці. Розряд зорової праці – ІІ, підрозряд
– Г. Контраст відмінності об’єкту з фоном - великий.
При роботі з комп’ютером використовувалося приміщення з однобічним
природним освітленням. Розмір вікна приміщення становить 2×1,5 м. Робочі
столи розміщені так, що природне світло потрапляє в приміщення спереду. Вікно
завішене шторами, які запобігають виникненню відблисків, затемнених плям на
моніторах при попаданні прямого світла. Згідно з нормами освітлення ДБН
В.2.5.28–2018 «Природне і штучне освітлення» коефіцієнт природного
освітлення (КПО) для даного типу зорової праці дорівнює 1,5%. Робоче місце
розташоване на відстані 0,3м від вікна і в цій точці значення КПО становить
20-25 %. Отже, рівень природного освітлення є достатнім.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
53
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Штучне освітлення створюється світильниками з люмінесцентними
лампами. Освітлювальні установки забезпечують рівномірне освітлення по всій
робочій зоні, відсутність глибокої і різкої тіні, постійність освітлення в часі.
Джерела світла по відношенню до робочих місць слідує розмістити таким чином,
щоб уникнути попадання в очі прямих світлових потоків. Фактичне значення
штучного загального освітлення складає 340 – 350 лк, а нормативне значення –
300 лк. Отже, рівень штучного освітлення відповідає нормативним значенням
згідно ДБН В.2.5.28–2018 «Природне і штучне освітлення».
Істотне значення мають параметри мікроклімату в приміщенні, оскільки
безпосередньо впливають на роботу та здоров’я працівника. Фактичні значення
основних параметрів мікроклімату наступні:
1) Температура повітря:
- в теплий період року 22-24 ˚С;
- в холодний період року 15-18 ˚С;
2) Вологість повітря:
- в теплий період року 45-60 %;
- в холодний період року 40-50 %;
3) Швидкість руху:
- в теплий період року – 0,1 м/с;
- в холодний період року – 0,1 м/с.
Згідно ДСН 3.3.6.042–99 «Санітарні норми мікроклімату виробничих
приміщень» нормативні значення основних факторів мікроклімату наступні:
1) Температура повітря:
- в теплий період року 22-28 ˚С допустима (оптимальна 23-25 ˚С);
- в холодний період року 21-25 ˚С допустима (оптимальна 22-24 ˚С);
2) Вологість повітря:
- в теплий період року 40-60 %;
- в холодний період року 40-60 %;
3) Швидкість руху:
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
54
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1-0,2 м/с);
- в холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с).
З вище наведених даних мікроклімату видно, що лише показники
температури в холодний період року не задовольняють норму згідно ДСН
3.3.6.042 – 99.
Також важливе значення має параметр шуму. Персональні комп’ютери
створюють на робочих місцях працюючих шум, рівень якого досягає 45-48 дБА.
Згідно ДСН 3.3.6.037–99 «Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та
інфразвуку» цей рівень повністю відповідає нормативному рівню, який становить
50 дБА. Тому, фактичне значення шуму не перевищує допустиме, а отже
негативно не впливає на працівника.
Основними джерелами електромагнітного поля на робочих місцях є
монітори комп’ютерів, а також системні блоки. Найбільше впливає
електромагнітне поле на органи зі слабкою терморегуляцією, що мають
недостатню кількість кровоносних судин або слабкий кровообіг. До таких органів
відносяться: головний мозок, око (кришталик), шлунок, сечовий міхур і т.п.
Функціональні зміни виявляються в передчасній стомленості, млявості,
головному болі. При систематичному опроміненні спостерігається зміна
кров'яного тиску (гіпертонія, гіпотонія), уповільнення пульсу, трофічні явища
(випадіння волосся, ламкість нігтів, лущення шкірного покриву). Величина
напруженості, що живить комп’ютерне обладнання 220 В, і споживана
потужність менше ніж 3 кВт, що не перевищує нормативне значення, визначене в
ДСН 198 «Державні санітарні норми і правила при виконанні робіт в
невимкнених електроустановках напругою до 750 кВ включно» та ДСН 239-96
«Державні санітарні норми і правила захисту населення від впливу
електромагнітних випромінювань».
Електропроводка в приміщенні лабораторії прокладена в спеціальних
каналах, що забезпечує захист працюючих у відділу від доторкання до оголених
проводів. Обладнання встановлене в приміщенні живиться напругою 220В і
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
55
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

споживає потужність 2,5-3 кВт. Деяке обладнання, зокрема персональний
комп’ютер, має металевий корпус, тому згідно з ДСТУ Б В.2.5-82:2016 у відділу
передбачена система захисного занулення.
Інструктаж з техніки електробезпеки складений згідно НАОП 1.1.10-4.09-87
«Програми навчання безпеки праці робітників, до професій яких пред'являються
підвищені вимоги з техніки безпеки». Вступний інструктаж проводиться з усіма
працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або тимчасову) незалежно
від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади. Первинний інструктаж
проводиться на робочому місці до початку роботи на робочому місці. Інструктаж
проводить інженер по техніці безпеки, відповідно до НПАОП 0.00-4.12-05
«Типове положення про навчання з питань охорони праці».
Відділ за вибухопожежонебезпекою відноситься до приміщень типу В,
згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016. В даному відділу забезпечуються необхідні заходи
щодо протидії виникнення пожежно-небезпечних ситуацій згідно з НАПБ
А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні»:
- будівельні конструкції необхідного ступеня вогнестійкості. Стіни
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою.
Стеля виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними плитами, а
підлога з кахельної плитки. Всі матеріали застосовані для будівництва та
оздоблення відділу пройшли перевірку і були дозволенні органами державного
санітарно-епідеміологічного нагляду.
- приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5, який
знаходиться на стіні біля дверей з вільним доступом до нього, відповідно Правил
експлуатації вогнегасників.
- план евакуації розміщений на стіні з вільним доступом до неї. Для
попередження пожежі у відділу використовується електрична пожежна
сигналізація POLON 4000 та теплові датчики типу (ИПД-1) у кількості 4 шт.
Інструкції на випадок пожежі складенні відповідно до НАПБ А.01.001-2014
«Правила пожежної безпеки в Україні».
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
56
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Після проведення аналізу відділу та умов праці за робочим місцем можна
зробити висновок, що всі фактори роботи в даному приміщенні являються
сприятливими окрім системи опалення. Тому пропонується замінити систему
опалення, щоб параметри мікроклімату відділу відповідали нормам ДСН
3.3.6.042–99.

5.2 Модернізація системи водяного опалення відділу

Основний поділ опалювального обладнання ґрунтується на способах
передавання тепла нагрівальними приладами до опалюваних приміщень.
Опалювання поділяється на опалювання випромінюванням та конвекційне.
Цей поділ виникає з пропорції потоку тепла, яке віддається через нагрівальні
прилади до приміщення.
Типовими випромінюючими нагрівачами є:
 випромінювачі;
 випромінюючі смуги;
 площинні нагрівальні системи (стельові, стінні та підлогові).
Конвекційними нагрівачами є:
 нагрівальні прилади з чавунних та сталевих ланок,
 конвектори.
Повітряне обігрівання, в тому числі вентиляторні конвектори, є майже 100-
відсотковим конвекційним обігріванням.
Питання, який вид обігрівання приміщень є корисніший - випромінюванням
чи конвекцією, - постійно сприяє новим технологічним розв’язкам. Наприклад, це
стосується встановлення продуктивності (к.к.д.) енергетичного випромінювання
тепла визначеного типу нагрівального приладу або радіусу теплової дії
нагрівального приладу.
Ці два види постачання тепла дають різні результати, які практично можуть
викликати приємні відчуття або тепловий дискомфорт.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
57
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Наприклад, відчуття людиною втрати тепла внаслідок випромінювання в
напрямку холодних площин (з поверхні пічки) не може компенсуватися за
рахунок більш інтенсивного поглинання випромінювання інших частин тіла.
У такому випадку міняємо позицію нашого тіла відносно джерела тепла.
Крім того, інтенсивний рух повітря (навіть досить нагрітого по відношенню до
температури в приміщенні) при тепловому відчутті можна відбирати як
неприємний охолоджуючий потік.
Якщо в опалюваному приміщенні є умови для доброго самопочуття, то
температура повітря значно не відхиляється від середньої (можливо рівномірної)
температури повітря оточуючих поверхонь, а температура нагрівальних
поверхонь не надто перевищує температуру тіла людини. Тому частіше надають
перевагу площинному, низько температурному опаленню.
Підвищення температури нагрівального приладу, тобто концентрація
джерела тепла в приміщенні, приводить до інтенсифікації та зонування
випромінювання тепла, збільшуючи або інтенсивність теплового
випромінювання, або швидкість руху повітря в приміщенні. Очевидно, що при
встановленні температури нагрівальних приладів не можна перебільшувати, бо
навіть температура поверхні нагрівальних приладів порядку 80-90 °С, крім
погіршення умов доброго самопочуття, не є безпечною для здоров’я.
Обмеження температури поверхні нагрівальних приладів викликане тим,
що при температурах вищих від 60 °С розпочинаються процеси сухої дистиляції
органічних рідин та припікання їх на поверхні нагрівального приладу. Продукти
цих процесів подразнюють слизові оболонки верхніх дихальних шляхів,
викликаючи відчуття сухості, особливо неприємні при заниженій відносній
вологості повітря в приміщенні під час морозів.
В даний час використовуються декілька типів радіаторів: алюмінієві,
біметалічні, чавунні, сталеві конвектора.
Радіатори водяного опалення діляться на дві групи:
 секційні-чавунні, алюмінієві, біметалічні (з алюмінію і сталі);
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
58
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

 панельні-сталеві.
Чавунні секційні радіатори стійкі до корозії, володіють великою тепловою
потужністю на одиницю довжини приладу і можуть застосовуватися в системах
опалення з низькою якістю теплоносія.
Альтернативою чавуну є алюміній, з якого виробляються більш ефектні на
вигляд і менш металомісткі алюмінієві або біметалічні (сталь + алюміній)
радіатори. Гідність цих опалювальних приладів в тому, що вони прогрівають
приміщення швидше, ніж чавунні радіатори, і добре керуються термостатичним
вентилями.
Біметалічні радіатори зовні схожі на алюмінієві, але завдяки застосуванню
сталевих труб, всередині кожної секції, витримують внутрішній тиск до 25 атм. і
вище. Потужність кожної секції (при висоті 500 мм) 160 Вт. Застосовуються, як
правило, для облаштування міських квартир.
Сталеві панельні радіатори середні за теплопровідністю між чавунними і
алюмінієвими радіаторами. Панельні радіатори виконуються з штампованих,
стійких до корозії сталевих листів, утворюють ряд вертикальних паралельних
каналів, які об'єднуються горизонтальним колектором. Радіатори виконуються
однорядні, дворядними, трьохрядний, з ребрами і без нього. При цьому кожен
радіатор покритий багатошарової термостійкою емаллю.
Обчислення тепловитрат в приміщенні:

Q = S∙T/R, (5.1)

де Q - тепловтрати через перешкоду, Вт
S - площа перешкоди, м2
Т - різниця температур між внутрішнім та зовнішнім повітрям, 50°С
R - значення теплоопору перешкоди, м2·°С/Вт
Розраховуємо тепловтрати через стіни:
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
59
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Тепловтрати через зовнішню стіну R = 0,712 - опір теплопередачі стіни
завтовшки в 2 цеглини (50 см):

Sстіни  7 31,3  2  4 18,4 м2
18,4 50
Q1  1292 Вт
0,712
Тепловтрати через вікна: R = 0,37 - опір теплопередачі звичайного вікна з
подвійною рамою:
Sвікна 1,3  2  2,6 м2
2,6 5 50
Q2  1757 Вт
0,37
З урахувань втрат на вентиляцію (25%):
Q  (1292 1757) 1.25  3811,25 Вт
Для підтримання оптимальної температури повітря в приміщенні в холодну
пору року потрібна система опалення потужністю не менше 3811,25 Вт.
Згідно отриманих даних обираємо два сталевих радіатори Darya
Thermotehnik 500х1100 (табл. 9.1), загальною потужністю 4104 Вт.
Сталеві панельні радіатори Darya Thermotehnik виготовлені з високоякісної
листової холоднокатаної сталі товщиною 1,15 мм, мають високу теплову
продуктивність (тепловіддача за рахунок циркуляції води і випромінювання
нагрітого повітря). Радіатори розраховані на експлуатацію при робочому тиску 10
атм, максимальній температурі 120°С. Кожний радіатор проходить тестування
тиском 13 атм.
Радіатор пофарбований електростатичним методом. При нагріванні він не
виділяє шкідливих речовин. Радіатор можна встановити на стіну, не знімаючи при
цьому захисної коробки. Це дозволить захистити його від механічних
пошкоджень, пилу і бруду при проведенні ремонтно-оздоблювальних робіт.

Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
60
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 5.1 – Сталеві панельні радіатори Darya Thermotehnik.

Основні характеристики стального радіатора Darya Thermotehnik:
 Тип: 22;
 Матеріал: сталевий панельний;
 Підключення: ліве або праве бічне;
 Не вимагають спеціальної підготовки води;
 Мала теплова інерційність з-за невеликої кількості води в радіаторі;
 Відсутній недолік всіх секційних радіаторів - міжсекційна
негерметичність;
 Приєднувальна різьба: 4 виходу на 1/2" внутрішня.

Таблиця 5.1 – Теплова потужність при температурі (подання/зворотка/повітря
приміщення) 90/70/20 С

Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
61
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ВИСНОВОК

В даній випускній роботі проведено аналіз існуючих схемних рішень
пристроїв для тестування джерел живлення та обґрунтовано необхідність їх
використання радіоаматорами, зокрема, при розробці та безпосиредньому
виготовлені джерел живлення для різноманітної радіоелектронної апаратури.
Враховуючи наведені раніше розрахунки, можна зробити висновок про
достатній рівень функціональності та високу ефективність роботи спроектованого
пристрою.
До його основних переваг можна віднести: реалізацію простого та
ефективного схемотехнічного рішення, яке дозволяє: достатньо точно вимірювати
значення максимального струму навантаження досліджуваного джерела
живлення, забезпечення дотримання оптимальних режимів роботи пристрою з
врахуванням впливу перегріву компонентів та перевантаження за струмом;
використання сучасної цифрової індикації для наочного інформування про
електричні параметри досліджуваного джерела живлення; малі габарити
пристрою.
Використання в основі блоку контролю температури сучасного
спеціалізованого датчика температури DS18S20 дозволило суттєво спростити
процес контролю рівня температури елементів схеми, що гріються та забезпечити
оперативного керування системою примусового повітряного охолодження.
Застосування в схемі проектованого пристрою сучасного мікроконтроллера
забезпечує підвищення функціональності пристрою вцілому та простоту схемної
реалізації блоку індикації.
Рішення про використання в якості основного навантажувального елемента в
проектованому пристрої транзистора дозволяє зменшити його масогабаритні
характеристики. Для оцінки приблизного часу напрацювання спроектованого
пристрою проведено попередній розрахунок надійності за несподіваними
експлуатаційними відмовами, з наведенням відповідних показників надійності.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
62
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Крім того, для забезпечення правильної роботи розробленого пристрою,
необхідно ретельно дотримуватись всіх вимог до його виготовлення, а також
паяння та встановлення компонентів друкованого монтажу згідно з відповідними
вимогами нормативної документації.
В розділі охорони праці було проведено аналіз шкідливих та небезпечних
факторів, що виникають в приміщенні проектно-експериментального відділу.
Також виконано модернізацію системи водяного опалення відділу.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
63
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Простой эквивалент нагрузки в масле [Електронний ресурс]: ruqrz.com – сайт
радиолюбителей, Интересное в мире радио – Режим доступу:
http://www.ruqrz.com/?p=2762. – Назва з екрану.
2. Простая схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока
[Електронний ресурс]: «Электроника и Радиотехника» Домашний мастер. –
Режим доступу: http://electro-tehnyk.narod.ru/docs/nagruzka.htm. – Назва з екрану.
3. Эквивалент нагрузки стоимостью 72 рубля [Електронний ресурс]: Сайт
Муралёва С.А. Режим доступу:muralev.narod.ru/archiv/r5/ekvivalent_nagruzki.htm
. – Назва з екрану.
4. Нечаев И. Эквивалент нагрузки. // Радио. – 2007.– № 3–С. 34.
5. Эквивалент нагрузки 200 Вт // Радиосхема. — 2008. — № 6. — С.7-9.
6. Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. - К.: Вища школа,
1983. - 240 с.
7. Справочник: Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные.
Стабилитроны. Тиристры /А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев, В.В. Мокряков и др.:
Под ред. А.В. Голомедова.. - М.: Радио и связь, 1989. - 528 с.
8. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания
радиоэлектронной аппаратуры. – М.: «Три Л», 2000. 400 с.
9. Компьютерный термометр с датчиками DS18S20/B20 [Електроний ресурс]:
http://digit-el.com/files/open/ds18x20/ds18x20.html – Назва з екрану.
10. Алфавитно-цифровой ЖК-модуль MT–16S2H фирмы МЭЛТ [Електронний
ресурс]: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/lcd/lcm/melt/char/MT-16S2H.htm – Назва з
екрану.
11. . Подключение HD44780 Работа с алфавитно-цифровым ЖКИ инициализация
[Електронний ресурс]: http://avrlab.com/node/80#comment-1285 – Назва з
екрану.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
64
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

12. AVR. Учебный курс. Подключение к AVR LCD дисплея HD44780
[Електронний ресурс]: http://easyelectronics.ru/avr-uchebnyj-kurs-podklyuchenie-k-
avr-lcd-displeya-hd44780.html – Назва з екрану.
13. Многофункциональный аквариумный контролер [Електронний ресурс]:
http://aquacontrol.narod.ru/samodel/aquacontrol_joyta – Назва з екрану.
14. Методичні рекомендації до виконання кваліфікаційної роботи бакалавра для
здобувачів освітнього рівня «бакалавр» освітньої програми «Радіотехніка»
спеціальності 172 «Телекомунікації та радіотехніка» усіх форм навчання
[Електронний ресурс] / Упоряд.: А.В. Гончаров, А.В. Чепинога; М-во освіти і
науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2018. – 61 с. –
Назва з титульного екрана.
15. ГОСТ 2.004-88 ЕСКД, Общие требования к выполнению конструкторских и
технологических документов на печатающих и графических устройствах
вывода ЭВМ. 1990.
16. Лопаткин А.Б. Проектирование печатных плат в системе PCAD 2002. Учебное
пособие для практических занятий. – Нижний Новrород, НТТУ, 2002. – 178 стр.
17. Конструирование и технология печатных плат. Учебное пособие для
радиотехнических специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 1973. – 216 с.
18. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Резисторы. Конденсаторы. Справочное пособие. –
М.: СОЛОН-Р, 2000. – 240 с.
19. ДСТУ 3169 - 95 (ГОСТ 23585-79) - Монтаж электрической радиоэлектронной
аппаратуры и приборов.
20. Конспект лекцій з цивільного захисту для працівників, які не входять до складу
невоєнізованих формувань [Електронний ресурс] / Укл.: В. І. Биков, В. В.
Боршківський, О. С. Кожем’якін, А. В. Шинкаренко; Навчально-методичний
центр цивільного захисту та безпеки життєдіяльності Черкаської області,
Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2009. – 243 с.
Арк.
РТ86СК.022.083.001 ПЗ
65
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ДОДАТКИ

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets