Разработка конструкции преобразователя напряжения

Значение определяется по формуле: , где: - допустимая рабочая температура компонента. Выбирается по самому наихудшему компоненту по критерию устойчивости к повышенной температуре. - максимальная для заданной климатической зоны температура внешней среды. - температура перегрева корпуса, в который будет установлена плата. Для учебных целей .Верхнее значение температуры для данной климатической зоны(ТС) .Наименее устойчивыми к повышенной температуре являются микросхемы . Значение Рos и являются координатами точки, положение которой на диаграмме (рисунок 4) определяет систему охлаждения конструкции. Найдя на диаграмме положение точки (Рos , ) выясняем, что она попадает в зону 1, которой соответствует естественное воздушное охлаждение.Рисунок 4.1 - Диаграмма для определения системы охлаждения конструкции4.2 Определение группы жёсткостиПо условиям эксплуатации устройство преобразователя напряжения по ГОСТ 23752-79 соответствует второй группе жёсткости. Данный ГОСТ определяет устойчивость ПП к климатическим и механическим воздействиям.Таблица 4.1 – Требования по устойчивости ПП к климатическим и механическим воздействиям по ГОСТ 23752-794.3 Выбор метода изготовления ПППо ГОСТ 23751-86 для данного вида печатной платы можно применять два метода изготовления:Химически негативный.Химически позитивный.Таблица 4.2 – Последовательность операций в химически негативном и химически позитивном методах изготовления печатных плат4.4 Выбор материала основания ППДля химически негативного метода изготовления по ГОСТ 10316-78 применяются материалы основания ГФ1-35Г, СФ1-35Г, СТФ, СОНФМ, СТНФ. Для изготовления ОПП предпочтение отдается СТФ, так как использование этого материала значительно уменьшает толщину ПП. Подготовку поверхностей к проведению технологических операций осуществляют на многих этапах процесса производства ПП.Таблица 4.3 – Материалы основания ППДля изготовления МПП можно применять СТФ и СТНФ, оба материала являются теплостойкими, что является важным фактором для данной ПП. Но предпочтение отдается СТФ, так как использование этого материала значительно уменьшает толщину ПП.4.5Анализ надежности конструкции изделияОсновными количественными показателями надежности являются:а) вероятность безотказной работы Р(t) – вероятность того, что в заданном интервале времени отказа не произойдет.где - интенсивность отказа всего изделия, 1/ч;t – время работы изделия, ч;б) интенсивность отказа изделия в определенный момент времени, при условии, что до того отказа не было, :где - интенсивность отказа отдельного элемента, 1/ч;в) среднее время наработки на отказ Тср – время работы изделия до первого отказа,где - интенсивность отказа всего изделия, 1/ч;Инженерный расчет надежности на этапе проектирования позволяет определить уровень соответствия надежности разрабатываемого изделия заданным в ТЗ требованиям.Требования по надежности обычно задаются значением одного или нескольких показателей:средней наработки на отказ Тср;вероятности безотказной работы в течение заданного временикоэффициента готовности Кг.Расчет показателей надежности работы изделияAi=B1B2B3B4B5, где В1 – коэффициент, учитывающий влияние вибраций на ЭРЭ;В2 – коэффициент, учитывающий влияние ударов на ЭРЭ;В3 – коэффициент, учитывающий влияние влажности воздуха;В4 – коэффициент, учитывающий высоту над землей;В5 – коэффициент, учитывающий влияние температуры;Для стационарных условий эксплуатации значения коэффициентов:В1=1,04; В2=1,03; В3=1; В4=1.Значения коэффициента В5 для каждого элемента приведено в таблицеОпределение эксплуатационной интенсивности отказов элементов изделия λэi=λ0 i Mi·Ai·Kнi,где i – порядковый номер типоэлемента в таблице 1;λ0i – интенсивность отказов данного типоэлемента, 1/ч;Мi – количество элементов данного типа, шт.;Аi – эксплуатационный коэффициент i – типа;Кн – коэффициент нагрузки. Рассчитаем коэффициент нагрузки элементов:Для транзисторов:Кн=Pc/Pн=40/200=0.2Для микросхемы 0.3 так как используется только треть всей микросхемы.Для трансформатора 0.4 так как трансформатор имеет неиспользуемые обмотки.Для резисторов Pc/Pн=0.1/0.25=0.45Для конденсаторов Uc/Uн=5/17=0.3Результаты в таблице ниже№НаименованиеизделияКол. элем. Mi,шт.Коэф. В5Инт-ть отк. эл. λoi*10-6, 1/чКоэф. на-грузки КнЭкспл. коэф.АiЭкспл. инт-ть отказовλ эi*10-6, 1/чПечатная плата10,712,8Микросхема10,750,0130.30,80,135Конденсаторы керамические50,070,150,30,0750,058Резисторы70,230,030,450,250,089Пайка печатного контакта монтажа670,01113,91Провода и контактные соединения200,015110,3Определение суммарной эксплуатационной интенсивности отказов изделия., где n – количество типоэлементов в таблице 1. λ∑=7,5 · 10-6 , 1/ч Определение вероятности безотказной работы изделия.,где е=2,72 – основание натуральных логарифмов;t время работы изделия.Значение P(t) в различные моменты времени приведены в таблице ниже.Момент времени, ч500100050001000020000P(t) вероятность безотказной работы, 1/ч0.9980.9950,970,920,85Расчет наработки изделия до первого отказагде Тср – средняя наработка до первого отказа изделия.= 1555.55542 (дней)Вывод: в результате проведенного расчета изделие будет работать безотказно 7,2 года.Расчет показателей технологичности изделияКоэффициент использования микросхем и микросборок в изделииKи.мс.=Нмс / Нэрэ =0.05 где Нмс – общее количество микросхем в изделии, шт.;Нэрэ – общее количество ЭРЭ, шт.Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделий Ка.м. = На.м. / Нм =1где На.м. – количество монтажных соединений, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом, шт.;Нм – общее количество монтажных соединений, шт.Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу Км.п.эрэ = Нм.п.эрэ / Нэрэ ,=1где Нм.п.эрэ – количество ЭРЭ, подготовка которых к монтажу может осуществляться механизированным или автоматизированным способом, шт.Коэффициент повторяемости ЭРЭ Кпов.эрэ = 1 – Нт.эрэ / Нэрэ, =0.67 где Нт.эрэ – общее количество типоразмеров в изделии, шт.Коэффициент применяемости ЭРЭ Кп.эрэ = 1 – Нт.ор.эрэ / Нт.эрэ = 0.83 где Нт.ор.эрэ – количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии, шт.№Показатели технологичностиЗначениеКоэффициент γi1Kи.мс.0.0512Ка.м.113Км.п.эрэ10.754Кпов.эрэ0.670.3105Кп.эрэ0.830.187Основным показателем, используемым для оценки технологичности конструкции, является комплексный показатель технологичности конструкции изделия K = (K1*γ1 + K2*γ2 + …+ Kn*γn) / γ1 + γ2 +…+ γ =2.835/3.247=0.87где К – значение показателя, определяемого по таблице состава базовых показателей;γ - коэффициент, нормирующий весовую значимость показателя в зависимости от его порядкового номера в таблице;N – общее количество частных показателей;I – порядковый номер показателя в ранжированной последовательности;Уровень технологичности оценивается отношением полученного комплексного показателя к нормативному, которое должно удовлетворять условию( K / Kn ) >= 1( K / Kn ) = 5,8где К – полученный коэффициент;Кн – нормативный коэффициент технологичности.Исходя из полученных показателей технологичности выбран вариант техпроцесса для мелкосерийного производства, печатная плата производится негативным комбинированным методом.ЗаключениеВ ходе выполнения данной работы была выполнена разработка конструкции преобразователя напряжения, построенного на базе однокристального контроллера 1358EX0x. Сфера использования данного устройства достаточно широкая, от применения в качестве учебного пособия при изучении принципов работы МК, до программирования конечных устройств, используемых для, например, бортовых панелей.Разработанное устройство полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания. Данный модуль отвечает всем современным требованиям к электрическим приборам:безопасность использования;надежность;удобство в применении.В ходе выполнения выпускной работы была исследована литература по данному направлению, созданию печатных плат, нормативные документы по данной теме, изучено и проанализировано техническое задание на изделие, рассмотрено устройство и его применение, произведена характеристика электрической принципиальной схемы в целом и ее элементов в частности, выбран тип конструкции блока, компоновочной структуры ячеек и конструкции ПП, определен класс точности, метод и материалы изготовления. В расчетной части были выбраны габариты, определено число слоев и толщина печатной платы и произведен расчет элементов проводящего рисунка. В графической части были выполнены чертежи электрической принципиальной схемы, компоновки библиотечных компонентов и трассировки. Список литературыБорисов В.Ф.Конструирование РЭС: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию/Борисов В.Ф.,А.А. Мухин, А.В. Назаров и др. – М.: МАИ, 1991.Леухин В.Н., Павлов Е.П. Проектирование функционального узла на печатной плате Учебное пособие. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 2019. — 115 с. — ISBN 5-2З0-000416-9.Браун М. Источники питания. Расчет и конструирование Пер. с англ. С.Л. Попова. — К.: МК-Пресс, 2017. — 288 с.: ил.Белянин Л.Н. Конструирование печатного узла и печатной платы. Расчет надежности Учебно-методическое пособие. — Томск: Изд-во ТПУ, 2017. — 77 с.Хайбуллов К.А., Рязанов Д.Ю., Левчук В.И. Управляющие программы для автоматизированной сборки узлов и изделий Учебник. — М.: Академия, 2020. — 192 с. — ISBN 978-5-4468-8716-3.Онлайн расчёт площади радиаторов для транзисторов и микросхем. Режим доступа: https://vpayaem.ru/information4.html. Дата обращения: 18.05.22.Радиатор BLA152-50. Режим доступа: https://www.energy-m.su/ohladiteli/ohladitel-bla152-50/. Дата обращения: 18.10.20. Суходольский, В. Ю. Altium Designer. Сквозное проектирование функциональных узлов РЭС на печатных платах. Учебное пособие / В.Ю. Суходольский. - Москва: Гостехиздат, 2015. - 560 c.Муромцев Д.Ю., Тюрин И.В., Белоусов О.А. Конструирование узлов и устройств электронных средств Учебное пособие. — Ростов на Дону: Феникс, 2017. — 540 с.: ил. — (Высшее образование). ISBN 978-5-222-20994-3.Ушкар М.Н. Конструирование электронно-вычислительных средств: Учебное пособие к практическим занятиям. — М.: Изд-во МАИ, 2007 г.Справочник: надежность электрорадиоизделий. 2006