Дипломная работа: Блок питания для компьютера, мощностью 350Вт, форм-фактор АТХ

Дипломная работа.

Киевский политехнический институт (КПИ)

Радиотехнический факультет

Киев 2005

Вступ.

Сучасні ринково економічні відносини вимагають якісну і надійну продукцію, а також швидке та якісне надання послуг. Низька вартість обумовлюють конкурентоспроможність товару та послуг. Реалізувати це не можливо без автоматизації усіх сфер діяльності суспільства. Універсальним інструментом для автоматизації в наш час став персональний комп’ютер(ПК). Якщо проаналізувати, то можна побачити що комп’ютер на сучасному етапі застосовується майже всюди: в медицині для точної діагностики з малим відсотком помилки, в виробництві для швидкого проектування, аналізу, моделюванню і безпосередньо при виготовленні(верстати з ЧПК) деталі, в сільському господарстві, в дослідницьких цілях, в масових електронних платежах, в сфері розваг(ігрові автомати). Варто відмітити що сучасний комп’ютер уявляє собою складний радіоелектронний засіб, в якому реалізовані всі досягнення науки в сфері технологій і інженерії. Намагання збільшити швидкодію цього засобу змушує розробників зменшувати рівні сигналів, застосовувати технології яки є чутливими до зовнішнього впливу, що дуже сильно позначається на надійній роботі приладу. Це в свою чергу обумовлює жорстку вимогу до джерела живлення, до його стабільності.

В разі нестабільності напруги живлення комп’ютеру найчастіше це приводить до таких наслідків як:

- виходу за ладу головної плати;

- виходу з ладу ОЗП;

- механічного руйнування жорсткого диску (накопичувача);

- зрив при запису CD/CD-RW;

- раптове перезавантаження операційної системи;

Таке нестабільне функціювання приладу, коли він є ключовим елементом в системі приводить до падіння загальної результативності системи.

Такий стан праці персональних комп’ютерів в Україні є дуже поширеним. Причиною - є використання не якісних джерел живлення. Високоякісні джерела живлення для ПК мають велику вартість, тому враховуючи споживацький рівень в Україну ввозяться в дуже незначної кількості.

Після проведених мною досліджень, було з’ясовано що в Україні можливе виробництво високоякісного джерела живлення для ПК, за ціною яка буде доступна середньому споживачу. Тому метою дипломної роботи є розробка БЖ форм фактору АТХ який в повній мірі відповідає вимогам яки висуває стандарт створений корпорацією INTEL, має високі показники надійності і малу собівартість порівняно з його аналогами.

1 Розробка технічного завдання.

1.1 Найменування та область застосування.

1.1.1 Найменування: Блок живлення комп’ютеру форм фактору АТХ(12V).

1.1.2 Область застосування: системні модулі типу IBM PC-XT/AT.

1.2 Мета та призначення розробки.

1.2.1 Метою розробки є створення комп’ютерного блоку живлення форм фактору АТХ(12V).

1.2.2 Призначення розробки – створення функціонально закінченого пристрою який забезпечує стабільність вихідної напруги при зміні в широких межах вхідної напруги, вхідного струму і робочої температури.

1.2.3 Розробка призначена для крупно серійного виробництва.

1.3 Джерело розробки.

1.3.1 Джерелом розробки є схема електрична принципова блоку живлення комп’ютеру який сумісний з головною платою виготовленою згідно специфікації ATX версії 2.03.

1.4 Технічні вимоги.

1.4.1 Склад виробу та вимоги до конструктивного оформлення.

1.4.1.1 Виріб має в своєму складі наступні частини:

- плата фільтрації вхідної напруги;

- плата перетворення напруги.

1.4.1.2 Габаритні розміри БЖ повинні бути, мм:

- довжина: 150;

- ширина : 140;

- висота : 86.

1.4.1.3 Маса блоку повинна бути не більше 2 кг.

1.4.1.4 Конструктивне виконання повинне забезпечувати можливість кріплення блоку в системних модулях типу IBM PC-XT/AT.

1.4.1.5 Конструкція БЖ повинна забезпечувати, можливість ремонту.

1.4.1.6 Електрична міцність ізоляції БЖ між струмоведучими колами, а також між струмоведучими колами і корпусом в нормальних кліматичних умовах експлуатації повинна забезпечувати відсутність пробоїв.

1.4.1.7 Стійкість до впливу температури та вологості оточуючого середовища: виріб повинен відповідати кліматичному виконанню категорії УХЛ 4.2 ГОСТ15150-69.

1.4.1.8 Для антикорозійного захисту поверхні деталей застосувати гальванічне покриття.

1.4.1.9 Корпус БЖ повинен мати перфорацію, на деталях які формують корпус не повинно бути задирок та пошкоджень(подряпин, вм’ятин, корозії).

1.4.1.10 Після ремонтних робіт, виріб повинен зберігати показники яки вказані в цьому документі.

1.4.1.11 Виріб повинен експлуатуватися в приміщеннях 3 категорії(закрите приміщення з породною циркуляцією повітря).

1.4.1.12 Виріб по показникам завадостійкості та ліквідації завад яки впливають на роботу інших виробів повинен відповідати ГОСТ 22505-83 і ГОСТ 23511-79.

1.4.2 Показники призначення.

Вимоги до мережі:

Мінімальне значення, ~В: 180;

Максимальне значення, ~В: 265;

Частота, Гц: 47 – 63;

Вимоги до параметрів вихідних напруг і струму:

Загальні вимоги:

Загальна вихідна потужність, Вт: 350;

Загальний ККД, %: 75;

Викид струму при вмиканні не більше, А: 80;

Температурний дрейф рівня вихідних напруг для каналу +5В, при навантажені всіх каналів на 50%, : 0.02;

Температурний дрейф рівня вихідних напруг для всіх інших каналів, при навантажені всіх каналів на 50%, : 0.05;

При зміні напруги мережі від 180В до 264 вихідні напруги всіх каналів змінюються на ±0.5% при 50% навантаженні всіх каналів;

Затримка з’явлення сигналу дозволу PG(Power Goodness) високого рівня при вмиканні, мл.сек.: 100 – 200

1.4.3 Вимоги до надійності.

1.4.3.1 Виріб по забезпеченню надійності повинен задовольняти вимогам ГОСТ 27.003-90.

1.4.3.2 Середня відпрацювання на відмову, год.:……..не менше 27000;

1.4.3.3 Ймовірність безвідмовної роботи:………………………… 0.75;

1.4.3.4 Середній час відновлення, год.:……………………………… 0.5;

1.4.3.5 Виріб повинен витримувати вплив зовнішніх механічних та кліматичних факторів згідно з ГОСТ 11478-88.

1.4.4 Вимоги до технологічності та метрологічному забезпеченню розробки, виробництва і експлуатації.

1.4.4.1 Параметри БЖ повинні контролюватися за допомогою стандартних вимірювальних приладів обслуговуючим персоналом середнього рівня кваліфікації.

1.4.4.2 Вимоги до технологічності повинні відповідати до

ГОСТ 14.201-83.

1.4.4.3 Конструкція виробу повинна забезпечувати можливість виконання монтажних робіт з дотриманням вимог технічного завдання на встановлення та пайку комплектуючих виробів.

1.4.4.4 Конструкція виробу в цілому та окремих складних вузлів повинна забезпечувати зборку при виготовленні без створення і застосування спеціального обладнання.

1.4.4.5 Працезатрати при виготовленні приладу, год.:……….…не більше 3.

1.4.4.6 Конструкція блоку повинна відповідати вимогам ремонтопридатності згідно Р50-84-88.

1.4.5 Вимоги до рівня уніфікації та стандартизації.

1.4.5.1 В якості комплектуючих одиниць та деталей (комунікаційні вироби електроніки, деталі кріплення, деталі встановлення) повинні використовуватись серійні вироби.

1.4.5.2 Монтажні плати, панелі, вузли кріплення та установки повинні бути уніфіковані.

1.4.5.3 Коефіцієнт уніфікації стандартних та запозичених деталей повинен бути не менше 0.1.

1.4.6 Вимоги до безпеки при обслуговуванні по охороні навколишнього середовища.

1.4.6.1 Конструкція БЖ повинна забезпечити безпеку персоналу при експлуатації виробу. Загальні вимоги до електричної та механічної безпеки згідно до ГОСТ 12.2.007.0-75.

1.4.6.2 За принципом захисту людини від ураження електричним струмом блок повинен бути виготовлений відповідно до ГОСТ 12.2.007.0-75, клас захисту – 1.

1.4.6.3 Міри захисту від ураження електричним струмом повинні відповідати ГОСТ 12.2.007.0-75.

1.4.6.4 Загальні вимоги по забезпеченню пожежної безпеки в приміщеннях згідно до ГОСТ 12.1.004-85.

1.4.6.5 Конструкція приладу повинна виключати можливість невірного приєднання його струмоведучих частин.

1.4.6.6 В якості основного джерела живлення повинна виступати промислова мережа змінного струму частотою 50 Гц та напругою 220В, в якості альтернативного джерела живлення – джерело безперебійного живлення, з часом автономної роботи не менше 20 хв.

1.4.6.7 Штекери та рознімач електричних кіл повинні мати надписи, які відповідають їх призначенню.

1.4.6.8 Конструкція приладу повинна виключати можливість попадання в корпус сторонніх речей.

1.4.6.9 В документації по експлуатації та вимогам по техніки безпеки повинні бути дотримані правила технічної експлуатації електромонтажу користувачем, та правила безпеки при експлуатації.

1.4.7 Естетичні та ергономічні вимоги.

1.4.7.1 Виріб по своїм ергономічним показникам повинен забезпечувати зручність при монтажі і експлуатуванні.

1.4.8 Вимоги до патентної чистоти.

1.4.8.1 Патентна чистота повинна бути забезпечена.

1.4.9 Вимоги до складових частин виробу: сировини, вихідним та експлуатаційним матеріалам.

1.4.9.1 Покупні вироби і матеріали застосовуються без обмежень.

1.4.10 Умови експлуатації(використання), вимоги до технічного обслуговування та ремонту.

1.4.10.1 Виріб повинен бути виготовлений для кліматичного виконання УХЛ4.2. згідно ГОСТ 15150-69.

Значення температури повітря при експлуатуванні, С0:

Робочі:

верхнє значення +35;

нижнє значення +10;

середнє значення +20.

Граничні:

верхнє значення +45;

нижнє значення +10.

Відносна вологість:

Середнє значення в найбільш теплий та вологій період та тривалість дії.

65% при 20 С0 тривалість дії 12 місяців;

Верхнє значення 85% при 25 С0.

Атмосферний тиск:

атмосферний тиск 84.0…106.7 кПа. (630 – 800 мм рт.ст.)

1.4.11 Вимоги до маркування та упаковки.

1.4.11.1 Маркування виробу повинно відповідати вимогам

ГОСТ 21552-84.

1.4.11.2 Маркування на корпусі виконати методом тиснення. Якість виконаного маркування повинна забезпечувати чітке зображення на весь термін служби виробу.

1.4.11.3 В змісті маркування виробу повинно бути:

найменування підприємства виробника або товарний знак;

повне товарне найменування згідно ГОСТ 21552-84;

порядковий номер виробу і складових частин;

пояснюючи та попереджальні надписи;

дата виготовлення.

1.4.11.4 Упаковка повинна бути виконана у вигляді картонної коробки.

1.4.11.5 На тарі повинні бути нанесені значки маніпуляцій: «Берегти від сирості», «Дотримуватись інтервалу температур».

1.4.11.6 Упаковка повинна забезпечити цілісність виробу при роботах по завантаженню – розвантаженню, транспортуванню, зберіганню та потрібній захист при зовнішніх впливах.

1.4.11.7 Кожен виріб в упаковці повинен фіксуватися в транспортній тарі.

1.4.11.8 Якщо виріб буде експортуватись всі надписи виконуються на домовленій мові, яка оговорюється в договорі.

1.4.12 Вимоги до транспортування та зберігання.

1.4.12.1 Упаковані вироби транспортуються виключно в закритому транспорті.

1.4.12.2 Вимоги до виду транспорту не пред’являються.

1.4.12.3 Умовами для зберігання виробу в тарі повинні відповідати наступним вимогам:

температура оточуючого середовища ±50С0;

відносна вологість повітря при +35С0 98%;

середнє місячне значення в найбільш теплий і вологій період та тривалість його впливу 80% при 27 С0 12 місяців.

Тип приміщення: закрите або інше приміщення з природною вентиляцією без застосування штучного регулювання кліматичних умов, де коливання температури і вологості повітря значно менше, ніж на відкритому повітрі.

1.4.12.4 Розміщення і кріплення упакованих виробів в транспортних засобах повинно забезпечити їх стійке положення, виключити можливість ударів.

1.4.12.5 В приміщенні для зберігання виробу не повинно бути агресивних домішок(парів, луг, кислот і т. ін.) яки викликають корозію.

1.4.12.6 Відстань між стінами, полом складу і виробом повинно бути не менше 100мм, а між обігріваючими пристроями не менше 0.5м.

1.5 Економічні показники.

1.5.1 Очікуваний річний випуск до штук.

1.6 Стадії та етапи розробки.

1.6.1 Технічна пропозиція.

1.6.2Ескізний проект.

1.6.3Технічний проект.

1.7 Порядок контролю та приймання.

1.7.1 Виріб повинен бути перевірений і прийнятий відділом технічного контролю підприємства виробника.

1.7.2 Для приймання пред’являються наступні документи:

технічне завдання;

комплект конструкторської документації;

відомість покупних виробів;

програма і методика проведення випробувань;

експлуатаційні документи;

методика перевірки.

1.7.3 В разі не відповідності основних параметрів блоку, його відправляють в ремонт. Після ремонту проводять повторну перевірку і налагоджування блоку.

1.7.4 Всі перевірки за винятком оговорених, проводити в кліматичних умовах які оговорені в ТЗ.

2. Аналіз ТЗ.

Блок живлення(БЖ) для системних модулів IBM PC XT/AT призначений для перетворення вхідної змінної напруги мережі в вихідні постійні напруги, яки забезпечують роботу всіх інших вузлів і блоків комп’ютеру.

БЖ для комп’ютерів будуються за безтрансформаторною схемою під єднання до мережі і являє собою імпульсні БЖ, яки характеризуються великим значенням ККД(більше 70%), незначною вагою та невеликими габаритами.

Маючи стільки переваг, імпульсний БЖ є джерелом імпульсних завад і це пред’являє до його схеми великі вимоги до електромагнітної сумісності з рештою схемою комп’ютеру, а також з іншими побутовими електронними приладами. Окрім цього в без трансформаторних ІБЖ немає гальванічної розв’язки частини схеми з мережею, що вимагає спеціальних мір при його ремонті.

Велика частина елементів ІБЖ працює зі струмом високої частоти(~60кГц), це приводить до нагрівання елементів, тому є важливим забезпечення теплового режиму РЕЗ. До елементів яки нагріваються відносяться: імпульсні силові транзистори в силовому каскаді, імпульсний силовий трансформатор, імпульсні(високочастотні) силові діоди в вихідних колах, інтегральні стабілізатори напруги, дросель групової стабілізації.

Враховуючи вище вказані особливості ІБЖ комп’ютеру, а також вимоги ТЗ, треба прийняти рішення по забезпеченню всіх норм.

Для забезпечення електромагнітної сумісності електрична схема ІБЖ завжди розміщується в металічному кожуху який служить електромагнітним екраном. Таке оформлення є однією з мір по зниженню рівня утворення завад яки носять характер випромінювання. Інша завада яка є небезпечною як для роботи комп’ютеру так і для інших електричних приладів являє собою кондуктивна завада. Джерелом кондуктивної завади може бути як зовнішній прилад так і сам ІБЖ. Зовнішнім джерелом за звичай є апаратура дугової та контактної зварки, приводи електродвигунів, медична апаратура і тк.ін. В ІБЖ джерелом кондуктивної завади є режим роботи силових транзисторів інвертора, випрямляючих та комутуючих діодів. Для боротьби з кондуктивною завадою треба застосувати завада ліквідуючи фільтри, та інші схемні засоби боротьби.

Для забезпечення теплового режиму РЕЗ, елементи яки сильно нагріваються необхідно обладнати радіаторами, а елементи для яких неможливо застосування радіаторів необхідно застосувати примусове охолодження.

В якості примусового охолодження в системах забезпечення теплового режиму (СЗТР) в радіо конструюванні широко застосовується вентилятори. Найбільш ефективною системою охолодження при застосуванні вентиляторів є система примусового охолодження повітрям шляхом продувки.

Застосування вентиляторів має свої переваги і недоліки. До переваг можна віднести можливість зменшити розміри радіаторів, а також штучно підтримувати температуру в корпусі на заданому рівні. До недоліків шумовий фон який створю вентилятор при роботі. Тому є дуже важливою проблема зниження рівня шуму.

Для примусового охолодження застосовування звичайного вентилятори з двигуном колекторного типу є неможливим, тому що він, по перше, є джерелом електромагнітних завад, а по друге, вимагає систематичного ремонту, пов’язаного з механічним спрацюванням щіточок. Тому треба застосовувати вентильні двигуни виконані в без колекторному варіанті.

Важливим моментом при конструюванні друкованої плати БЖ, з погляду забезпечення теплового режиму є оптимальне розміщення елементів виходячи з обмежень які накладає схемотехніка ІБЖ. Тому при трасуванні плати і конструюванні кожуху ІБЖ елементи яки віддають велику кількість потужності у вигляді тепла треба розміщувати вздовж потоку повітря.

Для забезпечення конструктивних мір технічної безпеки, треба застосувати три штирковий стандартний вхід (виделка) для подачі напруги мережі за допомогою три провідникового шнуру з три контактною розеткою на ІБЖ і двох штиркової виделки на конці, яку вмикають до мережі (виделка має третій контакт який дозволяє здійснити захисне занулення). На отвори під установку вентилятора встановити захисні сітки, яки запобігали попаданню сторонніх речей в середину ІБЖ. Для захисту провідників від ушкодження ізоляції треба застосувати захисне пластикове кільце.

Для забезпечення високого рівня надійності, якості, мінімальної собівартості та ремонтопридатності треба застосувати нову елементну базу та матеріали яки широко представлені на ринку України.

3 Опис схеми електричної принципової.

Розроблювальний ІБЖ побудований на мікросхемі TL494. Схема технічні варіанти побудови ІБЖ на основі керуючою мікросхеми TL494 відрізняються незначно. В усіх таких ІБЖ незмінними залишаються:

спосіб побудови силового каскаду(двохтактна полу мостова схема);

керуюча мікросхема з деякими навісними елементами;

узгоджувальний каскад з розв’язуючим і керуючим трансформатором;

спосіб отримання вихідних напруг і їх стабілізація.

Важливим є і та обставина, що у всіх таких ІБЖ незміною залишається і загальна архітектура побудови всієї схеми ІБЖ в цілому. Цей базовий принцип полягає у тому, що на первинній гальванічне не розв’язаної від мережі стороні, розміщується тільки силовий каскад(потужна полу мостова схема інвертору), а уся інша частина схеми, в тому числі і керуюча мікросхема TL494, знаходяться на вторинній стороні, яка гальванічне розв’язана від мережі. Границя розв’язки проходить крізь розв’язуючи трансформатори:

керуючий;

силовий імпульсний.

3.1 Вхідні кола.

Ця частина схеми практично не відрізняється для всіх різновидів ІБЖ і включає в себе наступні основні елементи:

вхідний стандартний трьохштирковий розмикач;

плавкий запобіжник;

обмежуючий терморезистор;

вхідний завадаліквідуючий фільтр;

схему випрямлення напруги мережі;

згладжуючий ємнісний фільтр.

Змінна напруга мережі подається через вимикач мережі крізь запобіжник (номіналу 5А), терморезистор(TR) з негативним температурним коефіцієнтом опору (ТКО) і завадаліквідуючий фільтр на мостову схему випрямляча. Випрямлена напруга мережі згладжується конденсаторами С5, С6. На шині випрямленої напруги з’являється постійна напруга +310В відносно загального проводу первинної сторони.

Терморезистор призначений для обмеження стрибка зарядного струму крізь конденсатори в момент вмикання ІБЖ. В холодному стані опор TR складає декілька Ом, струм крізь діодний міст обмежується на безпечному для їх рівня. В результаті протікання струму крізь TR він нагрівається і його опір складає долі ома що в подальшому не впливає на роботу ІБЖ.

Мережевий плавкий запобіжник призначений для захисту мережі від перевантажень при можливих КЗ в первинному колі ІБЖ, і не захищає схему самого ІБЖ від внутрішніх перевантажень і КЗ.

Вхідний завадаліквідуючий фільтр має властивість ліквідації завад в двох напрямках, тобто запобігає прониканню високочастотних імпульсних завад з мережі в ІБЖ, і навпаки – з ІБЖ в мережу.

Паралельно конденсаторам С5, С6 включені високоомні опори R2, R3 номіналом 200 кОм, крізь яки С5, С6 розряджаються при вимиканні ІБЖ. Окрім цього ці опори вирівнюють напругу на С5, С6(для симетрії роботи схеми).

3.2 Силовий каскад.

Силовий каскад побудований по двохтактній полумостовій схемі. Транзистори VT1, VT2 - ключеві силові транзистори яки при роботі БЖ відмикаються по черзі. Керуюча напруга яка подається на бази цих транзисторів побудована таким чином, що завжди була “мертва зона”, коли обидва транзисторів закриті. Цим попереджаються скрізні струми крізь транзистори VT1, VT2.

Електрорушійна сила (ЕРС) на вторинних обмотках керуючого трансформатору в перший момент після вмикання ще відсутня. Тому, щоб низькоомний опір обмоток не шунтував керуючи переходи база-емітер силових ключей, доводиться вмикати розв’язуючи діоди VD5, VD6.

Діоди VD7, VD8 призначені для створення шляху протікання струму рекуперації(часткове повернення енергії яка була накопичена в індуктивності розсіювання трансформатора в джерело живлення), який замикається по колу: T1-C7-C6-VD8-T1 для діода VD8 і T1-C7-C5-VD7-T1 для діода VD7.

Коло з елементів C10, R10 ввімкнена паралельно первинній обмотці імпульсного силового трансформатору, демпфірує паразитні високочастотні коливання, яки виникають в паразитному коливальному контурі, котрий складається з індуктивності розсіювання первинної обмотки Т1 і міжвіткової ємності, в момент закривання транзисторів VT1, VT2. При цьому C10 збільшує загальну ємність паразитного кола, знижає таким чином частоту паразитного коливального процесу. R9 знижає добротність цього контуру, що сприяє швидкому затуханню коливань.

Конденсатор C7, запобігає протіканню можливій постійній складової струму крізь первинну обмотку імпульсного високочастотного трансформатора. Тому є елементом який запобігає підмагнічуванню осердя.

Конденсатори C8, C9 виконують функцію форсуючих ємностей і прискорюють процес перемикання силового транзистору. Це відбувається наступним чином. При появі відчиняю чого імпульсу на обмотці розряджений конденсатор С8 забезпечує подачу в базу VT1 вхідного відпираю чого струму з крутим фронтом, який перевищує його встановлене значення. Тому початковий імпульс крізь С8, забезпечує прискорене відпирання VT1. Коли С8 зарядиться до рівня ЕРС, яка діє на обмотці керуючого трансформатору, струм крізь нього перестане протікати, і в подальшому базовий струм VT1 замкнеться крізь VD5, R4, R8. При зниканні ЕРС на обмотці керуючого трансформатора напруга з конденсатора С8 прикладається до емітерного переходу транзистора VT1 в зачиняючей полярності і, форсовано зачиняє останній, надійно підтримує його в зачиненому стані до кінця “мертвої зони”. Аналогічно для конденсатора С9.

3.3 Вихідні кола.

Спосіб отримання вихідних напруг однаковий майже в усіх каналах. Цей спосіб полягає в випрямленні та згладжуванні імпульсних ЕРС з вторинних обмоток імпульсного силового трансформатору. При цьому випрямлення в всіх двохтактних схемах здійснюється по двохполуперіодній схемі з середньою точкою. Цим забезпечується симетричний режим перемагнічування осердя імпульсного трансформатора, так як крізь вторинні обмотки протікає тільки змінний струм і, відповідно, відсутнє примушене підмагнічування осердя, яке неминуче в однополуперіодних схемах випрямлення, де струм протікає крізь вторинну обмотку трансформатора тільки в одному напрямку.

Так як всі канали реалізовані приблизно однаково, достатньо буде розглянути і описати роботу одного каналу(+12В).

Коли крізь первинну обмотку 1-2 силового трансформатораТ1 протікає лінійно наростаючий струм на вторинній обмотці 3-4 діє ЕРС постійного рівня. Полярність ЕРС така що на виводі 3 присутній позитивний потенціал ЕРС відносно корпусу. На виводі 4 цей потенціал буде негативний. Тому протікає лінійно наростаючий струм по колу: 3 T1-верхній діод в діодной збірці VD9 – обмотка W1 дроселю групової стабілізації L5 – дросель L6 – конденсатор С12 – корпус 7 Т1.

Нижній діод збірки на цьому інтервалі зачинений негативною напругою на аноді, і струм крізь нього не протікає.

Окрім підзарядки конденсатора С12 відбувається передача енергії на вихід каналу (підтримується струм навантаження). На цьому же інтервалі часу в осерді дроселів L5 і L6, накопичується магнітна енергія.

Далі струм крізь первину обмотку силового трансформатору припиняється як результат закривання силового транзистору. ЕРС на вторинних обмотках зникає. Триває “мертва зона”. На цьому інтервалі енергія, збережена в дроселях L5, L6 передається в конденсатор С12 і в навантаження.

Цей струм лінійно спадаючий в часі. Далі відкривається другій силовий транзистор і крізь первинну обмотку Т1 починає протікати лінійно наростаючий струм зворотного напрямку. Тому полярність ЕРС на вторинних обмотках буде зворотною: на виводі 4 позитивний на виводі 3 негативний відносно корпусу. Тому на цьому інтервалі провідником буде нижній діод в діодній збірці VD9, а верхній її діод буде закритим. Струм крізь обмотку W1, L5 і L6 знову буде лінійно наростаючим і підзарядить конденсатор С12, а також буде підтримувати струм у навантаженні. Резистор R12 призначений для швидкого розрядження конденсатору C12 і інших допоміжних ємностей після вимикання ІБЖ для приведення всієї схеми БЖ в первинний стан.

Реалізація каналу в +3.3В дещо відрізняється від реалізації інших каналів. Для отримання напруги в +3.3В використана обмотка на 5В, напруга з якої перетворюється на мікросхемі TL431C з навісними елементами: R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23, VD14, C17, C18, VT3.

3.4 Стабілізація вихідних напруг ІБЖ.

Схема стабілізації вихідних напруг в ІБЖ уявляє собою замкнуту петлю автоматичного регулювання. Ця петля включає в себе:

схему керування;

узгоджувальний предпідсилюючий каскад;

керуючий трансформатор;

силовий каскад;

силовий імпульсний трансформатор;

випрямляючий блок;

дросель міжканального зв’язку;

блок фільтрів;

дільник напруги зворотного зв’язку;

дільник опорної напруги.

В складі схеми керування є наступні функціональні вузли:

- підсилювач сигналу раз узгодження з колом корекції;

- ШІМ – компаратор;

- генератор пилкоподібної напруги;

- джерело опорної стабілізованої напруги.

В процесі роботи підсилювач сигналу разузгодження порівнює вхідний сигнал дільника напруги з опорною напругою дільника Підсилений сигнал разузгодження поступає на широтно-імпульсний модулятор який керує прикінцевим каскадом підсилювача потужності, який, в свою чергу, подає модульований керуючий сигнал на силовий каскад перетворювача через керуючий трансформатор Т2. Живлення силового трансформатору здійснюється по без трансформаторній схемі. Змінна напруга мережі випрямляється сітьовим випрямлячем і подається на силовий каскад, де згладжується конденсаторами ємнісної стоїки. Частина вихідної напруги стабілізатора порівнюється с постійною опорною напругою і потім здійснюється підсилення отриманої різниці(сигналу разузгодження) з введенням відповідної компенсації. Широтно – імпульсний модулятор перетворює аналоговий сигнал керування в широтно – модульований сигнал з змінним коефіцієнтом заповнення імпульсу.

Схема модулятора здійснює порівняння сигналу, який поступає з виходу підсилювача сигналу разузгодження з пилкоподібною напругою, яку отримують з спеціального генератора.

Динаміка процесу стабілізації наступна.

Хай під дією будь якого дестабілізуючого фактору вихідна напруга в каналі +5В зменшилась. Тоді зменшиться рівень сигналу зворотного зв’язку на неінвертуючий вхід підсилювача помилки. Відповідно, вихідна напруга підсилювача зменшиться. Тому збільшиться ширина вихідних імпульсів мікросхеми на виводах 8 і 11. Тобто збільшиться час відкритого стану за період силових ключових транзисторів інвертора. Відповідно, більше ніж раніше, частину періоду в осерді трансформатора буде існувати наростаючий магнітний потік, а значить, довше, чим раніше, на вторинних обмотках цього трансформатору будуть діяти наведені цим потоком ЕРС. Тому збільшується постійна складова, яка виділяється згладжуючим фільтром з імпульсної послідовності після випрямлення, тобто вихідна напруга каналу +5В збільшиться, повертаючись до номінального значення.

При збільшенні вихідної напруги +5В процес будуть зворотнім.

Стабілізація вихідних напруг інших каналів здійснюється шляхом групової стабілізації. Для цього в схему блоку вмикається спеціальний елемент між канального зв’язку, в якості якого зазвичай використовують багатообмоточний дросель.

При цьому зміна будь якої вихідної напруги приводить завдяки електромагнітного зв’язку між обмотками дроселя групової стабілізації к відповідній зміні вихідної напруги +5В с послідуючим вмиканням механізму ШІМ. Дросель групової стабілізації уявляє собою п’ять обмоток (по одній обмотці в кожному вихідному каналі БЖ), намотаних на одне феритове осердя і яки ввімкнені синфазно. В цьому випадку дросель в схемі виконує дві функції:

функцію згладжування пульсацій випрямленої напруги – при цьому кожна обмотка для свого каналу уявляє згладжу вальний дросель фільтру і працює як звичайний дросель;

функцію між канального зв’язку при груповій стабілізації – при цьому завдяки електромагнітному зв’язку крізь осердя дросель працює як трансформатор, який передає зміну величини зміни струмів, яки протікають крізь обмотки каналів +12В, -12В, -5В, +3.3В в обмотку +5В.

Така побудова гарантує забезпечення стійкої роботи ІБЖ, що є необхідною умовою його нормального функціювання.

3.5 Схема виробки сигналу PG (Power Good).

Наявність сигналу PG є обов’язковим для будь якого блоку живлення, який відповідає стандарту IBM.

Схема виробки сигналу PG має дві функції:

перша функція – це затримка появи сигналу PG високого рівня при вмиканні ІБЖ, який дозволяє запуск;

друга функція – це функція упередженого переходу сигналу PG в неактивний низький рівень, який забороняє роботу процесору при вимиканні ІБЖ, а також в випадках виникання різноманітного роду аварійних обставинах, перш ніж почне зменшуватись напруга яка живить цифрову частину системного модулю.

В якості базового елементу при побудові схеми використана мікросхема типу LM393. Мікросхема уявляє собою компаратор напруг.

Розрахунок на працездатність схеми.

Робота імпульсного джерела живлення дуже сильно залежить від того, на скільки точно виконаний розрахунок трансформатору. Навіть невелике відхилення його параметрів від оптимальних для конкретного джерела живлення може привести к зменшенню ККД і погіршенню характеристик. Враховуючи важливість цього елементу схеми розрахуємо його параметри.

Розрахунок.

1. Визначимо потужність яку використовує трансформатор.

,

де - потужність яку споживає навантаження ().

2. Задамося габаритною потужністю, щоб підібрати магнітне осердя для трансформатору. Магнітне осердя підбираємо виходячи з умови що .

,

де - площа перетину магнітного осердя;

- площа вікна магнітного осердя;

- мінімальна робоча частота();

- магнітна індукція в магнітному осерді();

- коефіцієнт заповнення вікна дротом ();

Вибираємо із довідника осердя М2000 НН.

3. Визначимо напругу на первинній обмотці, яка для схеми з полумостовим інвертором складає 310В.

4. Визначимо кількість витків первинної обмотки.

5. Знайдемо максимальний струм первинної обмотки і діаметр проводу.

6. Визначимо кількість витків вихідної обмотки і діаметр проводу.

4.Розробка конструкції приладу.

Для розробки моделей можливих конструкцій БЖ треба об’єктивно проаналізувати всі вихідні данні, виділити серед них найбільш важливі яки мають найбільший вплив на надійність та стабільність роботи блоку і виходячи з цих міркувань розробити конструкції які в максимальній мірі задовольняють цім вимогам.

При розробці конструкції БЖ на його форму певні обмеження накладає стандарт розроблений фірмою IBM і яки є наступними:

висота: 86мм;

ширина: 140мм;

довжина: 150мм;

місце для виводу провідників;

місце для розмикача мережі;

місце для вимикача.

Тому зменшення габаритів, або зміна місця розміщення органів керування, входу/виходу блоку є неможливим. Це в свою чергу накладає певні обмеження на оформлення друкованої плати (ДП).

Відомо що ККД радіоелементів не великий тому частина енергії виділяється в якості тепла яке необхідно відводити з корпусу. Також варто відмітити що БЖ працює в складі системного модулю і він мусить відводити нагріте повітря від центрального процесору та інших елементів яки знаходяться в середині корпусу модуля. Ця умова ставить важливу задачу по забезпеченню надійної роботи БЖ – забезпеченню теплового режиму РЕЗ.

Враховуючи те що ІБЖ є джерелом імпульсних завад, необхідно забезпечити електромагнітне екранування схеми БЖ.

І самою головною задачею на етапі конструювання для забезпечення конкурентоспроможності виробу, є проблема досягнення низької собівартості розроблювальної конструкції, при одночасному зберіганні всіх показників.

Виходячи з вищевказаних вимог і міркувань можна скласти в порядку зменшення важливості принципів яких треба дотримуватись при конструюванні комп’ютерного ІБЖ:

забезпечення електричної безпеки при експлуатації;

забезпечення теплового режиму;

забезпечення електромагнітної сумісності;

забезпечення низького рівня шуму;

забезпечення технологічності;

забезпечення ремонтопридатності;

забезпечення низької собівартості.

Розробимо три варіанти конструкції.

Конструкція №1 уявляє собою блок в якому застосований один вентилятор розміром 80 мм який працю на видув повітря з корпусу блока живлення. Корпус блока живлення має перфорації. Ця конструкція має наступні особливості. По перше з метою достатнього охолодження елементів яки сильно нагріваються, з розрахунку на масу повітря яку повинен вентилятор прокачати крізь корпус, необхідно використати вентилятор з великою кількістю оборотів, в якого лопати зігнуті під великим кутом. По друге треба застосувати перфоровані отвори.

До позитивних якостей такої конструкції можна віднести:

- простоту виконання;

- технологічність;

- забезпечення низької вартості;

- менший коефіцієнт заповнення корпусу.

До негативних якостей такої конструкції можна віднести:

- менша надійність (в разі виходу з ладу вентилятору, можливий вихід з ладу значної частини блоку живлення);

- забезпечення теплового режиму гірше ніж в системах з вдуванням повітря, дуже низька така складова передавання енергії як кондуктивна;

- поганий електромагнітний захист схеми комп’ютеру, який є дуже чутливим до впливу електромагнітних полів, причиною є використання перфорованих отворів;

- високий рівень шуму (вентилятор на високих оборотах створює значний шум).

Конструкція №2 уявляє собою блок в якому застосований один вентилятор розміром 120 мм який працю на вдув повітря в корпусу блока живлення. Корпус блока живлення має перфорацію, на тильній стороні корпусу.

Ця конструкція має наступні особливості. По перше з метою достатнього охолодження елементів яки сильно нагріваються, з розрахунку на масу повітря яку повинен вентилятор прокачати крізь корпус, застосований вентилятор великих габаритів з малою кількістю оборотів, в якого лопати зігнуті під маленьким кутом. По друге треба застосувати перфоровані отвори для відводу повітря.

До позитивних якостей такої конструкції можна віднести:

- простоту виконання;

- технологічність;

- дуже низький рівень шуму (мала кількість оборотів вентилятору);

- забезпечення високого рівня теплового режиму за рахунок направлення потоку повітря на всі елементи схеми;

- менший коефіцієнт заповнення корпусу.

- хороший рівень електромагнітного захисту;

До негативних якостей такої конструкції можна віднести:

- менша надійність (в разі виходу з ладу вентилятору, можливий вихід з ладу значної частини блоку живлення);

- велика вартість (вентилятор розміром 120мм коштує більше вентилятора розміром в 80мм).

Конструкція №3 уявляє собою блок в якому застосований два вентилятор розміром 80 мм один з яких працю на вдув повітря, а другий на видув повітря з корпусу блока живлення. Корпус блока живлення не має перфорованих отворів.

Ця конструкція має наступні особливості. З метою достатнього охолодження елементів яки сильно нагріваються, з розрахунку на масу повітря яку необхідно прокачати крізь корпус, застосовано два вентилятори розміром в 80мм з малою кількістю оборотів, один з яких спрямовує холодне повітря на елементи що сильно нагріваються, а другій відводить нагріте повітря. За рахунок використання двох вентиляторів немає потреби в застосувати перфорованих отвори для відводу нагрітого повітря.

До позитивних якостей такої конструкції можна віднести:

- дуже низький рівень шуму (мала кількість оборотів двох вентиляторів при однаковій кількості повітря яке проводиться);

- забезпечення високого рівня теплового режиму за рахунок направлення потоку повітря на елементи схеми яки сильно нагріваються;

- високий рівень електромагнітного захисту за рахунок відсутності перфорованих отворів;

- велика надійність (в разі виходу з ладу одного вентилятору, другий буде продовжувати охолоджувати);

- низька собівартість (два вентилятори з малою кількістю оборотів розміром 80мм коштують дешевше одного розміром 120мм, або одного високо оборотного розміром 80мм);

До негативних якостей такої конструкції можна віднести:

- більший коефіцієнт заповнення корпусу.

- меншу технологічність.

Висновок: Враховуючи всі переваги і недоліки представлених конструкцій, найбільшу оптимальною і надійною є конструкція №3, тому обираємо варіант №3.

5. Обґрунтування вибору елементної бази і матеріалів конструкції.

5.1 Обґрунтування вибору елементної бази.

Вибір елементної бази проводиться на основі схеми електричної принципової з урахуванням викладених у ТЗ умов і вимог. Експлуатаційна надійність елементної бази в основному визначається правильним вибором типу елементів при проектуванні і при використанні в режимах яки не перевищують гранично допустимі.

Для правильного вибору типу елементів необхідно на основі вимог по установці в часті кліматичних, механічних і ін. впливів проаналізувати умови роботи кожного елементу і визначити:

експлуатаційні фактори (інтервал робочих температур, відносну вологість оточуючого середовища, атмосферний тиск, механічні навантаження і ін.);

значення параметрів і їх дозволені зміни в процесі експлуатації (номінальне значення, допуск, опір ізоляції, шуми, вид функціональної характеристики і ін.);

дозволені режими і робочі електричні навантаження(потужність, напруга, частота, параметри імпульсного режиму і ін.);

показники надійності, довговічності і терміну зберігання.

Критерієм вибору в пристрої ЕРЕ є відповідність технологічних і експлуатаційних характеристик ЕРЕ заданих умовами роботи і експлуатації.

Основними параметрами при виборі ЕРЕ є:

технічні параметри:

номінальне значення параметрів ЕРЕ згідно принципової електричної схеми приладу;

допустимі відхилення величини ЕРЕ від їх номінального значення;

допустима робоча напруга ЕРЕ;

допустима потужність розсіювання ЕРЕ;

діапазон робочих частот ЕРЕ;

коефіцієнт електричного навантаження ЕРЕ.

експлуатаційні параметри:

діапазон робочих температур;

відносна вологість повітря;

атмосферний тиск;

вібраційні навантаження;

інші показники.

Додатковими критеріями при виборі ЕРЕ є:

уніфікація ЕРЕ;

маса і габарити ЕРЕ;

найменша вартість.

Вибір елементної бази по вищеназваним критеріям дозволяє забезпечити надійну роботу виробу. Застосування принципів стандартизації і уніфікації при виборі ЕРЕ при конструювання виробу дозволяє отримати наступні переваги:

значно зменшити строки і вартість проектування;

скоротити на підприємстві – виробнику номенклатуру застосованих деталей і зборочних одиниць;

збільшити масштаби виробництва;

виключити розробку спеціальної оснастки і спеціального обладнання для кожного нового варіанту РЕЗ, тобто спростити підготовку виробництва;

створити спеціалізоване виробництво стандартних і уніфікованих зборочних одиниць для централізованого забезпечення підприємства;

покращити експлуатаційну і виробничу технологічність;

знизити собівартість випускає мого виробу.

Враховуючи сказане, зробимо вибір елементної бази для розроблювального просторою.

В пристрою застосовані:

- мікросхеми TL494, LM393N, L7805, TL431;

- резистори;

- терморезистор NTC;

- конденсатори;

- транзистори 2SC4242, 2SA1015, 2SC945, A733, C3457;

- діоди 1N414B, FR155;

- стабілітрон 9V;

- діодні зборки CTX128, D89-004, F10P048;

- трансформатори;

- дроселі;

- плавкий запобіжник 5A.

Проведемо порівняльний аналіз, вищевказаних елементів з їх аналогами, діапазон експлуатаційні характеристики яких відповідає вимогам ТЗ. За мету ставимо вибір ЕРЕ найбільш дешевих, розповсюджених і яки постачаються багатьма організаціями – поставниками електронних компонентів в Україні, при умові дотримання принципу найменших габаритів і установчих розмірів.

5.1.1 Вибір мікросхем.

5.1.1.1 Вибір керуючої мікросхеми.

В схемі в якості керуючої мікросхеми застосована мікросхема TL494, яку випускає фірма TEXAS INSTRUMENT (США). Її повним аналогом як по електричним параметрам так и по експлуатаційним є мікросхеми:

IR3M02 SHARP (Японія);

uA494 FAIRCHILD (США);

KA7500 SAMSUNG (Корея);

MB3759 FUJITSU (Японія).

Серед представлених мікросхем найменшу вартість, широку розповсюдженість і не дефіцитністю має KA7500 SAMSUNG (Корея). Тому в якості керуючої мікросхеми вибираємо KA7500. При ремонті або заміні можливе використання будь якої мікросхеми з вище перерахованих.

5.1.1.2 Вибір мікросхеми - компаратору напруг.

В схемі компаратором напруг є мікросхема LM393. Її повним аналогом як по електричним параметрам так и по експлуатаційним є мікросхеми: HA17393, BA10393, C393C, К1401СА1.

Серед вказаних мікросхем, LM393 виробництва фірми PHILIPS найбільш широко представлена на ринку України і має саму низьку вартість.

5.1.1.3 Вибір мікросхем стабілізаторів напруг.

В схемі в якості стабілізатора напруги на +5В застосована мікросхема L7805, її повним аналогом є КР142ЕН5А вітчизняного виробництва. Мікросхеми мають приблизно однакову вартість. Струм стабілізації в КР142ЕН5А більший ніж в L7805. По маса габаритному показнику L7805 менша ніж КР142ЕН5А. Враховуючи електричні параметри і габаритні вибираємо L7805.

5.1.1.4 Вибір мікросхем підсилювача помилки.

В схемі для підсилення помилки застосована мікросхема TL431C. Її повним аналогом є мікросхеми AN1431T, TA76431S. Серед аналогів TL431C має найнижчу вартість, тому вибираємо TL431C.

5.1.2 Вибір резисторів.

При виборі резисторів керуємось такими їх характеристиками як електричний опір і вартість.

Для здійснення вибору типу постійних резисторів скористуємося порівняльною таблицею, в який винесені декілька основних параметрів.

Виходячи з вище вказаних вимог вибираємо метало плівкові резистори типу С2-22 вони мають параметри яки нам найбільш підходять за показниками.

5.1.3 Вибір конденсаторів.

При виборі електролітичних конденсаторів головним чином керуємося такими характеристиками як габарити і собівартість.

Враховуючи те що електролітичні конденсатори в електричній схемі є одніми з найвідповідальнішими елементами, при конструюванні будуть засновані конденсатори фірми PHILIPS – лідера в виробництві високо надійних конденсаторів, яки мають самі менші габарити і низьку вартість.

Не полярні конденсатори в схемі не є критичними елементами і до них не пред’являються особливі вимоги. Тому при виборі не полярних конденсаторів керуємось критерієм низької вартості, установочного місця і габаритами.

5. 1.4 Вибір транзисторів.

5.1.4.1 Вибір силових транзисторів.

Серед представлених транзисторів вибираємо транзистор за мінімальною потужністю розсіювання і максимальним струмом колектора. За вартісною характеристикою, транзистори мають однакову ціну, тому оптимальним є вибір 2SC3042.

5.1.4.2 Вибір малопотужних транзисторів.

Серед розглянутих малопотужних транзисторів виберемо 2SC945 і A733, як такі що найбільше підходять за параметрами і є найдешевшими.

5.1.5 Вибір діодів.

В схемі в сигнальних колах використані низьковольтні діоди 1N4148, аналогом яких є діоди вітчизняного виробництва КД521, КД522. За показником вартості, розповсюдженості і постачаємості 1N4148 є кращім вибором.

В якості силових низькочастотних випрямляючих діодів використан мережевий діодний міст PBL405, аналогами якого є RS405L, PO4051, 1N5408, FL406, КЦ405. Всі діодні мости є розповсюдженими і мають приблизно однакову вартість, перші три серед них мають перевагу в критерії посадочного місця, тому вибираємо діодний міст PBL405.

В якості вихідних високочастотних випрямляючих діодів вторинної сторони використані FR153, в каналі -12В і -5В. Аналогами є діоди PXPR1002, RS102R, КД208, КД226. За маса габаритними показниками, показниками вартості і установчими розмірами перевагу відаємо RS102R.

В каналі +5В використано напівміст з двох діодів Шоттки СТВ-34М (аналог D89-004), в каналі +12В і +3.3В використані напівмости з двох кремнієвих діодів CTX128(аналоги CTL22S, C2504, ESAC25-020). Враховуючи показники потужності розсіювання і час відновлення параметрів вибираємо діодний напівміст для каналу +5В - D89-004, а в каналах +12В і +3.3В CTX128.

5.2 Вибір матеріалів конструкції.

Вибір матеріалів конструкції провидимо згідно вимогам, яки викладені в ТЗ.

Матеріали конструкції повинні володіти наступними властивостями:

мати малу вартість;

легко оброблюватись;

мати малу вагу;

володіти достатньою масністю і легкістю;

зберігати свої фізико-хімічні властивості.

Застосування уніфікованих матеріалів конструкції, обмеження номенклатури деталей яки застосовуються, дозволяє зменшити собівартість розроблювального пристрою, покращити виробничу і експлуатаційну технологічність.

Зберігання фізико-хімічних властивостей матеріалів в процесі їх експлуатації досягається вибором для них необхідного покриття. При виборі покриття для матеріалів конструкції необхідно керуватись рекомендаціями і вимогами яки викладені в ГОСТ9.303‑84.

Для розроблювального пристрою враховуючи особливості конструкції і тип випуску доцільно використовувати матеріали які піддаються штамповці.

Холодна штамповка відноситься до к найбільш прогресивним способам виготовлення деталей з листа є вирубка, проколювання, згинання і ін. Доцільність її застосування визначається рядом умов в першу чергу серійністю випуску, конфігурацією деталей, механічними властивостями матеріалу, точністю яка вимагається при виготовленні деталі.

Так як для отримання необхідної об’ємної форми деталі треба застосовувати операцію згинання і вирубки, то треба вибирати матеріал який піддається пластичній деформації, з малою границею текучості, низькою твердістю і більшою відносною подовженістю.

Враховуючи спеціальні вимоги до міцності приладу, рекомендується виготовлювати кожух і основу приладу зі сталі товщиною 1.5…2 мм. Виходячи з висунутих вимог до матеріалу корпусу вибираємо сталь.

Для виготовлення ДП в радіотехніці широкого застосовують набули такі матеріали як гетинакс і склотекстоліт. Матеріал для виготовлення ДП повинен мати наступні показники:

велику електричну міцність;

малі діелектричні втрати;

дозволяти штамповку;

витримувати короткочасні впливи температури до +240 С0 в процесі пайки;

мати високу вологостійкість;

бути дешевим;

володіти здатністю стійкості до впливу хімічних речовин, яки застосовуються при виготовленні ДП.

Для виготовлення плат загального призначення в РЕЗ найбільш широко застосовується фольгований склотекстоліт. Для виготовлення ДП для ІБЖ може бути застосований фольгований склотекстоліт марки СФ-2-50-2.

В таблиці зведені матеріали яки використовуються при виготовлені ІБЖ.

6. Розрахунок конструкції друкованої плати.

Вихідні дані до розрахунку:

- друкована плата виготовляється хімічним методом;

- розмір плати 145Х110;

- четвертий клас точності з кроком координатної сітки 1.25;

- друкована плата однобічна;

- матеріал друкованої плати – СФ-2-50;

- максимальний постійний струм, що протікає в провіднику ;

Параметри склотекстоліту:

товщина фольги ;

товщина матеріалу з фольгою ;

допустима щільність струму ;

питомий опір ;

максимальна довжина провідника

Розрахунок проводиться за методикою.

Мінімальна ширина друкованого монтажу по постійному струму:

Мінімальна ширина провідника, виходячи з припустимого спадання напруги на ньому:

Електрорадіоелементи (ЕРЕ) розміщені на платі мають три типорозміри діаметрів виводів:

;

;

.

Номінальні значення діаметрів монтажних отворів визначимо за формулою:

,

де - нижнє граничне відхилення від номінального діаметра монтажного отвору, ,

- різниця між мінімальним діаметром отвору і максимальним діаметром виводу, .

;

;

.

Розрахуємо діаметр контактної площадки.

Мінімальний діаметр контактної площадки навколо монтажного отвору визначимо за формулою:

- мінімальний ефективний діаметр площадки;

- товщина фольги, ;

,

де - відстань від краю висвердленого отвору до краю контактної площадки, ;

- допуск на розташування отворів, ;

- допуск на розташування на контактних площадок, ;

- максимальний діаметр просвердленого отвору:

;

де - допуск на отвір, ;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Визначимо максимальний діаметр контактних площадок за формулою:

;

;

.

Визначимо мінімальну ширину провідників:

,

де - мінімальна ефективна ширина провідника;

для плат 4-го класу точності

Визначимо максимальну ширину провідників:

;

.

Визначимо мінімальну відстань між провідником і контактною площадкою:

;

.

;

Визначимо мінімальну відстань між двома контактними площадками:

;

.

Визначимо мінімальну відстань між двома провідниками:

;

.

7. Розрахунок надійності.

В основу розрахунку на надійність покладено принцип визначення показника надійності системи по характеристикам надійності комплектуючих елементів.

При розрахунку робиться два припущення. Перше це те що відмови елементів є статистично незалежними, що дає відносно реально існуючу систему оцінки і друге це те що систему розглядаємо як послідовну тобто відмова одного елементу схеми веде до відмови всієї системи.

Розрахунок надійності виконаний за методикою викладеною в [1].

Вихідними даними для розрахунку є значення інтенсивності відмови всіх ЕРЕ і елементів конструкції.

Середній час напрацювання на відмову визначимо за формулою:

,

де

- кількість найменування радіоелементів і елементів конструкції приладу;

- величина інтенсивності відмови j-го радіоелементу, елементу конструкції з урахуванням заданих для нього умов експлуатації: коефіцієнт електричного навантаження, температури, вологості, технічних навантажень і т. ін.

- кількість радіоелементів, елементів конструкції j-го найменування.

- сумарне значення інтенсивності відмов.

х	Тип елементу
1	Інтегральна мікросхема	0.01-2.5	0.35	1.04	1.0	1.2	0.5
2	Напівпровідникові імпульсні діоди	0.2-1.0	1.04	1.04	1.0	1.2	0.7
3	Напівпровідникові випрямляючи діоди	0.35-0.9	1.04	1.04	1.0	1.2	0.7
4	Транзистори середньої потужності високочастотні	1.3-2.5	0.4	1.04	1.0	1.2	0.5
5	Транзистори низької потужності низькочастотні	0.5-1.2	0.4	1.04	1.0	1.2	0.5
6	Резистори постоялого опору – метало плівкові	0.004-0.4	0.6	1.04	1.0	1.2	0.5
7	Конденсатори постійної ємності - керамічні	0.04-0.7	1.10	1.04	1.0	1.2	0.7
8	Конденсатори постійної ємності – метало паперові	0.003-0.37	1.10	1.04	1.0	1.2	0.7
9	Конденсатори постійної ємності – метало плівкові	0.003-1.7	1.10	1.04	1.0	1.2	0.7
10	Трансформатори живлення	0.5-7	1.20	1.04	1.0	1.2	0.7
11	Дроселі	0.05-1.0	1.20	1.04	1.0	1.2	0.8
12	Друкована плата	0.1	-	1.04	1.0	1.2	-
13	Монтажні елементи	0.02-0.4	-	1.04	1.0	1.2	-
14	Пайка з’єднуюча	0.0002-0.04	-	1.04	1.0	1.2	-
15	Дроти з’єднуючи	0.01-0.12	1.04	1.0	1.2	-
16	Плавкий запобіжник	0.3-0.8	-	1.04	1.0	1.2	-
17	Корпус	0.03-2.0	-	1.04	1.0	1.2	-
18	Двигун постійного струму	8-10	-	1.07	1.0	1.2	-

з урахуванням поправочних коефіцієнтів визначимо середній час напрацювання на відмову

Визначимо вірогідність безвідмовної роботи за формулою:

.

Отримане значення напрацювання на відмову більше часу яке було задане, 27000 годин, що гарантує надійну роботу розроблювального пристрою.

8. Розрахунок віброміцності плати.

Всі РЕЗ піддаються впливу зовнішніх механічних навантажень, яки передаються до кожної деталі, яка входить в конструкцію. Механічний вплив на розроблювальний пристрій має місце при його транспортуванні в неробочому стані. Тому важливим є визначити чи достатньою є міцність розроблювального пристрою і чи може конструкція витримати механічний вплив при транспортуванні.

Так як розроблювальний пристрій відноситься до наземної РЕЗ, то при транспортуванні, випадкових падіннях і т. ін. він може піддаватись динамічним впливам. Зміна загальних параметрів механічних впливів яким піддається наземна РЕЗ є наступні:

вібрації: (10…70)Гц.;

віброперевантаження: ;

вдари, струси:, тривалість ;

лінійні перевантаження .

Розрахунок на вібромісність несучої конструкцій зводиться до визначення найбільшої напруги виходячи з виду деформації, яка викликана дією вібрації в певному діапазоні частот, і порівнянням отриманого значення з припустимим.

Розрахунок частоти коливань зробимо за методикою викладеною в [2]

Власна частота коливань рівномірно навантаженої пластини(друкованої плати) визначається за формулою:

, де

- поправочний коефіцієнт для матеріалу;

- поправочний коефіцієнт для ЕРЕ рівномірно розподілених на ДП;

- довжина друкованої плати.

, де

- вага елементів рівномірно розміщених на друкованій платі;

- вага друкованої плати.

Визначимо вагу друкованої плати:

, де

- щільність склотекстоліту,

- довжина друкованої плати;

- ширина друкованої плати;

- висота друкованої плати.

Розрахуємо поправочний коефіцієнт :

, де

- модулі пружності та щільності матеріалу який застосовується;

- модулі пружності та щільності сталі.

;

.

З розрахунку можна зробити висновок, що плата ІБЖ не потребує використання демпферів та частотного налагоджування і вона повинна витримати зовнішній механічний вплив при транспортуванні.

9 Розрахунок теплового режиму ІБЖ.

Розрахунок теплового режиму приладу з примусовим охолодженням повітрям, виконаний за методикою приведеної в [3]

Вихідні дані:

Потужність розсіювань в блоці, ;

Розміри корпусу блоку перпендикулярні до напрямку продуву, , ;

Розміри корпусу блоку в напрямку продуву, ;

Коефіцієнт заповнення блоку ;

Температура охолоджуючого повітря на вході ;()

Масо витрати повітря ;

1. Визначимо середній перегрів повітря в блоці за формулою:

;

2. Визначимо площу поперечного в направленні продуву перетину корпусу блока за формулою:

;

3. Визначимо коефіцієнт за графіком [3 ;мал. 4.15; стор. 174];

4. Визначимо коефіцієнт за графіком [3 ;мал. 4.16; стор. 174];

5. Визначимо коефіцієнт за графіком [3 ;мал. 4.17; стор. 174];

6. Визначимо коефіцієнт за графіком [3 ;мал. 4.18; стор. 175];

7. Розрахуємо перегрів нагрітої зони за формулою:

;

8. Розрахуємо умовну поверхню нагрітої зони за формулою:

;

9. Розрахуємо питому потужність нагрітої зони за формулою:

;

10. Визначимо температуру нагрітої зони за формулою:

;()

11. Визначимо середню температуру в блоці за формулою:

;()

12. Визначимо температуру повітря на виході з блоку за формулою:

()

З аналізу отриманих результатів робимо висновок, що при завданих умовах експлуатації розроблювального пристрій забезпечується нормальний тепловий режим радіоелементів які в ньому застосовуються при експлуатації, тобто робочі температури не перевищують гранично допустимі величини.

Таким чином, конструкція корпусу з примусовим охолодженням повітрям не потребує зміни конструкції.

10 Охорона праці і навколишнього середовища.

Метою цього розділу дипломної роботи є визначення шкідливих та небезпечних виробничих факторів при розробці, налагоджуванні та експлуатації пристрою, а також розробка на цій підставі заходів, яки спрямовані на створення умов праці, яки відповідають вимогам норм і стандартів по охороні праці і техніки безпеки.

Особливу увагу буде спрямовано на фактори, яки можуть подіяти на працездатність і безпеку монтажника і налагоджувача окремих блоків та всього апарату разом. Це пов’язано з тим що при виконанні цих робіт необхідно виконувати пайку, вимірювання режиму роботи схеми, налагоджування, контроль і т. ін.

10.1 Аналіз небезпечних і шкідливих виробничих факторів.

До основних шкідливих і небезпечних факторів, що впливають на працівників яки задіяні на виробництві РЕА, відносять:

Підвищені рівні електромагнітного поля (рівні випромінювань і полів повинні відповідати ГОСТ 12.1.006-84);

Недостатня освітленість робочої зони (умови освітленості виробничих приміщень повинні відповідати нормам, зазначеним у СНиП ІІ-4-79/85);

Небезпека поразки електричним струмом;

Незадовільні параметри мікроклімату робочої зони (величини показників мікроклімату у виробничих приміщеннях повинні відповідати нормам, зазначеним у ГОСТ 12.1.005-88 і ДСН 3.3.6.042-99);

Вміст у повітрі робочої зони шкідливих речовин різного характеру впливу в концентраціях, що перевищують гранично припустимі (ГДК шкідливих речовин у повітрі робочої зони повинна відповідати нормам, зазначеним у ГОСТ 12.1.005-88 і ГОСТ 12.1.007-80, для аерозолю свинцю див. п. 1.1.2);

Підвищений рівень шуму на робочому місці (припустимі рівні звукового тиску в октавних смугах частот, рівні звуку й еквівалентні рівні звуку на робочих місцях варто приймати відповідно до Санітарних норм припустимих рівнів шуму на робочих місцях ДСН 3.3.6.037-99);

Підвищена напруженість електричного поля промислової частоти на робочому місці (напруженість електричних полів промислової частоти на робочих місцях повинна відповідати нормам, зазначеним у ГОСТ 12.1.002-88).

10.2 Умови праці на робочому місці.

Приміщення в якому відбувається технологічні операції по виготовленню і налагоджуванню виробу знаходиться в панельному будинку. Вібрації і шкідливі речовини відсутні. Покриття підлоги керамічна плитка.

Геометричні розміри приміщення:

довжина a = 10.0 м;

ширина b = 5 м;

висота h = 3.4 м;

Кількість осіб що працюють в приміщенні 6 чоловік.

Визначимо значення площі і обсягу приміщення:

S1=a×b=5×10=50 м2 – площа приміщення;

SП=8,5 м2 – загальна площа столів і шафи;

S= S1 -Sп=41,5 м2;

V=S×h=141,1 м3;

Розрахуємо значення площі і обсягу приміщення на одну особу, результати внесемо до таблиці №10.1.

Таблиця №10.1.

Обсяг приміщення, що приходиться на одну людину і корисна площа більше нормативного значення у відповідності зі СН245-82 і ОНТП-24-86.

10.3 Мікроклімат.

Скористаємося ГОСТ 12.1.005-88 і ДСН 3.3.6.042-99, що встановлюють такі параметри мікроклімату як температура, вологість і рухливість повітря в залежності від виду виконуваних робіт, періоду року.

Роботу, яка виконується в розглянутому приміщенні можна віднести до категорії 1а, тому що вона виконується сидячи і не вимагає фізичних зусиль. Енерговитрати організму людини при такому виді робіт складають до 120 ккал/год.

Джерелом теплового випромінювання є радіатор центрального опалення, що складається із семи секцій.

Нормовані значення параметрів мікроклімату відповідно до ДСН 3.3.6.042-99 представленні в табл.2.

Оптимальні і припустимі норми температури, відносній вологості і швидкості руху повітря в робочій зоні виробничих приміщень наведені у таблиці №10.2:

Таблиця №10.2.

Параметри мікроклімату підтримуються за допомогою систем кондиціонування і обігріву.

10.4 Оцінка санітарних норм умов праці при пайці елементів.

При збиранні використовується ручна пайка, виконувана електричним паяльником потужністю 20 40 Вт. Питоме утворення аерозолю свинцю при цьому складає 0,02 0,04мг/100 пайок.

Згідно складального креслення в якості припою використовується олов'яно-свинцевий припій марки ПОС-61 ГОСТ 21931-76, а як флюс використовується без кислотний флюс КЕ ГОСТ 1797-64. Для видалення залишків флюсу застосовується етиловий спирт або ацетон. До складу припою входить олово Sn у кількості 60-62% і свинець Pb у кількості 38-40%.

Флюс складається із соснової каніфолі у кількості 15-28%, і етилового спирту у кількості 72-85%.

Свинець є надзвичайно небезпечною речовиною (клас 1), ГДК у повітрі робочої зони 0,01мг/м. Олово є речовиною помірковано небезпечною (клас 3) ГДК 10мг/м. Спирт етиловий є безпечною речовиною (клас 4) ГДК у повітрі робочої зони 1000мг/м.

Визначимо концентрацію аерозолю свинцю:

Сфакт.=0,6×y×n×N×t/V = 0,6×0,03×2×4×8/141=0,00817 мг/м, де

у - питоме утворення аерозолю свинцю (y=0,03мг/100 пайок);

n - кількість пайок у хвилину (n=2);

N - кількість робочих місць(N=4);

V - обсяг приміщення, м.( V=141 м);

t - тривалість зборки виробу, год. (t=8годин);

Отже, за даних умов технологічного процесу концентрація аерозолю свинцю в повітрі робочої зони не буде перевищувати гранично припустиму концентрацію 0,01мг/м. Так, як пари свинцю не перевищують ГДК, то немає необхідності у додатковій вентиляції ділянок пайки.

10.5 Освітлення.

10.5.1 Розрахунок природного освітлення.

При монтажі друкованих плат рівень освітленості повинен бути оптимальним. При дуже яскравому освітленні виникає швидке стомлення робітника, що може привести до втрати працездатності і травмі.

Природне освітлення приміщення здійснюється боковим світлом крізь світлові прорізи в зовнішніх стінах чи через прозорі частини стін.

Основною для розрахунку природного освітлення є коефіцієнт природної освітленості (КПО), що залежить від широти місцевості, пори року, а також погоди, і по який приводиться нормування природного освітлення.

При однобічному боковому освітленні нормується мінімальне значення КПО в точці, яка розташована на відстані 1 м від стіни, яка найбільш віддалена від світлових прорізів, на перетинанні вертикальної площини характерного розміру приміщення й умовної робочої поверхні.

Згідно СНиП ІІ-4-79/85 нормоване значення КПО для робіт високої точності дорівнює для третього поясу ен III = 2 % вибираємо для природного освітлення в районах з малим сніжним покривом.

Тому що Київ розташований у IV поясу світлового клімату, то значення КПО визначимо за формулою:

ен IV = ен III∙ m∙ з,

де ен III - значення КПО для III пояса;

m =0,9 - коефіцієнт світлового клімату для Києва;

c =0,75 - коефіцієнт сонячності клімату.

е н IV = 2,0×0,9×0,75 = 1,35

Фактичне значення еф при бічному висвітленні визначимо за формулою:

еф=еб×q×r1×T0/Kз,

де q=0,75- коефіцієнт враховуючий нерівномірну яскравість неба і залежить від кутової висоти α середини світлового прорізу над робочою поверхнею;

Кз = 1,3- коефіцієнт запасу (виробниче приміщення з повітряним середовищем, що містить менш 1мг/м3 пилу);

r1 - коефіцієнт, що враховує відображення світла від внутрішніх поверхонь приміщення. Даний коефіцієнт залежить від ряду факторів:

відношення глибини приміщення b = 5 м до висоти верха вікна від рівня робочої поверхні до верха краю вікна h = 2,9 м;

відношення відстані l = 1 м розрахункової точки від зовнішньої стіни до глибини приміщення;

відношення довжини приміщення lп =10 м до його глибини;

середньозваженого коефіцієнта приміщення, що розраховується за формулою:

,

де r1,r2,r3 - коефіцієнт відображення відповідно стелі, стін і підлоги знайдений по таблиці і рівний ρ1= 0,7; ρ2= 0,6; ρ3= 0,1;

S1,S2, S3 - площі стелі, стін, підлоги.

Для розглянутого приміщення: S1=50 м2, S2=84 м2, S3=50 м2.

При відношенні

b/h=5/2,9=1,7;

l/b=1/5=0,2;

lп/b=10/5=2;

rпорівн=0,4;

Одержимо r1=2,1.

еб- геометричний КПО в розрахунковій точці при бічному освітленні.

еб=0,01×(n1×n2),

де n1=6 - кількість променів за графіком Данилюка I, що проходять від неба через світлові прорізи в розрахункову точці на поперечному розрізі приміщення;

n2=42 - кількість променів за графіком Данилюка II, що проходять від неба через світлові прорізи в розрахунковій точці.

еб=0,01×6×42=2,52

T0 - загальний коефіцієнт світло пропускання, який визначається за формулою:

T0=T1 ×T2 ×T3 ×T4 ×T5,

Де T1 - коефіцієнт світло пропускання матеріалу скла (подвійна шибка Т1=0,8);

T2 – коефіцієнт, що враховує втрати світла в плетіннях світло прийому (плетіння дерев'яні спарені Т2=0,7);

T3 - коефіцієнт враховуючий утрати світла в несучих конструкціях (при бічному висвітленні Т3=1);

T4- коефіцієнт враховуючий утрати світла в сонцезахисних пристроях ( при регульованих жалюзі Т4=1);

T5- коефіцієнт враховуючий утрати світла в захисній сітці (при бічному висвітленні Т5=1 );

Т0=0,8×0,7×1×1×1=0,56

Підставимо отримані результати в формулу:

еф=еб×q×r1×T0/Kз=2,52×0,75×2,1×0,56/1,3=1,71

З проведеного розрахунку видно, що значення необхідне по природному освітленню виконується цілком, тому що розрахункове значення КПО для робочої точки більше нормованого значення КПО.

10.5.2 Розрахунок штучного освітлення.

У розглянутому приміщенні, використовується система загального рівномірного освітлення. Як джерело світла використовуються люмінесцентні лампи низького тиску ЛБ 40 у кількості 32 штук, розміщені в шістнадцяти світильниках, розташовані на стелі в чотири ряди.

Перевіримо освітленість, забезпечувану загальним рівномірним штучним освітленням. Для визначення освітленості застосуємо метод коефіцієнта використання світлового потоку:

,

де N - кількість світильників у приміщенні;

n - кількість ламп в одному світильнику (n = 4);

Фл- світловий потік лампи, лм Фл = 3120лк. по для світильників ЛБ-40;

m - коефіцієнт, що враховує збільшення освітленості за рахунок відображення (m = 1.2);

m - кількість напіврядів світильників (m = 4);

ei - відносна освітленість за рахунок i-го напівряду світильників у розглянутій точці;

y - коефіцієнт переходу від горизонтального освітлення, створюваного i-м напіврядом у розглянутій точці до освітлення в похилій площині;

K3 - коефіцієнт запасу (При використанні люмінесцентних ламп у приміщеннях з повітряним середовищем, що містить менш 1мг/м3 пилу, Кз = 1.5);

h - висота підвісу світильників відносно поверхні робочого місця (h=2.6м);

lp - довжина ряду світильників, м (lp = 10 м);

Для визначення табличного значення функції e знаходимо відношення p і l:

p = p / n,

де p - відстань розрахункової точки до проекції ряду світильників на

горизонтальну площину;

p = 1/4 = 0.25;

l = l2 / n, де

l2 - відстань розрахункової точки від стіни (2.5 м).

l = 2.5 / 4 = 0.62.

Для кута a = 25° падіння світла Ia = 162 Лм.. по Ia для світильників 9-ї групи визначимо f(p l) =0.55

e = f(p l) ×Ia = 0.55×162 = 89;

Норма загального освітлення робочих місць (контраст об'єкта розрізнення середній, розряд зорової роботи 3у; робота високої точності) складає 300 Лк. Тому, що Е фактичне > Е необхідне, то СНиП 11-4-79/85 виконуються.

Також кожне робоче місце обладнане джерелом місцевого освітлення, для виконання можливих робіт пов’язаних з виконанням операцій високої точності.

10.5.3 Оцінка інтенсивності інфрачервоного випромінювання (ІЧВ).

ІЧВ має на організм людини тепловий вплив, ефект якого залежить від довжини хвилі, що є умовою для глибини проникнення. Дія ІЧВ при поглинанні в різних шарах шкіри зводиться до її нагрівання, що обумовлює переповнення кровоносних судин кров'ю і посиленню обміну речовин. Збільшується зміст фосфору і натрію в крові, відбувається поляризація шкіри людини. ІЧВ впливає на функціональний стан центральної нервової системи, викликаючи зміни в серцево-судинній системі. Довгохвильове ІЧВ, проникаючи в очні середовища, викликає ряд патологічних змін: коньюктиви, помутніння роговиці, депігментація райдужної оболонки, спазм зіниць і інші.

Джерелами ІЧВ в розглянутому випадку є паяльники. Температуру паяльників знайдемо з наступних розумінь - припій ПОС-61 має температуру плавлення + 190 С. Температура паяльника повинна бути вище на 50-70 С. Тому паяльник нагрівається до температури + 260 С. Для оцінки відповідності рівня ІЧВ припустимим значенням санітарних норм необхідно визначити довжину хвилі цього випромінювання:

l=2.88/T;

l- довжина хвилі, мм;

Т - температура випромінюючої поверхні.

l = 2.88/503= 5.73 мкм;

Згідно норм ГОСТ12.1.005-88 та ДСН 3.3.в.042 - 99 при опроміненні Sдоп < 25% припустимою щільністю потоку енергії рівної:

S=p(d1×l1+d2×l2+d3×l3),

де S - випромінювана поверхня паяльника. Знайдемо випромінювану поверхню паяльника, як суму поверхонь трьох циліндрів:

d1=0,004 м; l1=0,03 м;

d2=0,01 м; l2=0,03 м;

d3=0,005 м; l3=0,05 м;

S=3,14×(0,004×0,03+0,01×0,03+0,005×0,05)=0,0021 м2;

Визначимо інтенсивність опромінення. Тому що відстань від джерела випромінювання до людини r=0.2м > =0.046м, то застосуємо точковий метод:

q=0.91×S×((T/100)4-A)/r2;

А = 85 для шкірного покриву людини;

q=0.91×0.0021×((503/100)4-85)/0.22=26,5 Вт/м2;

При довжині хвилі l =5.76 мкм qдоп = 120 Вт/м2. Тому що q<qдоп, то додаткових заходів захисту застосовувати не потрібно.

10.6 Акустичний шум в робочому приміщені.

Шум шкідливо діє на здоров’я людині. Для організації оцінки шуму санітарними нормами допускається користатися загальним рівнем, вимірюваними шумо - вимірювачем по шкалі "А" названого рівнем звуку, що потім порівнюють із припустимим рівнем для даного типу приміщення, рівним 55 дбА, відповідно до ДСН 3.3.6.037-99

Максимальний рівень шуму в приміщенні 45дбА, тобто нижче припустимого. У приміщенні цеху ніяких видів вібрації немає.

10.7 Аналіз потенційних причин ураження електричним струмом. Електробезпека.

По способу захисту людини від ураження електричним струмом згідно ГОСТ12.2.007.0-75 основну i допоміжну апаратуру відносять до 01 класу.

Згідно ГОСТ 12.1.038-88, граничного допустимі напруги дотику i струми через людину при нормальному (неаварійному) режимі роботи виробу наведені в таблиці №10.3:

Таблиця №10.3.

Тривалість дії напруг вказаних в таблиці не більше 10 хвилин на добу, встановлено з реакції чутливості. Напруга дотику i струму для людей, працюючих в умовах високих температур (вище 25`С) i вологості (більш 75%) повинна бути зменшена в три рази.

Згідно технічного завдання експлуатація модуля передбачає в умовах виробництва при живленні від мережі змінного струму 220В, 50Гц. Оскільки в виробничих умовах є можливість одночасного дотику людини до з`єднаних з землею конструкціями, то це обумовлює категорію приміщень, як приміщення з підвищеною небезпекою.

Значення робочої напруги дотику i струму крізь людину не повинно перевищувати значень, вказаних в таблиці що приведена вище.

При аварійному режимі роботи напруга дотику i струму через людину не повинна перевищувати значення, вказані в таблиці №10.4:

Таблиця №10.4.

Гранично допустимі значення напруг дотику i струму, що проходять крізь людину, відповідають випускаючим (змінним) i не больовим (постійним) струмам, при аварійному режимі роботи електрообладнання.

Для захисту людини від ураження електричним струмом в виробничих приміщеннях використовується занулення устаткування. При наявності занулення замикання фази на корпус перетворюється в однофазне коротке замикання від струму, якого спрацьовує пристрій максимального стругового захисту i вимикає пошкоджене електрообладнання.

Розрахунок на виникаючу здатність, включає знаходження величини струму короткого замикання i перевірку кратності його по відношенню до номінального струму пристрою максимального струмового захисту.

Вхідні данні для розрахунку:

Uф = 220 В – фазна напруга;

кабель чотирьох жильний 3 ´ 150 мм2 плюс 1´70 мм2;

матеріал – алюміній (r = 0.028 Ом´мм2 / м );

відстань від трансформатора до споживача L = 250 м;

номінальний струм спрацювання автомата захисту Iном – 250 А.

Струм однофазного короткого замикання визначимо за формулою:

, де

активний опір фазного дроту:

rф = ( с × L ) / Sф = ( 0.028 × 250 ) / 15 = 0,47 Ом

активний опір нульового дроту:

rн = ( с × L ) / Sн = ( 0.028 × 250 ) / 7 = 1 Ом

rи = 0,3 Ом – розрахований опір трансформатора потужністю 250 кВ * А. Кратність струму однофазного короткого замикання по відношенню до номінального струму спрацювання автомата захисту дорівнює:

З розрахунків видно, що при однофазному короткому замиканні автомат струмового захисту буде надійно спрацьовувати.

При однофазному короткому замиканні нульовий дріт i з`єднаний з ним корпус електроустаткування за час спрацювання максимального струмового захисту знаходяться під напругою ( Uпр ) відносно землі:

Uпр = Iк.з × rн = 100 × 1 =100 В.

Ця напруга Uпр < Uпр.доп. згідно з ГОСТ12.1.038-88 при t<0.1с (Uпр=500В).

З метою зниження Uпр як в нормальному так i в аварійному режимі необхідно використовувати повторне заземлення нульового дроту.

10.8 Заходи щодо пожежної безпеки.

Розглянуте приміщення відповідно до ОНТП 24 – 86 та СНиП 2.09.02-85 можна віднести до категорії “В” по вибухо - пожежній небезпеці, робоча зона приміщення згідно з ПУЕ відноситься до класу П-ІІа по пожежній небезпеці тобто це приміщення у якому знаходяться тверді і волокнисті пальні речовини (дверні рами, двері, меблі і т.д.).

В розглянутому приміщенні знаходиться дорогі прилади, тому пожежа може привести до великих матеріальних утрат. Отже, проведення робіт із створення умов, при яких імовірність виникнення пожежі зменшується, має важливе значення.

Можливими причинами виникнення пожежі можуть бути :

- коротке замикання проводки;

- паління в недозволених місцях, користування побутовими електронагрівальними приладами.

У зв'язку з цим відповідно до ПУЕ необхідно передбачити наступні заходи:

- ретельна ізоляція всіх струмоведучих провідників до робочих місць; періодичний огляд і перевірка ізоляції;

- суворе дотримання норм протипожежної безпеки на робочому місці.

Проводяться організаційно-технологічні заходи (заборона паління, інструктаж).

На випадок виникнення пожежі забезпечена можливість безпечної евакуації людей через евакуаційні виходи. У приміщенні є план евакуації. Мінімальний час евакуації відповідає вимозі СНиП 2.01.02-85, а максимальна віддаленість робочих місць від евакуаційних виходів відповідає вимогам СНиП 2.09.02-85. Необхідна кількість евакуаційних виходів, ширина проходів і ступінь вогнестійкості будинку також відповідає вимогам СНиП 2.01.02‑ 85 і СНиП 2.09.02‑ 85.

У приміщенні лабораторії знаходяться:

вогнегасник ОУБ-3 – 1шт.;

вогнегасник ОП-1 "Момент" – 1шт.

Така кількість вогнегасників відповідає вимогам ISO3941-87, якими передбачене обов'язкова наявність двох вогнегасників на 100 м2 площі підлоги для приміщень.

По вогнестійкості приміщення лабораторії відноситься до II ступеня вогнестійкості (ГОСТ 12.1.004‑76), тобто механічні конструкції в приміщенні, стіни виконані з неспалимих матеріалів. Робочі місця для виконання робіт у положенні сидячи, організовані відповідно до ГОСТ 12.2.032‑ 78. Висота робочого столу вибирається рівною 0.8 м.

На випадок виникнення пожежі на сходовій площадці за приміщенням установлений пожежний щит, обладнаний пожежним інвентарем і вогнегасником марки ОУ–5 відповідно до вимог IS03941‑ 77 (вогнегасник вуглекислий, ручний) для гасіння загорянь різних матеріалів і установок під напругою до 1000В і хімічні, пінні ОХП‑10 вогнегасник для гасіння твердих матеріалів. Згідно ОНТП 24‑86 і ГОСТ 12.4.009-83 у пожежний щит входять:

азбест;

шухляда з піском;

пожежний інвентар.

Крім того, на сходових площадках мається водопровід із внутрішніми пожежними кранами. Для зв'язку з пожежною охороною служить внутрішній телефон. У робочому приміщенні виконуються усі вимоги по пожежонебезпеці відповідно до вимог НАПБ.А.01.001‑ 95 “Правила пожежної безпеки в Україні”.

З робітниками й обслуговуючим персоналом передбачаємо проведення протипожежного інструктажу, занять і бесід.

11 Техніко-економічне обґрунтування виробництва.

В цьому розділі дипломної роботи розглянуті питання пов’язані з визначенням собівартості виробництва блоку живлення комп’ютеру(схема електрична див. додаток), його рівня якості як нового виробу, зроблено аналіз ринку і конкурентної спроможності, доцільності виробництва.

11. 1 Аналіз ринку.

Розроблений ІБЖ має наступні показники:

вихідні розмикачі – 8;

загальний ККД – 75%;

вихідна потужність – 350Вт;

робоча частота – 60кГц;

об’єм – 0.018м3;

вага – 2.1кг.

Розроблювальний ІБЖ комп’ютеру є не новим товаром на ринку України і повинен створити конкуренцію ІБЖ закордонного виробництва при цьому мати вищі показники якості, надійності, низьку собівартість.

Реалізація виробу буде здійснюватись на ринку країн СНГ серед компаній, що займаються виготовленням комп’ютерної та офісної техніки високої якості для урядових організацій та інформаційних систем. Попит на виріб на ринку очкується приблизно 15 тис. на рік. Виріб буде продаватись оптовим замовникам та в роздріб в магазинах, які спеціалізуються з продажу комп’ютерної техніки.

Головним конкурентом на ринку є Корейська фірма Codegen. Аналогом за технічними характеристиками є модель Codegen 350Х, який має наступні характеристики:

вихідні розмикачі – 4;

загальний ККД – 65%;

вихідна потужність – 350Вт;

робоча частота – 30кГц;

об’єм – 0.018 м3;

вага - 1.8.

Приймемо серійне виробництво з серією 10 000 шт/рік.

11.2 Оцінка рівня якості виробу.

Вхідні положення.

Для оцінки рівня якості виробу використовується коефіцієнт технічного рівня (), який розраховується для кожного варіанту інженерного рішення:

, де

– коефіцієнт вагомості -го параметра якості -го варіанта в сукупності прийнятих для розгляду параметрів якості;

– оцінка -го параметра якості -го варіанта виробу;

– кількість параметрів виробу.

При наявності кількісної характеристики виробу коефіцієнт технічного рівня можна визначити за формулою:

, де

– відносний (одиничний) -й показник якості.

Обґрунтування системи параметрів виробу і визначення відносних показників якості.

На основі даних про зміст основних функцій, які повинен реалізовувати виріб, вимог замовника, а також умов, які характеризують експлуатацію виробу, визначають основні параметри виробу, які будуть використані для розрахунку коефіцієнта технічного рівня виробу.

Відносні показники якості по будь-якому параметру , якщо вони находяться в лінійній залежності від якості, визначаються за формулами:

або

,

де

, – числові значення -го параметру відповідно нового і базового виробів.

Перша формула використовується при розрахунку відносних показників якості, коли збільшення величини параметра веде до покращення якості виробу.

Друга формула використовується при розрахунку відносних показників якості, коли збільшення величини параметра веде до погіршення якості виробу.

Коли нелінійний зв’язок між параметрами і якістю виробу, слід використовувати наступні формули:

Параметри нового і базового виробу приведені в таблиці №11.1.

Таблиця №11.1 параметрів нового і базового виробу.

№	Параметр	Умовне позначення	Абсолютне значення параметру		Показник якості
			новий	базовий
1	Вихідні розмикачі	,штук	8	4	2
2	Загальний ККД	,%	75	65	1.154
3	Потужність виходу	,Вт	350	350	1
4	Робоча частота	,кГц	60	30	2
5	Об’єм	V,м3	0.018	0.018	1
6	Вага	,кг	2.1	1.85	0.811
7	Кількість навісних елементів	,штук	152	161	1.059

11.3 Визначення коефіцієнтів вагомості параметрів.

Вагомість кожного параметра в загальній кількості розглядаємих при оцінці параметрів визначається методом попарного порівняння. Оцінку проводить експертна комісія, кількість членів якої повинна дорівнювати непарному числу (не менше 7 чол.). Експерти повинні бути фахівцями у даній предметній галузі. Після детального обговорення та аналізу кожний експерт оцінює ступінь важливості параметрів шляхом присвоєння їм рангів. В денному випадку оцінки дають 7 експертів в галузі РЕС. Результати рангування параметрів заносимо в таблицю.

Далі обчислимо суму рангів кожного показника:

, де

ранг і-го параметра, визначений j-м експертом; N –число експертів.

Обчислюємо середню суму рангів (Т):

, де

n –кількість оцінюваних параметрів;

- загальна сума рангів, що дорівнює:

Далі визначаємо відхилення суми рангів кожного параметру (Ri) від середньої суми рангів (Т):

Сума всіх повина=0.

Таблиця №11.2 результатів рангування.

№ параметра	Ранг параметра за оцінкою експерта							Сума рангів Ri	Відхилення
	1	2	3	4	5	6	7
1	7	7	7	6	7	7	6	47	19	361
2	6	5	6	5	7	6	6	41	13	169
3	4	4	3	5	3	4	2	25	-3	9
4	5	6	4	5	6	3	3	32	4	16
5	1	1	1	1	1	1	1	7	-21	441
6	2	2	4	3	2	4	5	22	-6	36
7	3	3	3	3	2	3	5	22	-6	36
	1068

Обчислюємо та загальну суму квадратів відхилень:

;

Визначимо коефіцієнт узгодженості:

Визначена розрахункова величина W порівнюється з нормативною Wн (якщо WWн, визначені данні заслуговують на довір’я і придатні до використання ).

Для електровимірювальних і радіотехнічних виробів Wн=0,77.

Порівнявши WWн – робимо висновок - розрахунки зроблені вірно.

Використовуючи отримані від кожного експерта результати рангування параметрів проводиться попарне порівняння всіх параметрів. Результати порівняння заносяться до таблиці №11.3:

Таблиця №11.3 результатів порівняння параметрів.

Параметри	Експерти							Підсумкова оцінка	Значення коефіцієнтів переваги ()
	1	2	3	4	5	6	7
1 і 2 1 і 3 1 і 4 1 і 5 1 і 6 1 і 7	< < < < < <	< < < < < <	< < < < < <	< < < < < <	= < < < < <	< < < < < <	= < < < < <	< < < < < <	0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
2 і 3 2 і 4 2 і 5 2 і 6 2 і 7	< < < < <	< > < < <	< < < < <	= = < < <	< < < < <	< < < < <	< < < < <	< < < < <	0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
3 і 4 3 і 5 3 і 6 3 і 7	> < < <	> < < <	> < > =	= < < <	> < < <	< < < <	> < > >	> < < <	1.5 0.5 0.5 0.5
4 і 5 4 і 6 4 і 7	< < <	< < <	< < <	< < <	< < <	< > =	< > >	< < <	0.5 0.5 0.5
5 і 6 5 і 7	> >	> >	> >	> >	> >	> >	> >	> >	1.5 1.5
6 і 7	>	>	<	=	=	<	=	=	1

В даний час найбільш широко використовуються наступні значення коефіцієнтів переваги ():

де – параметри, які порівнюються між собою.

На основі числових даних і таблиці складають квадратну матрицю - розрахунок вагомості параметрів

Таблиця №11.4 результатів розрахунку коефіцієнтів вагомості.

Параметри	Параметри							Перша ітерація		Друга ітерація
	1	2	3	4	5	6	7
1	1.0	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	4	0.0816	0.541	0.084
2	1.5	1.0	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	5	0.102	0.632	0.098
3	1.5	1.5	1.0	1.5	0.5	0.5	0.5	7	0.1428	0.877	0.136
4	1.5	1.5	0.5	1.0	0.5	0.5	0.5	6	0.1224	0.745	0.116
5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.0	1.5	1.5	10	0.2040	1.398	0.217
6	1.5	1.5	1.5	1.5	0.5	1.0	1.0	8.5	0.1735	1.122	0.174
7	1.5	1.5	1.5	1.5	0.5	1.0	1.0	8.5	0.1735	1.122	0.174
Всього	49	1	6.437	0.999

Розрахунок вагомості (пріоритетності) кожного параметра проводиться за наступними формулами:

, де

– вагомість -го параметра за результатами оцінок всіх експертів; визначається як сума значень коефіцієнтів переваги () даних усіма експертами по -му параметру.

Результати розрахунків заносяться в таблицю.

Відносні оцінки вагомості () розраховуються декілька раз, доки наступне значення буде незначно відхилятися від попереднього (менше 5%). На другій ітерації значення коефіцієнта вагомості () розраховується так:

, де

визначається .

Відносна оцінка, яка отримана на останній ітерації розрахунків, приймається за коефіцієнт вагомості () -го параметру.

За отриманими значеннями і визначаємо коефіцієнт технічного рівня:

11.4 Розрахунок собівартості виробу.

Розрахунок собівартості виробу, що проектується, передбачає складання калькуляції відповідно до встановленого в галузі переліку статей витрат. Ціни взяті з прайсу фірми Імрад за 10.01.2005.

11.5 Калькуляція собівартості .

Калькуляція собівартості складається згідно з “Типовим положенням з планування, обліку і калькулювання собівартості (робіт, послуг) у промисловості. В даній роботі будуть враховані статті калькуляції, які найчастіше використовуються на підприємствах приладобудівних галузей виробництва.

11.6 Сировина та матеріали.

Витрати на придбання матеріалів обчислюються на підставі норм їх витрачання і цін з урахуванням транспортно-заготівельних витрат.

, де

- норма витрат i-го матеріалу на одиницю продукції, грн;

- ціна одиниці і-го матеріалу, грн.;- коефіцієнт, який враховує транспортно-заготівельні витрати.

Розрахунки зводяться у таблицю №11.5:

Таблиця №11.5 розрахунку витрат на сировину і матеріали.

11.7 Покупні комплектуючі виробі, напівфабрикати, роботи і послуги виробничого характеру сторонніх підприємств та організацій.

Розрахунки по витратам на покупні вироби та напівфабрикати зводяться у таблицю №11.6:

Таблиця №11.6 розрахунків по витратам на покупні вироби та напівфабрикати.

11.8 Основна заробітна плата.

Витрати за цією статтею розраховуються по кожному виду робіт (операцій) залежно від норми часу (нормативної трудомісткості) та погодинної тарифної ставки робітників:

, де

–погодинна тарифна ставка для -го виду робіт (операцій), грн.;

– норма часу для -го виду робіт (операцій), н. годин.

Перелік робіт (операцій) відповідає технологічному процесу виробництва виробу. Норми часу для монтажних робіт визначаються типовими нормами часу на монтажні роботи. Результати зведені у таблиці №11.7:

Таблиця №11.7 норм часу для монтажних робіт.

11.9 Додаткова заробітна плата.

Витрати за цією статтею визначаються у відсотках до основної заробітної плати:

, де

– коефіцієнт, який враховує додаткову зарплату.

11.10 Відрахування на соціальне страхування .

За діючими з 1.01.2003р. нормативами відрахування на соціальне страхування складає 39,55% від суми основної та додаткової заробітної плати:

грн., де

– коефіцієнт, який враховує відрахування на соціальні потреби.

11.12 Загальновиробничі витрати .

Враховуючи, що собівартість виробу визначається на ранніх стадіях його проектування в умовах обмеженої інформації щодо технології виробництва та витрат на його підготовку у загально виробничі витрати включаються, крім власне цих витрат, витрати на: освоєння основного виробництва, відшкодування зносу спеціальних інструментів і пристроїв цільового призначення, утримання та експлуатацію устаткування. При цьому загально виробничі витрати визначаються у відсотках до основної заробітної плати. При такому комплексному складі загально виробничих витрат їх норматив () досягає 200–300%.

11.13 Адміністративні витрати.

Ці витрати відносяться на собівартість виробу пропорційно основній заробітній платі і на приладобудівних підприємствах вони становлять () 100–200%:

11.14 Витрати на збут.

Витрати за цією статтею визначаються у відсотках до виробничої собівартості (звичайно, ), - сума за усіма наведеними вище статтями калькуляції, являє повну собівартість продукції.

Результати виконаних розрахунків зведені і таблиці №11.8:

Таблиця №11.8 статті витрат.

11.15 Визначення ціни виробу.

З різних методів ціноутворення на попередніх етапах проектування досить поширений метод лімітних цін, за якого визначають нижню та верхню межі ціни.

11.16 Нижня межа ціни.

Нижня межа ціни захищає інтереси виробника продукції та передбачає, що ціна повинна покрити витрати виробника, пов'язані з виробництвом і реалізацією продукції, та забезпечити рівень рентабельності не нижчий за той, що має підприємство під час виробництва вже освоєної продукції:

– оптова ціна підприємства, грн.;

– повна собівартість виробу, грн.;

– нормативний рівень рентабельності, 10%;

– податок на додану вартість, 20%.

грн.

грн.

11.17 Верхня межа ціни.

Верхня межа ціни () захищає інтереси споживача і визначається тією ціною, яку споживач готовий сплатити за продукцію з кращою споживчою якістю

– ціна базового виробу, грн.( );

КТР – рівень якості нового виробу відносно базового;

11.18 Договірна ціна.

Договірна ціна () може бути встановлена за домовленістю між виробником і споживачем в інтервалі між нижньою та верхньою лімітними цінами.

Виходячи з виразу: , вибираємо ціну на виріб.

11.19 Визначення мінімального обсягу виробництва продукції.

Собівартість річного випуску продукції:

, де

- повна собівартість одиниці продукції, грн.;

- умовно-змінні витрати =0.75;

- умовно-постійні витрати =0.25;

Х - виробнича потужність підприємства X=12000 од./рік;

- річний обсяг випуску продукції =10000 од./рік;

987000 грн.

Вартість річного випуску продукції :

Обсяг продукції при якому прибуток дорівнює 0:

одиниць.

Обсяг продукції при якому буде досягнуто запланований рівень рентабельності

одиниць

Річний прибуток при досягненні запланованого рівня рентабельності складе:

грн.

Побудуємо графік на якому покажемо значення та :

Висновки.

В цьому розділі дипломної роботи були проведені аналіз ринку, рівня якості і конкурентоспроможності ІБЖ комп’ютеру, розрахунки собівартості виробництва, доцільність виробництва, визначення ціни виробу.

Повна собівартість ІБЖ складає: 94 грн.

Нижня межа ціни: .

Верхня межа ціни: .

Договірна ціна:

Обсяг продукції при якому прибуток дорівнює 0 грн. - один.

Обсяг продукції при якому буде досягнуто запланований рівень рентабельності один.

Майже 75% від собівартості виробу складають покупні вироби, напівфабрикати, роботи і послуги виробничого характеру сторонніх підприємств. З цього можна зробити висновок що, собівартість виробу переважно залежить від покупних радіо матеріалів і компонентів. Тому основним шляхом зниження собівартості виробу є налагоджування поставок комплектуючих безпосередньо від виробників.

Список литературы

1. В.Т. Белинский; В.П.Гондюл; А.Б. Грозин; К.Б. Круковский-Синевич; Ю.Л. Мазор

«Практическое пособие по учебному конструированию» Киев «Вища школа»1992;

2. В.Б. Карпушин «Вибрации и удары в радиоаппаратуре» Издательство «Советское радио» Москва-1971;

3. Л.Л. Роткоп; Ю.Е. Спокойный; «Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА» Москва «Советское радио» 197;.

4. А.М Хаскин «Черчение» Киев «Вища школа» 1979;

5. А.В. Потишко; Д.П. Крушевская «Справочник по инженерной графике» Издательство «Будiвельник» Киев-1976;

6. А.В. Головко; В.Б. Любицкий «Блоки питания для системных модулей типа IBM PC-XT/AT» «Лад и Н» Москва – 1995;

7. Бальян Р.Х. Барканов Н.А. Борисов А.В. «Краткий справочник радиоэлектронной аппаратуры» под редакцией Вараламова Р.Г. Москва-1973.

8. ATX Power Supply Design Guide version 2.01 June 2004.

9. www.firechildsemi.com

10. Data Sheet LM393. 2002 Jan 22

11. www.skyline.com.ua

12. http://www.compdoc.ru/peripherals/body/asus_a30x/

13. http://www.it-link.com.ua/cgi-bin/p.cgi?a=tvr&t=3D2135&s=&g=NSK1

14. http://itc.ua/article.phtml?ID=14601

15. Справочник по охране труда на промышленном предприятии. / К.М.Ткачук – Киев: Техника, 1991.

16. Методические указания к выполнению домашних заданий по разделу «Мероприятия по охране труда при пайке», КПИ, 1984г.