Разработка принципиальной схемы источника питания
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
Электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра МНЭ
отчет
По производственно-технологической практике
Тема: Разработка принципиальной схемы источника питания генератора субнаносекундных импульсов
| Студент гр. 3282 | Фомичев К.В. | |
| Руководитель | Комиссаров С.С. |
Санкт-Петербург
ЗАДАНИЕ на производственно-технологическую практику
| Студент Фомичев К.В. | ||||||||||||||||||
| Группа 3282 | ||||||||||||||||||
| Тема практики: Разработка принципиальных схем источника питания генератора субнаносекундных импульсов | ||||||||||||||||||
Задание на практику:
| ||||||||||||||||||
| Сроки прохождения практики: 18.02.2016 – 15.05.2016 | ||||||||||||||||||
| Дата сдачи отчета: 01.06.2016 | ||||||||||||||||||
| Дата защиты отчета: 01.06.2016 | ||||||||||||||||||
|
Аннотация
В данной работе выполнена разработка принципиальной схемы источника питания генератора субнаносекундных импульсов, а также разработано встроенное ПО для микроконтроллера STM32F030, осуществляющего управление источником.
Summary
This work contains design of electronic schematic of sub- nanosecond pulse generator power supply and writing program for STM32F030 MCU, that controls this power source.
содержание
| Введение | |
| 1. Разработка принципиальной схемы источника питания | |
| 2. Разработка встроенного ПО для микроконтроллера stm32f030 | |
| Заключение | |
| Cписок использованных источников | |
| Приложения | |
введение
Целью производственно-технологической практики являлось освоение систем автоматического проектирования, используемых при разработке электроники, таких как Altium Designer и IAR Embedded Workbench, а также проектирование импульсного источника питания для генератора субнаносекундных импульсов на ДДРВ.
Проектирование электронного устройства включает в себя такие важные этапы как разработка принципиальной схемы устройства, трассировка печатных плат, написание программного кода для микроконтроллеров / ПЛИС, сборка и наладка.
В течение 3 месяцев я работал в лаборатории НОЦ «ЦМИД», специализирующейся в этой области.
Разработка принципиальной схемы источника питания
Согласно ТЗ, источник должен иметь мощность 40Вт, регулируемое выходное напряжение 25 – 75 В и гальваническую развязку низко- и высоковольтной частей. Питание источника осуществляется от встроенных литий-полимерных батарей емкостью 10 ампер-часов. Предусмотрен комплекс аппаратных и программных защит: двухуровневая защита от короткого замыкания на выходе, защита по максимальному току нагрузки, защита по температуре силовой части преобразователя, защита по низкому и высокому уровням напряжения батарей.
Было принято решение строить двухтактный повышающий преобразователь топологии Push-Pull, т.к. данная топология наиболее удачно подходит к требованиям, изложенным в техническом задании. Двойная амплитуда напряжения на стоке силовых транзисторов, работающих в ключевом режиме, позволяет увеличить напряжение первичной обмотки и уменьшить коэффициент трансформации силового импульсного трансформатора. За счет работы транзисторов в ключевом режиме возможно добиться высокого КПД и отказаться от использования активного охлаждения и радиаторов в принципе (в данном устройстве роль радиаторов выполняет участок фольгированного текстолита), т.к. потери на ключах составляют не более 3-4 Вт.
В качестве задающего генератора ШИМ использована ИМС SG3525, гальваническая развязка низко- и высоковольтной частей реализована с помощью трансформатора на сердечнике EFD25 и оптрона FOD817, стоящего в обратной связи данного DC-DC-конвертера. Включение / выключение высоковольтного выхода осуществляется транзистором VT9.
Принципиальная схема преобразователя представлена в приложении 1 на листе 2.
Измерением значений напряжения и тока в данном устройстве занимается внешний 12-битный АЦП MCP3201 (приложение 1, лист 7). От использования встроенного АЦП микроконтроллера stm32f030 было решено отказаться из-за необходимости применения аналоговых изоляторов.
В данном случае АЦП подключен к высоковольтной земле, измеренные значения отправляются на микроконтроллер через изоляторы ISO7221. Через эти же изоляторы АЦП получает команды управления.
В верхней части листа находится переключатель режимов измерения (напряжение / ток) и аппаратная защита по току, работающая независимо от микроконтроллера и от выбранного режима измерения АЦП. Уровни приводятся к оптимальным для АЦП с помощью операционных усилителей AD8608.
На 4 листе приложения 1 представлен участок схемы, содержащий микроконтроллер stm32f030c8t6 и его обвязку. Помимо микроконтроллера на листе расположены температурный датчик DS1820, супервизор DS1815-10, служащий для принудительно перезагрузки микроконтроллера в случае просадки на линии +3.3 В, и 20-пиновый разъем IDC-20 для подключения платы к отладчику J-LINK или подобному, использующему интерфейс JTAG.