.

Блок контролю та управління пристрою безперебійного живлення ПБЖ-12

Язык: украинский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
0 15201
Скачать документ

ТІ СНУ
Факультет КІ Кафедра ЕА
Спеціальність 7.091.003 “Електрона побутова апаратура”
ЗАВДАННЯ
на дипломний проект студента
Данілейченко Катерини В’ячеславівни
1. Тема проекту (роботи). Блок контролю та управління пристрою безперебійного живлення ПБЖ-12.
2. Термін здачі студентом закінченого проекту (роботи) 20.06.2010
3. Вихідні дані до проекту. Схема електрична принципова; перелік елементів; технічне завдання на розробку; кліматичні умови експлуатації блоку (температура повітря від +5 до +60оС, вологість повітря до 95%, атмосферний тиск від 84 до 107кПа); габаритні розміри друкованої плати 280х82,5; напруга живлення 15 В; надійність після 10 тис. годин роботи – не менше 0,9.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що підлягають розбору)
1. Аналіз технічного завдання;
2. Розробка конструкції блока;
3. Розробка технології виготовлення;
4. Автоматизоване проектування блоку.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень).
Схема електрична принципова (формат А3); креслення друкованої плати (формат А1); складальне креслення (формат А1); технологічний процес виготовлення блоку (плакат, формат А1); структурна схема пристрою безперебійного живлення (формат А3).
6. Дата видачі завдання 20.04.2010 р.

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка: __стр., 37 рис., 45 табл., 2 додатки.
Об’єктом розробки є блок контролю та управління пристрою безперервного живлення, із заданою вихідною напругою, електричною схемою принциповою, діапазоном робочих температур та тиском.
Мета роботи – розробити конструкцію та технологію виготовлення виробу на підставі схеми електричної принципової та згідно з технічним завданням.
У процесі роботи були виконані аналіз вимог технічного завдання, електричної схеми, елементної бази, конструкторсько-технологічних аналогів, розроблені додаткові технічні вимоги до конструкції виробу, виконані конструкторські розрахунки друкованого монтажу та розрахунки надійності й теплового режиму блоку, вибрано та розроблено технологія виготовлення, виконане автоматизоване проектування блоку, отримана конструкторська документація у відповідності до завдання.
ПРИСТРІЙ, БЕЗПЕРЕБІЙНЕ ЖИВЛЕННЯ, БЛОК, ЕЛЕМЕНТНА БАЗА, СТРУМ, ТРАСУВАННЯ, НАДІЙНІСТЬ, ДРУКОВАНА ПЛАТА, АВТОМАТИЗАЦІЯ, ТЕХНОЛОГІЯ

ЗМІСТ

РЕФЕРАТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ
ВВЕДЕННЯ
1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
1.1 АНАЛІЗ ПРИЗНАЧЕННЯ
1.2 АНАЛІЗ ЕЛЕКТРИЧНОЇ СХЕМИ ТА ПРИНЦИПУ РОБОТИ ПРИСТРОЮ
1.3 АНАЛІЗ УМОВ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
1.4 АНАЛІЗ ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ
1.5 АНАЛІЗ ПОРІВНЯННИХ КОНСТРУКЦІЙ
1.6 ТЕХНІЧНІ ВИМОГИ НА РОЗРОБЛЕННЯ
1.7 АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ
2. РОЗРОБКА ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ
2.1 ВИБІР ТИПУ ТА РОЗМІРІВ ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ
2.2 КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ
2.3 ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ ТРАСУВАННЯ ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ
2.4 РОЗРАХУНОК ПО ПОСТІЙНОМУ СТРУМУ
2.5 РОЗРАХУНОК ПО ЗМІННОМУ СТРУМУ
2.6 ПЕРЕВІРОЧНИЙ РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОГО РЕЖИМУ
2.7 РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ БЛОКУ
3. РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ БЛОКУ
3.1 СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ БЛОКУ
3.2 ВИБІР МЕТОДУ ВИГОТОВЛЕННЯ ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ
3.2.1 ПІДГОТОВЧІ ОПЕРАЦІЇ
3.2.2 МЕТОД ОТРИМАННЯ ПРОВІДНОГО МАЛЮНКА
3.3 ПОВЕРХНЕВИЙ МОНТАЖ
3.3.1 НАНЕСЕННЯ ПАЯЛЬНОЇ ПАСТИ
3.3.2 УСТАНОВКА SMD КОМПОНЕНТІВ
3.3.3 ОПЛАВЛЕННЯ ПАЯЛЬНОЇ ПАСТИ
3.4 УСТАНОВКА НАВІСНИХ ЕЛЕМЕНТІВ
3.4.1 ПІДГОТОВКА НАВІСНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ДО МОНТАЖУ
3.4.2 НАПІВАВТОМАТИЧНА УСТАНОВКА НАВІСНИХ ЕЛЕМЕНТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ СВІТЛОМОНТАЖНОГО СТОЛУ
3.5 ПАЙКА КОНТАКТНИХ З’ЄДНАНЬ. ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ КОНТРОЛЬ І ПОКРИТТЯ ЛАКОМ
3.6. АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЧНОСТІ ВИРОБУ
4. АВТОМАТИЗАЦІЯ ПРОЕКТУВАННЯ
4.1 МЕТОДИКА АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ БЛОКІВ ЕЛЕМЕНТІВ
4.1.1 СТРУКТУРА И ФУНКЦІЇ САПР PCAD+IMPULS
4.1.2 КОНФІГУРАЦІЯ САПР PCAD+IMPULS
4.1.3ОСНОВНІ ЕТАПИ ПРОЕКТУВАННЯ БЛОКІВ ЕЛЕМЕНТІВ
4.1.4 ТЕХНІЧНІ ЗАСОБИ САПР КОЛЕКТИВНОГО ВИКОРИСТАННЯ
4.2 ГРАФІЧНЕ ВВЕДЕННЯ ОПИСУ СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ
ВИСНОВОК
ЛІТЕРАТУРА
ДОДАТОК А
ДОДАТОК Б

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ

ДП – друкована плата;
БКУ – блок контролю та управління;
ПБЖ – пристрій безперервного живлення;
БСл – силовий блок;
БІд – блок індикації;
ЕРЕ – електрорадіо елементи;
ІМС – інтегральні мікросхеми;
ККД – коефіцієнт корисної дії;
ТЗ – технічне завдання;
КПМ (SMD) – компоненти поверхневого монтажу;
АЦП – аналого-цифровий перетворювач;
ЦАП – цифро аналоговий перетворювач;
МК – мікроконтролер;
ОДП – односторонні друковані плати;
ДДП – двосторонні друковані плати;
БДП – багатошарові друковані плати;
ТЕЗ – типовий елемент заміни;
НЕ – навісні елементи;
ОВ – осьові виводи;
АВ – аксіальні виводи;
СМС – світломонтажний стіл;
ПЕ – перелік елементів;
Е3 – схема електрична принципова;
СП – специфікація блоків елементів.

ВВЕДЕННЯ

Для забезпечення високої якості електропостачання, захисту електронної апаратури від виходу з ладу, а також щоб забезпечити безперебійне живлення були спеціально розроблені і створені пристрої безперебійного живлення.
За своїми технічними даними ПБЖ працює і як акумулятор. Під час своєї роботи ПБЖ накопичує електроенергію. У разі відсутності подачі струму із зовнішніх електромереж пристрій здатний автономно забезпечити протягом певного часу (до повної розрядки) безперебійне живлення для роботи техніки.
Більшість сучасних ПБЖ, крім свого основного завдання – забезпечувати безперебійне живлення, – ще й фільтрують напругу, що надходить на навантаження (виступають як фільтр мережевих перешкод), і стабілізують напругу (виступають як стабілізатор напруги)
Функціонально ПБЖ містить такі вузли, як блок силовий, блок контролю і управління, блок індикації, вхідний і вихідний фільтри, акумуляторна батарея, вентилятори.
Результатом виконання дипломного проекту є розробка конструкції і технології виготовлення блоку контролю та управління відповідно до технічного завдання.

1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ

1.1 АНАЛІЗ ПРИЗНАЧЕННЯ

Пристрій безперебійного живлення (ПБЖ) – це пристрій, що подає високоякісне електроживлення без перерв.
ПБЖ не тільки захищають від усіх видів перебоїв в подачі енергії. Вони також здатні фільтрувати різноманітні перешкоди і стрибки в електромережі, забезпечуючи таким чином рівну, безперебійну подачу енергії для чутливого обладнання.
Функціонально ПБЖ містить наступні вузли:
блок силовий;
блок контролю і управління БКУ-5;
блок індикації БІд-49;
вхідний і вихідний фільтри;
акумуляторна батарея;
вентилятори.

Рисунок 1.1 – Структурна схема ПБЖ

Напруга мережі (220 ± 44) В частою (50 ± 2) Гц через вхідний з’єднувач Х1, фільтр Z1 і комутатор вхідної напруги (реле К1) надходить на БСл-1, який перетворює цю змінну напруги в змінну напругу (220 ± 6) V частотою (50 ± 0,15) Гц, що надходить через фільтр Z2 і вихідні з’єднувачі X2 – Х6 на вихід ПБЖ. При відсутності або виході за допустимі межі змінної напруги мережі ПБЖ переключається на роботу від акумуляторної батареї, при цьому на його виході формується змінна напруга (220 ± 6) В частотою (50 ± 0,15) Гц. БСл-1 також контролює працездатність вентиляторів охолодження.
Метою даного дипломного проекту є розробка модуля контролю та управління ПБЖ. БКУ-5 контролює роботу БСл-1, аналізуючи сигнали, що надходять від нього, управляє ним і БІд-49 в відповідності з внутрішньою програмою, формує, передає і отримує інформацію від ПЕОМ по інтерфейсу RS-232, а також виробляє додаткові напруги живлення для БСл – 1.
На БІд-49 розташовані 11 індикаторів, які по команді від БКУ-5 сигналізують про режим роботи ПБЖ, кнопка ПУСК, за допомогою якої здійснюється вмикання і вимикання останнього, і датчик температури.
БКУ, що розроблюється, є частиною пристрою ПБЖ, призначеного для використання в житлових і закритих виробничих приміщеннях, що опалюються, як стаціонарна апаратура.

1.2 АНАЛІЗ ЕЛЕКТРИЧНОЇ СХЕМИ ТА ПРИНЦИПУ РОБОТИ ПРИСТРОЮ

Функціонально БКУ-5, у відповідності з рисунком 1.2, містить наступні вузли:
Комутатор (К), призначений для комутації контрольних сигналів від БСл-1 через вхідні узгоджувачі (ВС) або підсилювач первинного перетворювача температури (УДТ) до входу АЦП;
ВС, призначені для узгодження рівнів вхідних контрольних сигналів із входами комутатора;
УДТ, служить для посилення контрольного сигналу від датчика температури, що надходить з БСл-1 на комутатор;
Буферний підсилювач (БУ1), що здійснює узгодження сигналу від датчика температури з АЦП;
Буферний підсилювач (БУ2), що здійснює узгодження виходу комутатора з АЦП;
АЦП, служить для перетворення сигналів напруги постійного струму з виходу комутатора в цифровий код;
ЦАП, призначений для перетворення цифрового двійкового коду з виходу АЦП в аналоговий сигнал;
Підсилювач (Ус), призначений для посилення аналогового сигналу з виходу ЦАП;
Мікроконтролер (МК1), призначений для зв’язку та обміну інформацією з блоками БСл-1, БІд-49, другим мікроконтролером (МК2), через вузол зв’язку (ВСв);
Мікроконтролер (МК2), призначений для зв’язку та обміну інформацією з першим мікроконтролером (МК1), АЦП, ЦАП, комутатором, компаратора і регістрами (RG2-RG4);
Компаратор (КОМП), призначений для формування сигналу ICP на МК2 при переході синусоїди вхідного напруги через нуль;
Елементи гальванічної розв’язки (ЭР1, ЭР2), що забезпечують гальванічну розв’язку вхідних і вихідних ланцюгів вузла зв’язку (УСв);
Вузол зв’язку (УСв), що здійснює зв’язок між ПЕОМ та МК1;
Перетворювач напруги, що формує постійні напруги +5 V, +15 V і мінус 15 V (допоміжні джерела) для живлення блоків БКУ-5, БСл-1 і БІд-49.

Рисунок 1.2 – Схема електрична структурна БКУ-5

1.3 АНАЛІЗ УМОВ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Характер та інтенсивність впливу кліматичних (меншою мірою), механічних і радіаційних (більшою мірою) чинників залежать від тактики використання та об’єкта установки електронного апарату (ЕА). Класифікуючи ЕА за цією ознакою, їх можна розділити на стаціонарні і ті, що транспортуються. Кожна з груп у свою чергу містить ЕА різних класів і призначень.
Стаціонарні ЕА – це пристрої, що експлуатуються в опалювальних і не опалювальних приміщеннях, бункерах, підвалах, приміщеннях з підвищеною вологістю, на відкритому повітрі, у виробничих цехах.
ЕА, що транспортуються – це пристрої, що встановлюються й експлуатовані на автомобілях і автопричепах, залізничному і гусеничному транспорті, морські та бортові ЕА. Специфіка робіт цього виду машин зумовлює підвищений вплив механічних чинників, в основному вібрації і ударів.
За сукупністю значень кліматичних, механічних і радіаційних факторів стаціонарні і транспортуються ЕА діляться на наступні групи:
група 1 – стаціонарні ЕА і системи, що працюють в опалювальних наземних і підземних спорудах;
група 2 – стаціонарні ЕА і системи, що працюють на відкритому повітрі або в не опалювальних наземних і підземних спорудах;
група 3 – ЕА, що транспортуються, встановлені в автомобілях, мотоциклах, в сільськогосподарській, дорожньої і будівельної техніки і працюючі на ходу;
група 4 – ЕА, що транспортуються, встановлені у внутрішніх приміщеннях річкових судів і працюють на ходу;
група 5 – ЕА, що транспортуються, встановлені в рухомих залізничних об’єктах і працюють на ходу;
група 6 – ЕА, що транспортуються, призначені для тривалого перенесення людьми на відкритому повітрі або в не опалювальних приміщеннях і підземних спорудах, які працюють і не працюють на ходу;
група 7 – портативні ЕА, призначені для тривалої перенесення людьми на відкритому повітрі або в опалювальних наземних і підземних спорудах, що працюють на ходу.
Розроблюваний блок входить в пристрій – пристрій безперебійного живлення, що за сукупністю значень кліматичних і радіаційних факторів відноситься до першої групи, до класу стаціонарна електронна апаратура, що працює в опалювальних наземних і підземних спорудах.
Відповідно до стандарту ЕА першої групи повинні витримувати такі нормативні кліматичні та механічні дії:

Таблиця 1.1 – Кліматичні та механічні фактори умов експлуатації
Фактори впливу Параметри Значення
Кліматичні:
Підвищена вологість
Знижена температура
Підвищена температура
Знижений тиск
Механічні:
вібрація на одній частоті

Відносна вологість,%
При температурі, оС
Робоча, оС
Робоча, оС
Тиск, кПа
Частота, Гц
Прискорення, g
Час витримки, г
95
25
5
60
84
25
3
0,5

Слід окремо виділити міцність проектованого виробу при транспортуванні, коли ЕА відчувають найбільш сильні механічні дії. Фактори, що впливають, зведемо в таблицю 1.2 Нормальне функціонування виробу після транспортування забезпечується конструкцією і якістю упаковки.
За сукупністю значень кліматичних, механічних і радіаційних факторів, пристрій, що розробляється, відноситься до 1-й групі виконання.

Таблиця 1.2 – Умови транспортування (в упакованому вигляді)
Параметри Значення
Прискорення, g 15
Загальна тривалість ударного імпульсу, мс 11
Число ударів, не менше 1000
Знижений атмосферний тиск, кПа 70
Вологостійкість:
Відносна вологість,%
Температура,
93
25

Аналіз даних, наведених у таблиці 1.2 і умов експлуатації, дозволяє зробити висновок, що немає необхідності у виборі і розрахунку системи амортизації у складі блоку або всього блоку через невеликі механічні впливи; не потрібна теплоізоляція і забезпечення герметичності блоку від впливів кліматичних факторів.
Для захисту від кліматичних дій бажано покрити друковану плату (ДП) вологозахисним матеріалом.

1.4 АНАЛІЗ ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ

Далі будуть розглянуті електричні і конструктивні параметри, а так само допустимі умови експлуатації застосовуваних у конструкції ТЕЗ елементів. Порівняння їх з умовами експлуатації (розділ 1.3) дозволить зробити висновок про можливість застосування саме цих варіантів конструкції ЕРЕ та їх типів. До складу розроблюваного пристрою входять такі елементи: конденсатори, резистори, термістори, мікросхеми, дросель, діоди, транзистори, вилки, стабілітрони, звуковий випромінювач і резонатор.
Далі будуть розглянуті електричні і конструктивні параметри, а так само допустимі умови експлуатації застосовуваних у конструкції ТЕЗ елементів.
Електричні та експлуатаційні параметри зведені в таблиці.
Конденсатори MKT 370-63 та MKP 380 – 100.

Рисунок 1.3 – Конденсатори MKT 370-63 та MKP 380 – 100

Таблиця 1.3 – Геометричні розміри конденсаторів MKT 370-63 та MKP 380 – 100
w, мм h, мм I, мм P, мм lt, мм dt, мм
MKT 370-63 3.5 8 7.2 5.08 18.5 0.7
MKP 380-100 4.5 9 7.2 5.08 18.5 0.7

Таблиця 1.4 – Технічні характеристики конденсаторів MKT 370-63 та MKP 380 – 100
MKT 370-63 MKP 380-100
Матеріал конденсатора поліестрова плівка поліпропілєновий
Номінальна напруга, В 63 100
Номінальна ємність, мкФ 0.47 0.47
Допуск номінальної ємності,% 10 5
Діапазон робочої температури, С 85-105 85-105

Конденсатор VJ1206.

Рисунок 1.4 – Конденсатор VJ1206

Таблиця 1.5 – Геометричні розміри конденсатора VJ1206
L, мм W, мм Tmax, мм MB, мм
VJ1206 0.126 0.063 0.075 0.020

Таблиця 1.6 – Технічні характеристики конденсатора VJ1206
VJ1206 X7R VJ1206 C0G
Діапазон робочих ємностей 100 пФ…0,27мкФ 0,5пФ…0,039мкФ
Діапазон робочих напруг, В 250…1000 10…100
Діапазон робочої температури, °C 55…125 55…125
Температурний коефіцієнт ємності менее 15% менее 15%
Коефіцієнт розсіювання (при 1кГц) не более 2,5% не более 2,5%
Швидкість старіння за декаду 1% 1%

Конденсатори B45196 та B45197

Рисунок 1.5 – Конденсатори B45196 та B45197

Таблиця 1.7 – Геометричні розміри конденсаторів B45196 та B45197
L W T B A
B45196 7.3 4.3 2.8 2.8 1.1
B45197 7.3 4.3 2.8 2.4 1.3

Таблиця 1.8 – Технічні характеристики.
B45196 B45197
Робоча напруга 10 В 25 В
Номінальна ємність 47 мкФ 33 мкФ
Допуск номінальної ємності 20% 20%
Робоча температура -55…85 С -55…85 С
Виводи/корпус SMD D SMD D

Конденсатор FC A-100

Рисунок 1.6 – Конденсатор FC A

Таблиця 1.9 – Геометричні розміри конденсатора FC A
D, мм d, мм F, мм
8 0.6 3.5

Таблиця 1.10 – Технічні характеристики конденсатора FC A
FC A-100B-100 FC A-10B-4700 FC A-63B-47
Ємність, мкФ 470 4700 47
Напруга, В 100 10 63
Максимальний струм пульсацій (на частоті 120кГц при t=105°C), мА 1920
2555 405
Внутрішній опір (на частоті 100кГц при t=20°C), Ом 0,047
0,022 0,342
Час безперервної роботи, год 5000 5000 2000
Діапазон робочої температури, °C -55. .105
-55. .105 -55. .105
Допустиме відхилення ємності (120Гц, 20°C) ±20%
±20% ±20%

Резистор UXB 0207

Рисунок 1.7 – Резистор UXB 0207

Таблиця 1.11 – Геометричні розміри резистора UXB 0207
Dmax, мм Lmax, мм dnom, мм lmin, мм Mmin, мм
2.5 6.3 0.6 28 7.5

Таблиця 1.12 – Технічні характеристики резистора UXB 0207
Діапазон опорів 10Ом…1 МОм
Допустимі відхилення, % ±0.25, ±0.1, ±0.05, ±0.01
Температурний коефіцієнт, ppm/°C ±10, ±0.5, ±0.2
Максимальна робоча напруга, В 220
Максимальна робоча температура, °C 125

Резистор RC1206 J R F та RC2512 J R F

Рисунок 1.8 – Резистор RC1206 J R F та RC2512 J R F

Таблиця 1.13 – Геометричні розміри резисторів RC1206 та RC2512
L, мм W, мм H, мм l1, мм l2, мм
RC1206 J R F 3.10 1.6 0.55 0.45 0.40
RC2512 J R F 6.35 3.10 0.55 0.60 0.50

Таблиця 1.14 – Технічні характеристики резистора RC1206 та RC2512
RC1206 RC2512
Діапазон робочої температури, °C -55…155 -55…155
Максимальна робоча напруга, В 200 200
Допустиме відхилення ±5% ±5%
Діапазон опорів 1 Ом… 22 МОм 1 Ом… 22 МОм
Температурний коефіцієнт, ppm/°C
10Oм 1 мм d
± 0,05
± 0,10
Граничне відхилення ширини
провідника з покриттям, мм t
+ 0,03
0,03
Позиційний допуск розташування
центрів отворів, мм δd 0,10
Позиційний допуск розташування
контактних площадок, мм δp 0,30
Позиційний допуск розташування
провідника,, мм δl 0,05

Для виводів dВ =0,5 мм мінімальне значення діаметру монтажного отвору:

dмо1= 0,5+0,2+0,05=0,75 мм; приймаємо dмо1=0,8 мм;

для виводів dв=0,6 мм мінімальне значення діаметру монтажного отвору:

dмо2=0,6+0,2+0,05=0,85 мм; приймаємо dмо2=0,9 мм;

для виводів dв=0,7 мм мінімальне значення діаметру монтажного отвору:

dмо3=0,7+0,2+0,05=0,95 мм; приймаємо dмо3=1,0 мм;

для виводів dв=0,8 мм мінімальне значення діаметру монтажного отвору:

dмо4=0,8+0,2+0,05=1,05 мм; приймаємо dмо4=1,1 мм.

Номінальне значення ширини провідника t розраховуємо за формулою:

, (2.4)

де – мінімально допустима ширина провідника (таблица2.2);
tно – нижнє граничне відхилення ширини провідника (таблиця 2.3).
Для вільного місця номінальне значення ширини провідника:

Приймаються номінальне значення ширини провідника t1 = 0,3 мм.
Номінальне значення відстані між сусідніми елементами провідного малюнка визначаємо за формулою:

S = Sм + tво, (2.5)

де Sм – мінімально допустима відстань між сусідніми елементами провідного малюнка (табл.2.2);
tво – верхнє граничне відхилення ширини провідника (таблиця 2.3).
Для вільного місця номінальне значення відстані між сусідніми елементами провідного малюнка:

Приймаються номінальне значення відстані між сусідніми елементами провідного малюнка S = 0,3 мм. Розрахунок мінімального діаметру контактної площадки виконуємо за формулою:

(2.6)

де – діаметр отвору;
– підтравлювання діелектрика, мм;
– діаметральне значення позиційного допуску розміщення центрів отворів щодо номінального положення (табл.2.3);
– діаметральне значення позиційного допуску розміщення контактних площадок щодо номінального положення (табл.2.3).

;
при dмо1=0,8мм
;
при dмо2=0,9мм
;
при dмо3=1 мм
;
при dмо4=1,1 мм
;

Приймаємо Dпо = 1,1 мм, D1 = 1,44 мм, D2 = 1,54 мм, D3 = 1,64 мм, D4 = 1,74 мм.
Розрахунок мінімальної відстані для прокладки n-ї кількості провідників між контактними майданчиками виробляємо тільки для елементів, між виводами яких проходять друковані провідники:

l = D + t * n + S * (n + 1) + δl, (2.7)

де n – кількість провідників, n = 1;
δl – позиційний допуск розташування провідника (таблиця 2.2).

l2 = 1,54 + 0,5 + 0,5 * (1 + 1) + 0,05 = 3,09 мм

З вищенаведеного розрахунку можна зробити висновок, що відстань між двома сусідніми контактними площадками, призначеними для установки мікросхем D9 і D10, недостатня для прокладки одного провідника з урахуванням обмежень, що пред’являються до друкованого монтажу, тому контактні площадки у разі потреби можна підрізати із збереженням ширини гарантійного паска b = 0,05 мм.
На рисунку 2.2 представлені необхідні параметри для розрахунку контактних площадок КПМ.
Розрахунок контактних площадок елементів поверхневого монтажу проводиться за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення (ПЗ) LP Calculator. Дане ПЗ, робить розрахунок контактних площадок відповідно до стандарту IPC-7351A, розробленого асоціацією IPC у співробітництві з компанією PCB Matrix Corp.

Рисунок 2.2 – Контактні площадки для КПМ

Результати розрахунку компонентів поверхневого монтажу зведені до таблиці 2.4

Таблиця 2.4 – Результати розрахунку КПМ
Найменування елемента X, мм. Y, мм. G, мм.
Конденсатори VJ1206 0.22 0.23 0.22
Конденсатори B45196 та B45197 2.55 2 3.2
Резистори RC1206 J R F 1.65 1.2 1.55
Резистори RC2512 J R F 3.15 1.30 3.1
Мікросхеми ADG507AKR, AD7862AR-10, AD7945BR, MC74HC240ADW, MC74HC541ADW 0.6 2 9.3
Мікросхеми AD8512AR, MC74HC74AD 0.6 1.55 5.4
Найменування елемента X, мм. Y, мм. G, мм.
Мікросхеми UC3843BVD1, HIN202IBN 0.6 1.35 4.9
Мікросхеми ATmega8515-16AI 0.6 1.15 11.7
Діоди BAS32L и BAV102 0.95 1.75 3.5
Стабілітрон BZX84-C5V6 0.65 1 2.3

Крок між контактними площадками для елементів з планарними виводами дорівнює кроку виводів відповідних елементів.
Отримані значення параметрів друкованих елементів можуть коректуватися у бік збільшення на підставі електричного розрахунку тих же елементів по постійному струму, який приведений в підрозділі 2.4.

2.3 ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ ТРАСУВАННЯ ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ

Визначення конкретної геометрії друкованого монтажу, що реалізує з’єднання між елементами схеми, називається трасуванням. Вихідними даними для трасування є схема електрична принципова, результати компонування елементів на ДП і конструкторсько-технологічний розрахунок зроблений раніше.
Зіставляючи схему електричну принципову і компоновку елементів, можна чітко визначитися з місцем розташування елементів на платі. Для досягнення високої якості трасування був проведений конструкторсько-технологічний розрахунок.
При трасуванні з’єднань необхідно виконувати основні вимоги ГОСТ 10317-79, ГОСТ 2.41778.
Спочатку на поверхню друкованої плати паралельно її сторонам наноситься координатна сітка. У лівому нижньому куті плати приймаємо початок координат. Цей кут називається базою. Основний крок координатної сітки 1,27 мм (стандартний для дюймової системи координат, що використовується в програмному додатку PCAD). Центри отворів і контактних площадок рекомендується розташовувати у вузлах координатної сітки. Для збільшення надійності контактних площадок при експлуатації виробу приймається округла форма.
Пряма розводка є найпростішим способом трасування. У цьому випадку траси прокладаються по найкоротшому шляху, що пов’язує ці точки. Траси проходять поруч з уже прокладеними трасами, огинаючи їх.
Метод має такі недоліки: надмірна заплутаність отриманого малюнка друкованого монтажу; низька ефективність у складних схемах; значне збільшення сумарних довжин зв’язків; наявність великої кількості перехідних отворів. Тому цей метод розведення рекомендується застосовувати для нескладних схем.
Координатний спосіб розведення передбачає розміщення провідників на різних шарах плати. Для виконання діагональних з’єднань і запобігання перетину провідників вводять перехідні отвори, які погіршують характеристики ДП. Велика кількість перехідних отворів збільшує вартість ДП, знижує надійність, ускладнює технологічний процес виготовлення ДП.
У даному випадку для зменшення довжини провідників їх розташовують у взаємно перпендикулярних площинах. Зв’язок здійснюється за допомогою металізованих перехідних отворів.
Трасування блоку виконувалася в програмі PCAD.

2.4 РОЗРАХУНОК ПО ПОСТІЙНОМУ СТРУМУ

Найбільш важливими електричними властивостями друкованих плат є навантажувальна здатність провідників по струму, опір провідників і діелектрична міцність основи друкованої плати. Беремо методику розрахунку з [5].
Спочатку розрахуємо потрібний перетин провідника сигнальної ланцюга:

мм2 (2.9)

де  – питомий опір провідника (для провідників, отриманих методом електрохімічного нарощування  = 0,05 Ом·мм²/м);
I – струм, що видається в навантаження (для сучасних серій МС I ≤ 0,1A);
l – максимальна довжина провідника (приймемо l =0,1 м);
UЗ. ПУ – запас перешкодостійкості (для сучасних серій інтегральних схем UЗ. ПУ = 0,4…0,5 В).
Необхідна ширина друкованого провідника:

мм2 (2.10)

де hф – товщина фольги (hф = 0,035 мм).
Для друкованих плат третього класу точності ширина друкованого провідника повинна бути порядку 0,25 мм, тому виходячи з цього і враховуючи технологічні можливості приймаємо ширину друкованого провідника для плати t = 0,3 мм.
Ширина друкованого провідника шини живлення і землі:

(2.11)

Для UП=5 В:

мм.

Мінімальна ширина шин живлення й “землі”
Для U=5В:

,

Приймається ширина ланцюгів живлення і землі однаковою: при UП =5В – bжз=0,71 мм.
Зазор між провідниками вибирають в залежності від різниці напруг між сусідніми провідниками. Напруга пробою лакованих плат визначається електричною міцністю лакового покриття. Для друкованої плати, що розроблюється, мінімальний зазор складає 0,35 мм.
Отриманий для конкретної різниці потенціалів між провідниками зазор має бути збільшений, якщо опір витоку між провідниками перевищить допустиме значення, обчислене на основі аналізу принципової схеми. Розрізняють два види електропровідності діелектриків: поверхневу та об’ємну.
Поверхневий опір ізоляції паралельних друкованих провідників обумовлюється наявністю питомої поверхневого опору діелектрика плати:

Ом (2.12)

де lЗ – зазор між провідниками;
l – найбільша довжина спільного проходження провідників (l=100 мм).
Опір ізоляції паралельних провідників наближено обчислюється:

Ом (2.13)

де RV – об’ємний опір ізоляції між провідниками протилежних шарів двосторонньої друкованої плати (RV= 10RS).
Розраховані параметри друкованих провідників відповідають навантажувальної здатності провідників по струму, оскільки основа друкованої плати має високий опір ізоляції і високу діелектричну міцність.

2.5 РОЗРАХУНОК ПО ЗМІННОМУ СТРУМУ

При передачі по друкованим елементам плати високочастотних імпульсних сигналів через наявність індуктивного опору провідників, взаємної індуктивності і ємності, опору витоку між провідниками сигнали спотворюються, з’являються перехресні перешкоди. Розрахунок по змінному струму дозволяє уточнити максимальну довжину одиночного провідника, максимальну довжину спільного проходження поруч розташованих провідників, зазори між провідниками.
Так як паразитна зв’язок різко зменшується при збільшенні відстані між провідниками, то найбільшу перешкоду наводять два провідника, розміщених на різних сторонах від пасивної лінії.
Допустиму довжину трьох паралельно розташованих сигнальних провідників визначають за формулою:

(2.14)

де lЕД, lИД – допустима довжина паралельно розташованих провідників при впливі тільки ємнісного паразитного зв’язку й тільки індуктивного паразитної зв’язку відповідно.
Допустима довжина паралельно розташованих сусідніх провідників при впливі тільки ємнісного паразитного зв’язку визначається за формулою:

(2.15)

де СД – допустима ємність паразитного зв’язку, що визначається перешкодостійкістю мікросхем (за найгіршим варіантом СД = 30 пФ);
СП – погонна ємність пФ / см, яка визначається за формулою:

(2.16)

де КП – коефіцієнт пропорційності (КП = 0,15);
Е1 – діелектрична проникність середовища
Для провідників, розташованих на поверхні плати:

(2.17)

де Е0 – діелектрична проникність повітря або лаку, якщо плати покриті лаком (Е0 = 2);
Е – діелектрична проникність матеріалу плати (Е = 6).

Підставляючи Е’ в (2.16) отримуємо значення погонною ємності:

СП = 0,15·4 = 0,6 пФ/см

Значення СП підставляємо у формулу (2.15) і обчислюємо допустиму довжину паралельно розташованих сусідніх провідників при впливі тільки ємнісний паразитної зв’язку:

см

Допустима довжина паралельно розташованих сусідніх провідників при впливі тільки індуктивного паразитної зв’язку для плати без екрануючої площини визначають за рівнянням (2.18):

(2.18)

де UПУ – значення перешкодостійкості мікросхем (UПУ =0,4 В);
U0 – напруга логічного 0 (U0 = 0,5 В);
∆I – перепад струму в ланцюзі живлення при перемиканні ІС (∆I = 0,01 А);
tЗСР – середній час затримки (tЗСР = 4,75 нс);
КЗ – коефіцієнт запасу (КЗ =0,5…0,7).
Для вирішення рівняння використовується ітераційний метод Ньютона.
Введемо позначення:

; ; B = – 1; А= .

Тоді вихідне рівняння перетворюється до виду:
Ітераційна формула буде мати наступний вигляд:
Обчислення за ітераційною формулою виконують до тих пір, поки не виконається умова:
де  – точність обчислень.
Одержуємо:

, B = – 1, А=

Приймаються рекомендовані значення: Z0 = 100; D = 1. Проводимо обчислення:

Z1 = (100 + 712,5) / (ln (100/0,45)) =150,36
|150,36 – 100|=50,36>1
Z2 = (150,36 + 712,5) / (ln (150,36/0,45) =148,5
|148,5-150,36|=1,86>1
Z3 = (148,5+712,5) / (ln (148,5/0,45)) =148,47
|148,47-148,5|=0,03

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019