Специализированный источник питания для АТС

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Тульский государственный университет КАФЕДРА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ АТС ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к дипломному проекту по специальности Проектирование и технология радиоэлектронных средств 200800 ЦДФО 465114.001 ПЗ Студент гр. 260831 И.Н. Вяткин Руководитель К.т.н доцент Л.П. Семёнов Заведующий кафедрой Д.т.н профессор Ю.А. Покровский ТУЛА 1998 Аннотация В данном дипломном проекте разработана конструкция Специализированного источника питания для АТС , пояснительная записка содержит страниц печатного текста, имеются приложения и графическая часть на 9 листах формата А1. В дипломном проекте и обоснована и проведена оптимизация конструкции, составлены технологические требования к конструкции, выполнен патентно-информационный поиск.

Большое внимание уделено конструированию источника питания. Также сделаны расчеты надежности и теплового режима.В технологической части дипломного проекта приведен выбор и обоснования технологического процесса изготовления печатной платы.

Разработано приспособление для изготовления печатной платы. Приведен расчет усилия вырубки платы и обоснование выбора пресса. А также сделаны расчеты исполнительных размеров штампа.Тема дипломного проекта выполнена согласно письму главного инженера Чернского узла электросвязи - филиала ОАО Тулателеком . В организационно-экономической части определена себестоимость изделия, лимитная и договорная цены, экономический эффект.

Рассмотрены вопросы ОТ и ТБ, охраны окружающей среды. ЦДФО 465.114.001 ПЗ Изм. Лист документа Подпись Дата Разраб.Вяткин И.Н. Специализированный источник питания для АТС.Пояснительная записка Литера Лист Листов Провер. Семенов Л.П. ТГУ кафедра РЭ гр. 260831 Н. Контр. Никольский Утв. Покровский ЮА Содержание Введение 1. Технико-экономический анализ темы проекта 1. Анализ технического задания 2. Обоснование критерия качества проектируемого изделия 3. Патентно-информационный поиск 2. Конструкторская часть 1. Формализация критерия качеств 2. Разработка конструктивных вариантов 2.3. Оптимизация конструкции в соответствии с выбранным критерием качества.

Выбор оптимального варианта 4. Детально-конструктивная проработка оптимального варианта 5. Выбор материалов, элементов и покрытий 1. Выбор элементов 2. Выбор материалов 3. Выбор покрытия 3. Расчет теплового режима 4. Расчет надежности 5. Разработка структурной схемы источника питания 6. Технологическая часть 6.1 Выбор и обоснование технологического процесса изготовления печатных плат 6.2 Технологическое приспособление для изготовления печатной платы 6.3 Расчет усилия вырубки платы по контуру и обоснование выбора пресса 6.4 Расчет исполнительных размеров штампа 7. Инструкция по эксплуатации, измерение параметров, регулирование и настройка источника питания 8. Организационно-экономическая часть 8.1 Организация и планирование ОКР с применением методов СПУ 8.2 Составление и расчет сетевого графика ЦДФО 465.114.001 ПЗ Лист Изм Лист документа Подпись Дата 8.3 Расчет затрат на проектирование и использование источника питания 3.1 Определение плановой себестоимости проведения ОКР 3.2 Определение прибыли и договорной цены 8.4 Расчет затрат на изготовление опытного образца электронного устройства и предпроизводственных затрат 8.5 Расчет затрат на изготовление проектируемого электронного устройства, лимитной цены8.6 Расчет лимитной цены 8.7 Оценка уровня качества проектируемого электронного устройства 8.8 Расчет эксплуатационных затрат потребителя 8.9 Расчет годовых текущих издержек 8.10 Определение экономической эффективности проектируемого изделия.9. Охрана труда и окружающей среды 9.1 Анализ опасных и вредных факторов при проектировании 9.2 Выбор помещения и расположение рабочих мест 9.3 Пожарная безопасность 9.4 Расчет освещения 9.5 Обеспечение электробезопасности методом заземления 9.6 Обеспечение микроклимата и расчет вентиляции Заключение Библиографический список Приложения Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Приложение 4 Приложение 5 Приложение 6 Введение Радиоэлектронная аппаратура в том числе и устройства связи предъявляют весьма жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, а в большинстве случаев требуют обязательного преобразования энергии первичного источника.

Поэтому одновременно с прогрессом в автоматике и радиоэлектронике происходит бурное развитие преобразовательной техники и статических средств вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, которые осуществляют необходимые преобразования электрической энергии часто многократные , обеспечивая при этом требуемые значения питающих напряжений как постоянного, так и переменного однофазного или многофазного токов электрическую изоляцию цепей питания друг от друга и от первичного источника высокую стабильность вторичных питающих напряжений в условиях значительного изменения первичного питающего напряжения и нагрузок эффективное подавление пульсаций во вторичных питающих цепях постоянного тока требуемую форму напряжения переменного тока, постоянство сдвига фаз и высокую стабильность их частоты и т.д. Полученные в этой области качественно новые результаты, а именно обеспечения высокой надежности, экономичности и большого срока службы средств вторичного электропитания при их сравнительно малых габаритах и массе, обусловлены переходом на полупроводниковую элементную базу. В условиях рыночных отношений необходимо обеспечить конкурентоспособность изделий, а поэтому необходимо обеспечить надежность выполнения функциональных задач наряду с приемлемой стоимостью прибора.

В данном дипломе проектируется блок вторичного электропитания, предназначенный для питания изделия специального назначения, которое критично к помехам по цепи питания в полосе частот от 50 Гц до 3 кГц. Выполнение требований заданий обеспечивается как схематическими, так и конструкторскими мерами. 1. Технико-экономический анализ темы проекта. 1.1. Анализ технического задания Прибор выполнен по техническому заданию, составленному применительно к эксплуатации в условиях Чернского узла электросвязи филиала ОАО Тулателеком .Источник питания для АТС может использоваться на автоматических телефонных станциях в качестве источника питания для аппаратуры уплотнения ИКМ-120. Так как источник питания эксплуатируется в закрытом помещении, то специальных мер защиты источника питания предусматривать не следует.

Рабочий температурный охват для источника питания - от 5 до 40 С, допустимая относительная влажность воздуха при 30 С - 40 до 90 , атмосферное давление - от 84 до 107 кРа.Использование источника питания на АТС предусматривает габариты и компоновку прибора исходя из размеров и расположения другой аппаратуры, а также удобство в эксплуатации, поэтому заданы габаритные размеры в плане 480ґ340. Конструкция источника питания должна обеспечивать в полной мере выполнение технических требований, предъявляемых к прибору, и обеспечивать нормальный тепловой режим.

Одним из возможных вариантов исполнения данного прибора является конструктивное оформление его в корпус.

Из анализа условий эксплуатации следует, что выбор электрорадиоэлементов ЭРЭ должен обеспечивать работу источника питания в заданных условиях без снижения надежности. Разрабатываемая конструкция источника питания должна быть технологична.

Технологичность конструкции - это совокупность свойств конструкции изделия, обеспечивающая оптимизацию затрат при производстве, эксплуатации, ремонте с учетом заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

Проведем расчет показателей технологичности конструкции по методике, изложенной в 6 . Экономичность конструктивной и пространственной компоновке блока определяется количеством деталей в изделии и их распределением по назначению.

Коэффициент экономичности равен , 1.1 где Пдоп, Пвсп, Посн соответственно, количество дополнительных, вспомогательных и основных деталей.

Коэффициент повторяемости внутренней унификации определяется на основе выражения , 1.2 где П - общее количество деталей и узлов в изделии Пнаим - общее количество наименований типоразмеров деталей и узлов в изделии. Коэффициент разнообразия применяемых материалов характеризуется качеством применяемых марок, типоразмеров материалов и определяется на основе выражения , 1.3 где Мт - количество типоразмеров материалов, идущих на изготовление оригинальных и заимствованных деталей изделия Пор - общее количество оригинальных и заимствованных деталей.

Одним из важнейших критериев технологичности конструкции является степень конструктивной преемственности вновь разрабатываемой конструкции.

Она характеризуется следующими коэффициентами Коэффициентом нормализации и стандартизации, который определяется по формуле , 1.4 где Пн ,Пс - соответственно количество нормализованных и стандартизованных деталей.

Коэффициентом общей преемственности, определяемый по формуле , 1.5 где Пз - количество заимствованных деталей.

Полученные расчетным путем показатели, сведем в табл. 1.1. Показатели технологичности конструкции Таблица 1.1. Показатели Значение 1 Коэффициент экономичности 0,4 2 Коэффициент повторяемости 4,0 3 Коэффициент разнообразия применяемых материалов 0,417 4 Коэффициент нормализации и стандартизации 0,49 5 Коэффициент общей преемственности 0,56 Анализируя полученные показатели, сделать вывод, что данная конструкция источника питания в заданной серии выпуска, технологична.

Прибор может эксплуатироваться на АТС. Разработанный прибор удовлетворяет всем задачам, поставленным в ТЗ. Прибор отличается сравнительно небольшими габаритами, относительной простотой и надежностью конструкции.

С целью повышения ремонтопригодности источник питания выполнен, как два блока - силовой и контрольно-управляющий.

Кроме этого, облегчается и тепловой режим контрольно-управляющего блока. 1.2. Обоснование критерия качества проектируемого изделия.

Проектируемый прибор относится к стационарной радиоэлектронной аппаратуре РЭА , поэтому в качестве критерия качества примем комплексный показатель качества.В условиях рыночной экономики наиболее существенными показателями, обеспечивающими конкурентоспособность изделия и характеризующими потребительские свойства изделия, являются такие показатели, как надежность и стоимость.

Так как источник питания относится к стационарной РЭА, то необходимо, чтобы его конструкция обеспечивала удобство при эксплуатации и обладала хорошим эстетическим оформлением. Для этого используются наиболее удачные, ранее найденные, конструктивные решения. В нашем случае оптимальной формой источника питания является конструкция, помещаемая в прямоугольный корпус.Этот вывод сделан на основе проведенного теплового расчета. Расчет приведен в разделе 3. Отвод теплоты, благодаря относительно небольшой выделяемой мощности, осуществляется за счет естественной воздушной конвекции.

Необходимая точность выдаваемых источником питания электрических параметров обеспечивается схемным решением и путем выбора электрорадиоэлементов ЭРЭ с малым разбросом номиналов до 5 . Конструирование данного источника питания производится в узловом исполнении.Наличие узлов, скомпонованных в зависимости от выполняемых функций, улучшает ремонтопригодность. На основе выбранного критерия качества проводим патентно-информационный поиск по уже существующим разработкам.

Результаты патентно-информационного поиска приведены в разделе 1.3. 1.3 ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК ЗАДАНИЕ НА ПРОВЕДЕНИЕ ПАТЕНТНОГО И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Тема дипломного проекта Специализированный источник питания для АТС. Задачи патентного и научно-технического исследования Выявить новизны источника питания, обзор и анализ известных решений.

Исполнитель Вяткин И.Н. Краткое содержание работы Выявить аналоги и провести сравнительный анализ из функциональных возможностей и основных параметров источников питания. Срок исполнения 10 сентября 1998 г. Отчетный документ Справка-отчет о патентном исследовании. Руководитель дипломного проекта Семенов Л.П. Задание принял к исполнению 01.09.98 г. Студент гр. 260831 Вяткин И.Н. Справка-отчет о патентном исследовании.Тема дипломного проекта Специализированный источник питания для АТС . Начало поиска 01.09.98 г. Окончание поиска 10.09.98 г. Таблица 1.2. Предмет поиска Страна, индекс МКИ, НКИ заявки, патента Сущность изобретения Недостатки 1 2 3 4 5 Импульсный источник питания СССР, G 05 F1 56 1780588 С целью повышения надежности в работе путем повышения быстродействия защиты в аварийных режимах введены две дополнительные обмотки магнитного усилителя, шунтирующая цепь, измерительная цепь, две управляющие обмотки со средней точкой и выключающая обмотка, размещены на сердечнике силового трансформатора причем каждая обмотка выводом от средней точки соединена последовательно с соответствующей дополнительной обмоткой магнитного усилителя и подключена к свободному выводу конденсатора RC - цепи. Недостаточная мощность.

Вторичный источник питания СССР, G 05 F1 569 1777130 С целью повышения надежности введены триггер Шмидта, первый и второй транзисторы, шесть резисторов, два конденсатора, второй диод, второй делитель выходного напряжения, тиристорный оптрон и исполнительный элемент. Уровень шумов критический для аппаратуры АТС Стабилизированный источник питания СССР, G 05 F1 56 1774319 С целью расширения диапазона выходной нагрузки в цепь подпитки введен стабилизатор напряжения линейного типа, включенный между токоограничительным дросселем и выходными выводами и состоящий из последовательно регулирующего транзистора, коллектор, которого соединен с входом, а эмиттер - с выходом стабилизатора напряжения, опорного элемента.

Сложное схемотехническое решение. Источник электропитания с защитой перегрузок по току СССР, G 05 F1 569 1772797 С целью повышения КПД введены транзистор, диод, первый и второй стабилитроны, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы и источник вспомогательного напряжения с полярностью противоположной полярности источника вспомогательного напряжения.

Стабилизированный источник питания Великобритания, G 05 F 3 00 2229054 С целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности введены узел контроля занижения выходного напряжения, состоящий из делителя выходного напряжения, источника опорного напряжения с плавным нарастанием напряжения и усилителя постоянного тока. Высокая стоимость устройсва Вторичный источник электропитания и устройство для фиксации уровня напряжения США, G 05 F1 56 5123612 С целью повышения эксплутационной надежности введены инвертор и дополнительный управляемый ключ, а компаратор выполнен со стробирующим входом, соединенным с входом инвертора. Высокая сложность устройства ведет к увеличению размеров источника питания.

Научно-технические источники. 7. УДК 681.322.036. Устройство для запитывания блока электропитания, выдающего рабочее напряжение постоянной величины.

Power measurement system.

Clayve Fred R. US Dep Commer.Nat. But. Stand - 1996 - 345 США. Приводится подробное описание технических и эксплутационных характеристик системы, специально разработанной для высокостабильных электропитающих установок напряжением до 60 В. 8. УДК 681.322.003. Устройство для стабилизации напряжения постоянного тока. Technegves automated microwave nts. Lomas Streve Electron Eny. Gr. Brit 1995 - 61. 746 англ. Устройство обеспечивает высокий уровень стабилизации во всем рабочем диапазоне напряжений, а также автоматизированный контроль выходной мощности. 9. УДК 681.322.467. Многоканальный источник питания с комбинированной защитой.

А.А. Фурсов, Курское производственное объединение Счетмаш . Электронная промышленность 1997 г 1. Представлено подробное описание, структурные и принципиальные схемы источника питания предназначенного для использования в системах связи.

Анализируя результаты патентно-информационного поиска можно сделать вывод об актуальности данной темы и отметить, что разрабатываемый источник питания является наиболее приемлемым компромиссом между существующими дорогостоящими аналогами и предлагаемыми вариантами для использования в качестве источника питания для многоканальной аппаратуры уплотнения типа ИКМ-120, как по конструкции, так и по технологическим показателям. 2. 3. Конструкторская часть. 3.1. Формализация критерия качества Любую систему РЭА характеризует качество, которое определяется вектором К К1, Кi, ,Кm показателей качества.

С увеличением или уменьшением каждого из показателей Кi качество системы монотонно улучшается при прочих равных условиях. Система, обладающая наилучшим значением вектора Кi, считается оптимальной.Введем понятие критерия оптимальности системы.

Это критерии, согласно которому одно значение вектора Кi считается лучше или хуже другого его значения. Фактически показателем качества системы можно считать такие параметры, как масса устройства, занимаемый им объем, стоимость, потребляемая мощность, надежность, а также другие параметры в зависимости от особенностей конструкции и возможных условий эксплуатации.При оптимизации системы в целом - одной из основных задач является оптимизация ее параметров X1, ,Xn, ,Xm m n , т.е. отыскание таких значений X1, ,Xn, ,Xm при которых достигается наилучшее значение вектора К показателей качества.

Каждый из показателей качества K1, Ki, Km в обобщенном случае зависит от всех параметров системы K1 f1Ч x1, xi, xn 2.1 K2 f2Ч x1, xi, xn K3 f3 Ч x1, xi, xn Функции fm называют целевыми функциями.Одновременно с обоснованием вектора К показателей качества определением целевых функций системы и критерия оптимальности для оптимизации параметров системы в исходных данных в общем случае требуется установить совокупность ограничений, накладываемых на показатели качества и параметры синтезируемой системы.

Оптимизация системы, производимая на основе показателей качества, т.е. с учетом нескольких целевых функций, называется векторной многокритериальной оптимизацией. Показатели качества отличаются разнообразием.Показатели качества конструкции это количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющих качество конструкции, причем каждая характеристика рассматривается применительно к отдельным условиям производства, эксплуатации конструкции в зависимости от характера решаемых задач по оценке уровня качества классифицируется по различным признакам.

Основным признаком классификации является классификация по характеризуемым свойствам. Это показатели надежности назначения, технологичности. В расчетах будем использовать для оценки качества показатели назначения, показатели технологичности.К группе показателей назначения отнесем три подгруппы 1 классификационные 2 эксплуатационные 3 конструктивные К эксплуатационным показателям импульсов относятся стабильность формируемых сигналов, выходная мощность, потребляемая мощность.

К конструктивным показателям относятся показатели, характеризующие основные конструкторские решения, удобства монтажа, объем и один из важных показателей такой, как уровень миниатюризации. Уровень миниатюризации представляет собой количественную меру совокупности технических решений, направленных на эффективное исследование объема.

К показателям надежности относятся следующие параметры 1 безотказность 2 долговечность 3 сохраняемость 4 ремонтопригодность К показателям технологичности отнесем 1 трудоемкость 2 себестоимость 3 материалоемкость Для того, чтобы оценить качество конструкции, безошибочно определить оптимальный вариант, необходимо количественно оценить комплексный показатель качества, состоящий из ниже перечисленных 6 . Комплексный показатель качества будем находить по формуле Kn 0.2N3 0.3G 0.3No 0.2T, 2.2 где 0.2, 0.3 - соответствующие коэффициенты весомости N3 - комплексный показатель назначения G - комплексный конструктивный показатель No - комплексный показатель надежности Т - комплексный показатель технологичности. Каждый из частных комплексных показателей находится при помощи весовых коэффициентов следующим образом 1 Показатель назначения N3 0.9Nnm 0.4Ntd 0.3Nbm 2.3 где Nnm - показатель потребляемой мощности Ntd - стабильность формируемой параметрии Nbm - потребляемая мощность нагрузки выходная мощность 0.3, 0.4,0.3 - соответствующие коэффициенты весомости 2 Конструктивный показатель качества G 0.3V 0.3M 0.4Mn 2.4 где V - объем устройства M - масса блока Mn - уровень миниатюризации 0.3, 0.4 - соответствующие коэффициенты весомости. 3 Найдем комплексный показатель надежности No 0.25Sx 0.25D 0.25B 0.25Rm, 2.5 где Sx - сохраняемость D - долговечность В - безотказность Rm - ремонтопригодность. 4 Найдем комплексный показатель технологичности Т 0.3Tр 0.3Мт 0.4Sб 2.6 где Тр - трудоемкость изготовления блока Мт - материалоемкость Sб - себестоимость изделия 0.3, 0.4 - соответствующие коэффициенты весомости Следует особо отметить, что выше приведенные показатели используются в относительных единицах, называемых частным уровнем конструкции и данному свойству YKi Pi Bi 2.7 где Pi - показатель i-го свойства, оцениваемой конструкции Bi - показатель i-го свойства базовой конструкции Влияние каждого из критериев на общую совокупную оценку различно и зависит от вполне конкретных обоснованных требований, строго дифференцированный подход предусматривает введение коэффициентов весомости.

При их выборе руководствуются следующими положениями наибольший коэффициент весомости показатели одинаковой весомости имеют одинаковые коэффициенты весомости. коэффициент весомости всех рассматриваемых свойств отвечает условию mi 1 - для комплексного показателя качества mj 1 - для частных показателей качества Однако, оптимизация конструкции с помощью комплексного показателя качества носит элемент субъективизма при бальной оценке экспертов для весовых коэффициентов.

Для получения этого в качестве основных критериев качества проведем оптимизацию по критериям надежности и стоимости где P t - вероятность безотказной работы системы l - интенсивность отказов элементов с учетом условий эксплуатации t - время работы где- стоимость изделия стоимость электрорадиоэлементов, входящих в состав изделия, Спр - стоимость производства изделия. 2.2. Разработка конструктивных вариантов.

В разделе 2.1. рассмотрено множество свойств конструкции разрабатываемого прибора, соответствующие им требования и оценивающие их показатели.

Для того, чтобы судить о качестве конструкции в целом, необходимо это множество показателей свести к одному, комплексному показателю, который количественно сравнит варианты конструкций. Исходя из вывода, сделанного в разделе 1.2 для оценки комплексного показателя качества конструкции прибора выбираем следующие частные показатели группа назначения - объем, масса группа надежности - безотказность время наработки на отказ и стоимость.

Оценку комплексного показателя качества проводим по методике экспресс оценки по трем, функционально унифицированным приборам, выполненным на различных типах микросхем по степени интеграции и с различными конструкциями и типоразмерами печатных плат. Основные характеристики приборов приводятся ниже. Прибор 1 разъемной конструкции, скомпонован из набора ячеек, состоящих из печатных плат с интегральными микросхемами второй степени интеграции, серии К155 и навесных электрорадиоэлементов ЭРЭ . Нижняя и верхняя стенки прибора крепятся к передней и задней панелям, образуя жесткую конструкцию размерами 480ґ300ґ370 мм. Кожух прибора, изготавливаемый, из тонколистового проката стали, толщиной 0,8 мм. На верхнюю и нижнюю стенки установлены направляющие из прессматериала, для крепления ячеек в приборе.

Электрический монтаж ячейки Рис. 2.1. Эскиз прибора 1. 1 - корпус 2 - направляющие 3 - ячейка печатной платы. осуществляется соединителями типа ГРМП1. Печатные платы в ячейке расположены параллельно друг другу, с односторонним расположением корпусов ИС и дискретных элементов.

Печатный монтаж двухсторонний.

Эскиз прибора приведен на рис. 2.1. Прибор 2 разъемной конструкции, состоит из набора одноплатных и двухплатных функциональных узлов, каждый из которых представляет совокупность многослойной печатной платы, корпусов микросхем второй степени интеграции.

Серии КР564 и дискретных ЭРЭ, установленных с одной стороны МПП. Внутренний монтаж прибора выполнен объемным способом.

Электрическое соединение между платами выполнено объединенной ПП. Размеры корпуса 480ґ340ґ430 мм. Материал корпуса - тонколистовой прокат алюминиевого сплава типа АМ2-2, толщиной 2,0 мм. Эскиз прибора приведен на рис. 2.2. Рис. 2.2. Эскиз прибора 2. 1 - корпус 2 - печатные платы 3 - соединительная ПП. Прибор 3 разъемной конструкции, состоит из набора одноплатных функциональных узлов, выполненных на интегральных микросхемах типа К555 и дискретных ЭРЭ. Печатный монтаж двухсторонний, расположение ИС и ЭРЭ одностороннее.

Закрепление ПП жесткое, на стойках. Электрический монтаж между функциональными блоками выполнен объемным способом с применением разъемов.Размеры корпуса 480ґ340ґ430 мм. Материал корпуса - тонколистовой прокат алюминиевого сплава, типа АМ2 - 2, толщиной 2,0 мм. Эскиз прибора приведен на рис. 2.3. Рис. 2.3. Эскиз прибора 3. 1 - корпус 2 - печатные платы 3 - стойки.

По габаритным размерам приборов находим их объем Прибор 1 - V 8125 см3 Прибор 2 - V 8545 см3 Прибор 3 - V 8004 см3. Показатели надежности и стоимости приборов рассчитываем по интенсивности отказов и цене основной элементной базы приборов - интегральным микросхемам, для чего составляем таблицу 2.1. Таблица 2.1. Прибор 1 Прибор 2 Прибор 3 ИС серии КР155 ИС серии К564 ИС серии К555 Функц. назнач.Кол-во Цена Функц. назнач.

Кол-во Цена Функц. назнач.Кол-во Цена тип шт. руб. тип Шт. руб. тип шт. руб. ЛЕ8 4 3 ТМ2 2 2 ИЕ10 1 4 ЛА12 2 2 ЛА9 1 2 ЛА7 3 3 АГ3 2 4 АГ1 3 2,5 ТМ8 4 3,5 ИД3 4 3,5 ЛЕ6 1 3 ЛЕ5 2 3,5 ЛА10 3 3 ЛА10 3 3,5 ЛА10 1 2,5 ИЕ5 2 3 КТ3 2 4 Итого 16 37 Итого 12 35 Итого 11 44,5 Вероятность безотказной работы для различных вариантов равна , 2.8 для прибора 1 - P t 0,83 P t по ТЗ для прибора 2 - P t 0,87 P t по ТЗ для прибора 3 - P t 0,85 P t по ТЗ. Рассчитанные параметры приборов сводим в таблицу 2.2. Таблица 2.2. Параметры приборов Прибор 1 Прибор 2 Прибор 3 1 Тип корпуса ИС 401.14 -1 401.14 -1 201.14 -1 2 Габаритные размеры прибора, мм. 480ґ300ґ370 480ґ340ґ430 470ґ340ґ430 3 Объем корпуса прибора, см3. 9125 8545 8004 4 Число корпусов микросхем 16 12 11 5 Масса, кг. 8,6 9,4 7,3 6 Показатели надежности, ч. 24817 30250 31680 7 Типоразмер ПП 200ґ170ґ2 200ґ170ґ1,5 200ґ170ґ1,5 8 Стоимость ИС и ПП, руб. 44 40 49,5 Все сравниваемые значения выбранных параметров приводим к безразмерным величинам, по формулам 2.9 , 2.10 где - безразмерный показатель параметра - показатель i - го параметра - максимальный показатель i - го параметра.

Полученные результаты сводим в таблицу 2.3. Таблица 2.3. Нормированные параметры Объем Масса Показатели надежности Стоимость Прибор 1 0,63 1,0 0,5 0,88 Прибор 2 1,0 0,7 1,0 0,7 Прибор 3 0,61 0,87 0,22 1,0 Для всех значений параметров определяем весовые коэффициенты с учетом меры их важности предназначения.

Для экспресс - оценки наиболее эффективен и рационален метод установления весовых значений параметра экспертным путем.

Сумма всех весовых значений должна быть равна единице и каждое из них не должно существенно отличаться от другого. Весовые значения параметров определенных экспертным путем заносим в таблицу 2.4. Таблица 2.4. Нормированные значения параметров Коэффициенты весомости параметров Объем 0,2 Масса 0,2 Показатель надежности 0,3 Стоимость 0,3 Обобщенные показатели качества конструктивной проработки трех приборов рассчитываем по средневзвешенному арифметическому значению , 2.11 где е - параметрический номер от 1 до р - весовое значение характеристики - нормированное значение характеристики, е 1,2,3 - номера приборов.

Полученные данные сводим в таблицу 2.5. Таблица 2.5. Целевое назначение прибора Прибор 1 Прибор 2 Прибор 3 Источник питания для АТС 0,67 0,62 0,64 Оценки и анализ полученных показателей производим исходя из принципа Чем значение показателя Vi меньше, тем качество конструкторской проработки прибора лучше . Исходя из данного принципа оценки и данных таблицы, делаем вывод, что конструкция прибора 2 наиболее полно удовлетворяет требованиям технического задания на проектирование источника питания, по характеристикам которого проводим дальнейшую проработку конструкции прибора. 2.3. Оптимизация конструкции в соответствии с выбранным критерием качества.

Выбор оптимального варианта.Проанализировав выбранный критерий качества, можно провести оптимизацию конструкции, которая удовлетворяла бы требованиям, предъявляемым к РЭА подобного типа. Конструкция источника питания должна обеспечивать - надежность - низкую стоимость - максимальную ремонтопригодность - высокие эноргомические показатели.

Особое внимание при конструировании радиоэлектронной аппаратуры уделяется технологичности конструкции отдельных узлов, деталей и приборов в целом, так как технологичность конструкции существенно сказывается на качестве сборки, ее трудоемкости и себестоимости.

Необходимо стремится к тому, чтобы во вновь создаваемых конструкциях в максимальной степени использовались стандартные и нормализованные детали, а также детали и узлы из ранее спроектированных конструкций, с целью сокращения затрат на разработку и освоение. Выполнить это условие можно путем применения метода функционально-узлового конструирования.Прибор размещаем в корпусе. В качестве механической конструкции можно использовать каркас, на который будут крепиться печатные платы, передняя и задняя панели, детали корпуса.

Как уже отмечалось при конструировании источника питания, применяем функционально-узловой метод.Его сущность заключается в том, что часть схемы, способная выполнять частичную задачу, объединяется в конструктивно и технологически законченные узлы. Основными достоинствами этого метода является - возможность одновременной разработки, изготовления и наладки узлов - повышение надежности за счет наличия резервных узлов например, из ЗИПа , которыми заменяются узлы, подлежащие ремонту - повышение ремонтопригодности РЭА в эксплутационных условиях - возможность изменения прогрессивной технологии.

При функционально-узловом методе значительно упрощается сборка и монтаж как всей РЭА, так и отдельных ее частей снижается квалификация сборщиков в процессе сборки не требуются рабочие высокой квалификации , обеспечивается технологичность и экономичность РЭА при любом объеме ее выпуска.С учетом изложенного выше, схема источника питания разбита на следующие функциональные узлы - плату управления - плату опознавания режима стабилизации - плату защиты.

Функциональные узлы выполнены на печатных платах размером 170ґ200 мм из фольгированного стеклотекстолита, толщиной 1,5 мм ГОСТ 10316-72. Соединение узлов между собой и элементами передней панели осуществляется посредством проводов.Компоновка панели управления панель передняя имеет целью достичь внешней выразительности аппарата и разделить элементы управления по функциональному назначению.

При компоновке передней панели необходимо использовать метод относительной симметрии, когда все элементы, выносимые на переднюю панель, располагаются симметрично относительно друг друга.При конструировании и его компоновке должны быть учтены требования оптимальных функциональных связей между модулями и их стабильность и устойчивость, требования прочности жесткости, помехозащищенности и нормального теплового режима, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуатации и ремонта.

Проектируемый прибор относится к стационарной РЭА, поэтому необходимо стремится к тому, чтобы конструкция источника питания была удобной при эксплуатации и хранении. С этой целью целесообразно использовать не унифицированный каркас блока, а собрать его из отдельных частей. Отдельные детали каркаса соединяются при помощи сварных соединений.Для обеспечения надлежащей жесткости конструкции, каркас необходимо изготовить из стали, толщиной не менее 1,0 мм. Большая толщина стенок неизбежно приведет к увеличению массы, а меньшая к необратимым деформациям при случайном падении источника питания.

Такой метод сбора каркаса исключит наличие дополнительных крепежных элементов, которые используются в унифицированных блоках. 2.4. Детально-конструктивная проработка оптимального варианта. 2.4.1. Конструктивная проработка печатной платы. Источник питания для АТС конструктивно представляет собой законченный прибор.Одним из функциональных узлов данного прибора является плата опознавания режима стабилизации.

Конструктивно плата опознавания режима стабилизации выполнена в виде одной, двухсторонней печатной платы ПП . Одной из трудоемких операций в проектировании печатных плат, является топологическое конструирование. Топологическое конструирование ПП, включает размещение РЭ на рабочей площади ПП и трассировку соединений между контактными площадками, включая разработку рисунка печатной платы.Процесс топологического конструирования слагается из размещения и трассировки.

При размещении расставляются навесные элементы на плате, распределяются контакты соединителей по электрической схеме и размещают контрольные гнезда. При трассировке прокладывают линии соединений проводники между контактными площадками в соответствии со схемой электрической принципиальной с учетом геометрических и электрических ограничений.Геометрические ограничения обусловлены технологией изготовления ПП. Параметры геометрических ограничений при комбинированном методе следующее 1. Ширина проводника в свободных местах больше или равна 0,75 мм, в узких - не менее 0,25 мм. 2. Расстояние между двумя проводниками, контактными площадками в свободных местах больше или равно 0,6 мм, в узких - не менее 0,25 мм. Элементы распределяются на плате таким образом, чтобы массы по поверхности ПП была распределена по возможности равномерно.

Установка радиоэлементов производится согласно ОСТ 4.ГО.016.630-81. В разрабатываемом проекте топологические работы по изготовлению ПП проведены с помощью системы автоматизированного проектирования, заключающейся в разработке полной конструкторской документации на плату управления, машинным методом, в системе PCAD. Основные достоинства данной системы и порядок разработки КД следующие 1. В ЭВМ вводят исходные данные со схемы электрической принципиальной, а именно - создают базу данных - резисторы, микросхемы, конденсаторы, разъем - рисуют схему, т.е. вызывают каждую микросхему, дают ей номер по схеме и соединяют. 2. По количеству элементов, их установочным размерам, ширине проводников, необходимым зазорам между проводниками, определяют геометрические размеры платы.

Обязательно оставляют резервное место для отработки схемы установки новых элементов . Определяют места на ПП которые не должны быть заняты элементами или проводящим рисунком места крепления. 3. Создают базу элементов, которые будут установлены на ПП. Их размеры диаметр, установочные размеры, диаметр установочных отверстий, радиус гибки, расстояние от корпуса . База создается в соответствии с ОСТ4.ГО.010.030-81, если элемента нет в ОСТе то все размеры берут по ТУ на данный элемент. 4. Создают файл соответствия, в котором каждому элементу на схеме соответствует свой элемент на печатной плате. 5. Размещают элементы на печатной плате.

Программу запускают на трассировку.

В зависимости от сложности схемы и размеров ПП, цепи могут быть разведены полностью или при сложной схеме или при ограниченном размере ПП, разводка составляет 90-95 , остальное доводят в ручную. 6. В конце получаем файл, на основании которого получаем следующие данные - файл для вычерчивания чертежей сборочный чертеж платы, трассировку первой и второй стороны ПП - файл для изготовления фотошаблона ПП - файл для сверления отверстий в ПП на станках с ЧПУ. Чертежи, получаемые машинным методом, пропускают через КСЕРОКС и получают готовые подлинники на кальке, не используя труд копировщиц.

Таким образом, система PCAD, позволяет значительно сократить время от начала разработки ПП до ее полного изготовления в производстве.

Печатная плата опознавания режима стабилизации изготовлена подобным образом. 2.4.2. Конструктивная проработка источника питания Конструктивно источник питания выполнен в виде прямоугольного блока состоящего из следующих основных деталей и сборочных единиц Шасси источника питания представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух боковых рамок, выполненных штампованным способом из алюминия алюминиевого сплава Амг2 . Кожух источника закрывает прибор сверху и с боков.

Он выполнен из алюминиевого сплава Амг2 толщиной 2 мм. На верхней части кожуха верхнего блока имеется перфорация, предназначенная для наилучшего охлаждения нагревающихся частей источника питания. Основание также выполнено из алюминиевого сплава Амг2 толщиной 2 мм, и является основным несущим элементом источника питания, к которому винтами крепится каркас, что придает последнему дополнительную прочность.Передняя панель выполнена из алюминиевого сплава Амг2 и служит для расположения органов управления.

Толщина передней панели 2,5 мм. Панель крепится к шасси с помощью шести винтов М4-6gґ12.58.026. ГОСТ 17473-80. Печатные платы скреплены между собой с помощью изолированной пластмассовой рамки с глубокими пазами. Рамка изготовлена из пластмассы с помощью литья и прочно охватывает печатные платы, удерживая их при любом ударе в строго вертикальном положении.На передней панели установлены тумблер включения сети, амперметр, вольтметр, индикаторы включения сети, срабатывания защиты по току, индикатор 24В, кнопка сброса защиты, переключатель включения 24В, переменные сопротивления регулировки тока защиты и установки напряжения.

Кожух источника питания крепятся с помощью винтов М3ґ20, через стойки шасси.Кронштейны и держатели выполнены из листового алюминиевого сплава Амг6 ГОСТ21631-76, толщиной 2 мм и крепятся с помощью винтов М3-6g. Отвернув винты основания к кожуху, имеем возможность, получить доступ ко всем составным узлам источника питания, что обеспечивает достаточную ремонтопригодность источника питания.

Ремонтопригодность, есть свойство приспособленности изделия к обнаружению, устранению и предупреждению отказов и к выполнении ремонтов в течении заданного времени, при полном обеспечении ремонтными средствами и запасными частями.Уровень ремонтопригодности на стадии проектирования рассматривается при проектировании прибора при компоновке с точки зрения основного принципа - взаимозаменяемости и доступности к функциональным узлам.

Исходя из компоновки разрабатываемого источника питания, можно сделать вывод, что доступность к функциональным узлам источника питания, так как все функциональные узлы свободно выдвигаются из корпуса, что делает их хорошо доступными для осмотра и ремонта.Внутренний электромонтаж разрабатываемого источника питания выполнен объемным способом, с применением провода марки МГШВ-0,12 ТУ16-505-473-82, который имеет интервал рабочих температур от -40 до 70 С. изоляция провода эластична, малогорюча и обеспечивает высокую стойкость к воздействию влаги.

Объемный электромонтаж применяется в межблочных и межузловых соединениях. Такой монтаж выполняют в соответствии с монтажной схемой по всему объему, в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.Близко расположенные провода при укладке объединяют в один жгут. Прокладка проводов в жгут значительно упрощает выполнение электрического монтажа пооперационно вязка жгута, разделка концов провода, крепление жгута и пайка его жил к соединительным разъемам, блокам, узлам.

В разрабатываемом источнике питания, жгут вяжем нитками 9Кр ПТУ17 РСФР 62-2710-80, жгут крепим с помощью скоб к каркасу прибора. Под каждой скобой устанавливаем прокладку из электрокартона в целях предохранения проводников от обрыва и порчи изоляции при ударах и вибрации.Качество внешнего оформления источника питания зависит от того, насколько удачны средства обеспечения технических требований, сочетаются со средствами обеспечения технической эстетики.

Цветовая окраска источника питания и его лицевой панели описана в разделе - Выбор покрытия . Для контроля параметров разрабатываемого источника питания приемлема автономная система контроля, которая компонуется из отдельных приборов.В комплект контрольно-измерительной аппаратуры должны входить осциллограф, электронный вольтметр. В качестве контрольных точек на входе и выходе функциональных узлов допустимо использовать выводы печатных плат, в местах соединения их проводниками, с соответствующей маркировкой.

Проведенная детально-конструктивная проработка оптимального варианта конструкции источника питания показала, что разрабатываемый в проекте прибор, в целом отвечает требованиям технического задания по компоновке, законченности функциональных узлов, примененных в конструкции элементам и материалам, требованиям технической эстетики, ремонтопригодности, технологичности и безопасности. 2.5. Выбор материалов, элементов и покрытий. 2.5.1. Выбор элементов.

Правильно сделанный выбор элементов во многом определяет надежность блока, технологичность его конструкции, и в конечном счете, экономичность разрабатываемой конструкции в целом. Выбор элементов производится с учетом - соответствия номиналов элементов указанным в схеме электрической принципиальной значениям - наличия данных элементов на производстве - технических требований предъявляемых к разрабатываемой конструкции - экономической целесообразности.Произведем выбор электрорадиоэлементов проектируемого прибора.

Исходя из сказанного выше, в качестве постоянных резисторов выберем металлодиэлектрические резисторы типа МЛТ. Основным критерием их выбора является их низкая стоимость, распространенность, высокая стабильность, малая зависимость сопротивления от напряжения и частоты, низкая паразитная емкость и индуктивность, малые габариты.В качестве электролитических конденсаторов оксидноаллюминиевые К50-35, т.к. обладая малыми габаритами, обеспечивают требуемые параметры, предназначены для печатного монтажа.

Остальные конденсаторы - по перечню элементов. Микросхемы серии К564, эта серия является современной, распространенной, имеет малые габариты, приемлемые параметры и стоимость. В приборе имеются переключатели с помощью которых задаются различные режимы работы прибора. В качестве переключателей выбираем П2К, которые имеют достоинства возможность установки их на печатной плате, они надежны и удобны в эксплуатации.В качестве разъемов выбираем разъемы для установки их на печатной плате СНП 34С-135 132ґ9,4Р-22-В . 2.5.2. Выбор материалов Выбор материалов конструкции определяется, прежде всего, технико-экономическими требованиями.

Материалы, используемые в качестве основания печатных плат, должны обладать рядом свойств достаточной прочностью, высокими изоляционными свойствами, низким водопоглащением.Кроме того, материал оснований печатных плат должен быть таким, чтобы при механической обработке сверлении, штамповке, распилке не образовались трещины, расщепления и неблагоприятные явления, влияющие на эксплуатационные свойства, а также на электрические параметры плат. Материал платы должен обеспечивать хорошую сцепляемость с токопроводящими покрытиями, иметь минимальное коробление в процессе эксплуатации и производства.

В настоящее время для производства узлов с печатным монтажом, широкое применение находят фольгированные диэлектрики фольгированный гетинакс и фольгированный текстолит. Исходя из сказанного, а также из условий эксплуатации, в качестве материала для изготовления печатных плат применяем фольгированный стеклотекстолит СФН-2-35-1,5, который обладает высокой механической прочностью, химической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами и низким влагопоглощением.

По своей природе слоистые материалы чувствительны к проникновению влаги.Для устранения этого нежелательного явления и для придания узлам большей механической прочности, платы после монтажа покрываются защитным лаком.

Каркас, применяемый в приборе, изготовлен из дюралюминия. 2.5.3. Выбор покрытия Выбор защитного покрытия производится с учетом функционального назначения детали или узла , материала, способа изготовления, продолжительности и характера действия окружающей среды. Детали предназначенные для использования внутри блоков, должны защищаться металлическими покрытиями, окисными, пассивными пленками.Детали из сплавов Д16, расположенные внутри корпуса, защищаем аннодированием, вид покрытия - окисное, обозначение Ам.Окс.хр. Поверхности деталей, непосредственно соприкасающих с внешней окружающей средой, защищаются лакокрасочными покрытиями с предварительным анодированием.

Лакокрасочные покрытия характеризуются удобством их нанесения, малой стоимостью и приемлемой долговечностью. Корпус блока также подвергается анодированию.Затем наносится грунт ФЛ-03-К. толщина грунта должна быть не менее 40 мкм. Для выравнивания загрунтованной поверхности допускается шпаклевание пастообразной массой, максимальная толщина шпаклевки 0,4 мм. Большое значение, с точки зрения эстетики, имеет цвет покрытия.

Для покрытия прибора используем стойкие , малонасыщенные тона. Цвет передней панели должен быть светлее корпуса.Для передней панели используем серо-голубую нитроэмаль марки НЦ-25 МРТУ10-105-67. Для корпуса источника питания используем черную эмаль марки МЛ-165. ГОСТ 12034-66. Заполнение гравировок надписей - эмаль ХВ-16 черный МРТУ 10-705-67. 4. 5. Расчет теплового режима.

Подавляющее большинство РЭА лишь небольшую потребляемой от источников питания энергии выдают в виде полезной энергии сигналов, остальная часть преобразуется в тепловую энергию и передается в окружающую среду. Общий температурный фон устройства будет определятся удельной мощностью тепловыделения и плотностью теплового потока, проходящего сквозь кожух корпуса устройства.Точный анализ температурного состояния РЭА связан с большими трудностями, которые объясняются сложностью конструкции происходящих в ней процессов, поэтому при изучении теплового режима РЭА применяют приближенное физико-математическое исследование и расчет теплоотвода в РЭА носит оценочный характер, необходимый для установления исходных параметров конструкции.

По соображениям экономичности, прежде всего, необходимо стремится к естественному охлаждению, принимая конструктивные меры к интенсификации передачи тепла в окружающее пространство или на другие части конструкции.Естественное воздушное охлаждение возможно только при атмосферном давлении окружающего воздуха не ниже 53-60 кПа и при относительно невысокой температуре.

Естественное воздушное охлаждение в герметичных блоках позволяет отводить тепло при плотностях теплового потока до 0,05 Вт см2, при перегрев внутри блока не превышает 30 С. такой перегрев допустим для аппаратуры, работающей в условиях близких к нормальным.Целью расчета является определение температуры нагретой зоны и среды вблизи поверхности радиоэлементов, необходимых для расчета надежности блока.

Расчет температуры производится для критического элемента, т.е. элемента, максимально допустимая температура, которого имеет наименьшее значение среди всех элементов, входящих в состав устройства.Исходя из перечня элементов прибора определяем, что максимально допустимая рабочая температура большинства радиоэлементов не ниже 85 С конденсаторы, резисторы, диоды, транзисторы . Самой низкой рабочей температурой обладает микросхема серии 564, которая составляет 70 С, поэтому расчет будем вести относительно микросхем указанной выше серии. Расчет теплового режима проведем по методике, изложенной в 6 , согласно которой он проводится в три этапа 1. Определение температуры корпуса. 2. Определение сренеповерхностной температуры нагретой зоны. 3. Определение температуры поверхности элемента.

Этап 1. Определение температуры корпуса. 1. Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса блока , 3.1 где Р0 - мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты Р0 85Вт Sк - площадь внешней поверхности корпуса блока м2 3.2 где L1 ,L2 , L3 - длина, ширина и высота корпуса соответственно м . м2. вт м2. Полученный результат не превышает 103 Вт м2, поэтому принимаем естественное воздушное охлаждение.

Компоновка прибора предусматривает это. Печатные платы расположены вертикально, имеется перфорация корпуса. 2. По графику приведенному на рис 4.10 6 , задаемся перегревом температуры корпуса прибора в первом приближении Dtк 16 С. 3. Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней aпв, боковой aпб и нижней aпн поверхностей корпуса прибора , 3.3 где ei - степень черноты i - поверхности корпуса, определяется в зависимости от материала по таблице 4,9 6 . eн eв eб 0,25 для алюминия 4. Для определяемой температуры tm t0 Dtk 25 16 41 C , рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса , 3.4 где Lопр.i - определяющий размер i-ой поверхности bm - коэффициент объемного расширения для газов bm tm 273 -1 q - ускорение свободного падения 9,8 м с2 Vm - кинетическая вязкость газов, определяется из таблицы 4.10 6 для определяющей температуры tm Vm 1,6Ч105 м2 с 5. Определяем число Прандтля Pr, которое определяется из таблицы 4.10 6 , для определяющей температуры Pr 0,701. 6. Определяем режим движения газа обтекающего каждую поверхность корпуса 3.5 . 3.6 Из полученных результатов в соответствии с данными 6 , делаем заключение, что для прибора имеет место ламинарный режим движения воздуха. 7. Рассчитываем коэффициент теплообмена конвенцией для каждой поверхности корпуса прибора aki Для данного режима , 3.7 где lm - теплопроводность воздуха определяется по таблице 4.10 6 для определяющей температуры tm. lm 2,68Ч10-2 Вт мк , Ni - коэффициент учитывающий ориентацию поверхностей корпуса 0,7 - для нижней поверхности, 1- для боковой, 1,3 - для верхней поверхности . 8. Определим тепловую проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой sк , 3.8 где Sн, Sб, Sв - площади нижней, боковой и верхней поверхностей соответственно.

Sн Sв L1L2 0,48Ч0,28 0,1344 3.9 Sб 2L3 L1 L2 2Ч0,3 0,48 0,28 0,456 3.10 sк 2,64 2,3 Ч0,1344 3,7 2,3 Ч0,456 2,64 2,3 Ч0,1344 0,572 9. Рассчитаем перегрев корпуса во втором приближении D tко 3.11 где kнi - коэффициент, учитывающий атмосферное давление kн1 1 kкп - коэффициент, зависящий от коэффициента перфорации kп, определяется по графику 4.11 3.12 где Sп - площадь перфорации отверстий Sп 20Ч10-3 м2. kп 0,086 , kкп 0,94 . 10. Определяем ошибку расчета 11. Рассчитываем температуру корпуса, С 3.13 Этап 2. Определение среднеповерхстной температуры нагретой зоны. 1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны q3 3.14 где l1, l2, l3 - длина, ширина и высота нагретой зоны. 2. Из графика 6 находим в первом приближении перегрев нагретой зоны относительно окружающей среды Dt3 8. 3. Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижней aэлн, верхней aэлв и боковыми aэлб поверхностями нагретой зоны и корпуса 3.15 где emi - приведенная степень черноты i-ой поверхности нагретой зоны и корпуса , 3.16 где eзi и Sзi - приведенная степень черноты i-ой поверхности нагретой зоны 4. Для определяющей температуры tm tк t0 Dtз 2 38,96 25 8 2 35,48 и определяющего размера i-ой поверхности находим числа Грасгофа и Грандтля Pr 0,701 5. Рассчитываем коэффициенты конвенционного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности.

Для нижней поверхности 3.17 Для верхней поверхности Gr 2,906Ч106, поэтому aз.к.в определяем по формуле 3.18 Для боковой поверхности GrбPr 3,415Ч106Ч0,701 2,394Ч106 , aз.к.б определяется по формуле 3.19 6. Определяем теплопроводность между нагретой зоной и корпусом 3.20 7. Рассчитываем нагрев нагретой зоны во втором приближении 3.21 8. Определяем ошибку расчета 3.22 Так как погрешность нагретой зоны составляет менее 0,1, то расчет выполнен правильно, поэтому после определения температуры нагретой зоны tз t0 Dtз0 8,32 можно перейти к расчету поверхности элементов.

Этап 3. Расчет температуры поверхности элемента 1. Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности.

Т.к. теплопроводные шины отсутствуют, то , где ln - теплопроводность материала основания печатной платы, для стеклотекстолита ln 0,3. 2. Определяем эквивалентный радиус микросхемы м . 3.23 где Sосн -площадь основания микросхемы.

По ГОСТ 17467-79 корпус микросхемы имеет размеры 19,2ґ7,3ґ5 мм, тогда Sосн 1,4Ч10-4 м2. 3. Определим площадь поверхности микросхемы Sис 0,0192Ч0,0073Ч2 0,0073Ч0,005Ч2 0,0192Ч0,005Ч2 5,45Ч10-4 м2. 4. Рассчитаем коэффициент распределения теплового потока , 3.24 где a1, a2 -коэффициенты естественного теплообмена с 1-ой и 2-ой сторонами печатной платы. Для естественного теплообмена a1 a2 17 Вт м2К dп - толщина печатной платы 1,5 мм 5. Определим перегрев корпуса микросхемы 3.25 где В и М - условные коэффициенты, введены для упрощения формы записи, при одностороннем расположении микросхем В 8,5pR2 , М 2 К - эмпирический коэффициент, для корпусов, центр которых отстоит от торца платы на расстоянии менее 3R - К 1,44 dз - зазор между печатной платой и микросхемой dз 0,001 м lз - коэффициент теплопроводности материала заполняющего зазор для воздуха lз 2,68Ч10-2 Вт мК Qис - мощность, рассеиваемая микросхемой Ка - коэффициент теплоотдачи от корпуса микросхемы, определяется по графику 6 Ка 40 Вт м2К Dtв - среднеобъемный перегрев воздуха в блоке С 3.26 5. Определим температуру корпуса микросхемы С 3.27 При расчете теплового режима прибора получили, что корпус микросхемы имеет температуру 34,2 С. Это значение меньше предельно допустимой 75 С температуры корпуса, следовательно, обеспечивается нормальный тепловой режим при естественном охлаждении.

Принудительной вентиляции не требуется. 6. 7. Расчет надежности.

Анализ безотказности прибора.

Отказы конструкции, которые характеризуют безотказность, долговечность и сохраняемость, имеют общий физико-химический механизм. Рассмотрим безотказность прибора с точки зрения физического износа.

Физический износ - износ материальной части изделия до такого состояния, при котором дальнейшая эксплуатация его не возможна, а восстановление изношенных частей экономически не целесообразно.

Физический износ наступает вследствие потери размеров деталей, обгорания контактов, естественного старения материалов.

Для РЭА особо характерными формами материального износа являются изменение физических и химических параметров электрорадиоэлементов.

Рассматривая разрабатываемый источник питания с этих точек зрения необходимо отметить, что применяемые в конструкции источника питания электрорадиоэлементы, материалы, покрытия и технологии их изготовления обеспечивают сохраняемость прибора во все время его эксплуатации, а значит и безотказность.

Рассмотрим безотказность прибора с точки зрения разновидностей отказов. Отказы отличаются друг от друга моментом возникновения в течение срока службы прибора отказы внезапные, износовые и приработочные.Внезапные отказы имеют случайный характер и составляют две трети всех отказов, наблюдаемых при эксплуатации длительно используемой РЭА. Износовые отказы проявляются к концу службы прибора.

С приближением конца срока, т.е. предельного состояния, число износовых отказов резко возрастает.Приработочные отказы имеют максимум непосредственно после изготовления изделия и играют в это время главную роль. Поэтому, необходимо, чтобы период с максимумом приработочных отказов приходился на время когда изделие еще не передано потребителю, т.е. эксплуатация еще не началась.

С этой целью вводят в технологический процесс изготовления прибора период прогона, имитирующий начальную фазу эксплуатации, что позволяет устранить приработочные отказы еще до начала эксплуатации прибора у потребителя.В период проведения опытно-конструкторских работ по проектированию прибора и изготовлению опытного образца во всех случаях проводят лабораторно-стендовые испытания с имитацией воздействующих факторов заложенных в технические условия на данный прибор.

Целью проведения лабораторно-стендовых испытаний является выявление возможных отказов и выработка рекомендаций по их устранению. Важнейшим показателем качества конструкции является надежность.С учетом того, что разрабатываемая конструкция является прибором эксплуатируемым в помещении АТС, где неблагоприятные воздействия окружающей среды не оказывают на него вредное влияние, то требования к надежности упрощаются, так как прибор предусматривает эксплуатацию в нормальных условиях.

В процессе эксплуатации электронного узла на его элементы воздействуют как внутренние, так и внешние факторы. Все это в совокупности с естественным старением приводит к тому, что изменяются механические и электрические параметры материалов. В конечном итоге, указанные факторы могут приводить к отказу РЭА. При разработке РЭА, еще на стадии проектирования закладывается вполне определенный уровень надежности устройства.Правильность выбора комплектующих, из которых строится РЭА, имеет принципиальное значение для обеспечения ее надежности.

Прогресс в развитии РЭА обеспечивается прогрессом в развитии элементной базы. Основой элементной базой современной РЭА являются микросхемы, благодаря своей высокой надежности. Основной характеристикой надежности объекта системы, устройства является вероятность Р t его безотказной работы в течение времени t .для определения Р t удобно использовать понятие интенсивности отказов l t , т.е. число отказов в единицу времени.Анализ принципиальной и структурной схемы прибора показывает, что прибор является не резервируемой аппаратурой, при этом подразумевается, что все элементы в схеме включены последовательно. Вероятность безотказной работы такой системы в течении заданного времени определяется по формуле , 4.1 где li - интенсивность отказов элементов с учетом условий эксплуатации 1 ч tp - заданное время работы ч n - количество отказов , 4.2 где l0i - номинальная интенсивность отказов к1 - коэффициент зависимости от ударных нагрузок к2 - коэффициент зависимости от воздействия вибрации к3 - коэффициент, зависящий от атмосферного давления к4 - коэффициент, зависящий от влажности и температуры Так как прибор эксплуатируется в лабораторных условиях, то коэффициенты к1 к2 к3 к4 1. На основании схемы электрической и справочных данных были определены номинальные интенсивности отказов элементов схемы и коэффициенты нагрузки ai T,kn . Полученные данные сведены в таблицу Для расчета надежности источника питания, сводим в таблицу интенсивности отказов элементов.

Интенсивность отказов элементов.

Таблица 4.1. Элементы l0iЧ106 kn ai N liЧ10-6 liNЧ10-6 Резисторы постоянные Резисторы подстроечные Конденсаторы керамические Конденсаторы электролитические Диоды Транзисторы кремниевые до 150 мВт Микросхемы Переключатели Кнопка сетевая Трансформатор Плата печатная Пайка печатная Пайка навесная Предохранитель Индикатор Разъем Провод соединительный Кабель сетевой 0,03 0,03 0,15 0,035 0,2 0,84 0,013 0,28 0,28 0,025 0,7 0,01 0,03 0,5 0,08 0,12 0,015 0.475 0,5 0,5 0,5 0,5 0,2 0,2 0,7 - 0,7 - 0,6 0,6 0,15 0.15 0,5 0,4 0,9 - 1 - 200 19 14 48 27 26 30 7 1 1 4 724 84 1 16 1 18 1 0,18 0,018 0,0225 0,0052 0,1 0,062 0,0117 0,28 0,28 0,175 0,7 0,01 0,03 0,05 0,056 0,12 0,015 0,475 3,6 3,42 0,315 0,2496 2,7 1,56 0,351 1,96 0,28 0,175 2,8 7,24 2,6 0,05 0.87 0,12 0,27 0,475 20,3745 На графике рис.4.1. приведена зависимость вероятности безотказной работы прибора для различного времени наработки в интервале 0ё10000 часов.

Среднее время наработки на отказ исходя из суммарной интенсивности отказов ч. 4.3 Вывод расчет надежности прибора показал, что при заданной наработке 5000 часов вероятность безотказной работы прибора Р 5000 0,892, что удовлетворяет требованиям технического задания Р 5000 ТУ і 0,85. Рис.4.1. График вероятности безотказной работы. 8. 9. Разработка структурной схемы специализированного источника питания.

Так как источник питания малошумящий и должен обеспечивать требования ТЗ по первой составляющей на выходе, то невозможно применение импульсных стабилизаторов. При наличии первого линейного стабилизатора мощность на проходных транзисторах составит 510 Вт в худшем случае.

Поэтому необходимо введение еще одного стабилизатора, поддерживающего напряжение на проходных транзисторах минимально возможным.

Исходя из этого, применяется дополнительный тиристорный стабилизатор.При разработке структурной схемы опираемся на то, что, на выходе должны получить напряжение от 15 до 35. В и мощность 250 Вт при питании 220 В частотой 50Гц. Для фильтрации пульсаций напряжения применяем LC фильтры.

В ТЗ предусмотрена защита по току. Для этого ставим на выходе датчик тока и подаем полученное значение тока на элемент преобразования тока в напряжение. Это напряжение подаем на систему развязки по обратным связям.Если на выходе мы получим не ноль, то усилитель ошибки усиливает и подает полученное напряжение снова на эту цепь, пока после развязки напряжение не будет равно нулю. С датчика тока через преобразователь тока в напряжение, где идет сравнение полученного напряжения и опорного напряжения подается на опознаватель режима стабилизации тока, где узнается больше ли значение выпрямленного тока, чем нужно.

С опознавателя режима стабилизации тока подается напряжение на формирователь образцовой длительности, где получаем сигнал с нужной нам длительностью.Далее сигнал образцовой длительности сравнивается с длительностью полученного сигнала в формирователе выключения по длительности, и если значение полученного тока выше номинального, то формирователь выключения подает команду на отключение блока.

Далее необходимо сделать, чтобы на проходных транзисторах была как можно меньше потеря мощности. Для этого мы снимаем значение падения напряжения на проходных транзисторах и через компаратор сравниваем его с опорным напряжением.Если значение падения напряжения находится в интервале 2 - 4 В, то анализатор состояния не дает импульсы на счетчик, который в свою очередь не меняет состояние.

Если значение напряжения выходит за пределы интервала 2 - 4 В, то анализатор состояния по одному каналу подает импульсы на счетный вход двоичного счетчика, а по другому информацию складывать количество импульсов или вычитать.Двоично-десятичный дешифратор выбирает рабочую пару тиристоров, на которую разрешается прохождение гальванических развязанных импульсов управления частотой 100 Гц. 10. 11. Технологическая часть 6.1 Выбор и обоснование технологического процесса изготовления печатной платы Существуют разнообразные методы изготовления печатных плат, отличающиеся друг от друга способом создания проводящего покрытия.

Получившие наибольшее применение в промышленности методы изготовления печатных плат могут быть объединены по технологическим признакам в три основные группы. Первая группа - получение печатных проводников осаждением электролитической меди на изоляционное основание.Для этого используют следующие методы фотоэлектрохимический, офсетноэлектрохимический, сеточноэлектохимический, прессоэлектрохимический.

Вторая группа - получение печатных проводников травлением фольгированного изоляционного материала. Для этого используют следующие методы фотохимический, офсетнохимический, сеточнохимический.Третья группа - комбинированные методы изготовления печатных плат. Для изготовления двухсторонних печатных плат применяют комбинированные методы, в которых печатные проводники получают путем химического травления фольги, а межслойные электрические соединяются путем металлизации монтажных отверстий.

Существуют две разновидности комбинированного метода 1. Негативный вариант. 2. Позитивный вариант. В негативном варианте печатные проводники получают с негатива их изображения.Однако позитивный вариант обеспечивает следующие преимущества. При позитивном варианте комбинированного метода в отличии основные операции проводят до химического травления фольги, что обеспечивает следующие преимущества этого метода предотвращается срыв печатных проводников и контактных площадок при сверлении монтажных отверстий, т.к. сверление проводится до формирования проводников в фольге заготовки для гальванической металлизации отверстий не требуется контактного приспособления во время металлизации отверстия значительно сокращается вредное воздействие сильных химических реаген.