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: Этап Срок выполнения Отметка о выполнении 1. Ознакомление с системой автоматизированного проектирования радиоэлектронных срадств Altium Designer 15 Весь период прохождения практики Выполнено 2. Ознакомление с семейством 32-битных ARM-микроконтроллеров STM32 и средой разработки EWARM 7.40 Весь период прохождения практики Выполнено 3. Ознакомление с правилами выполнения принципиальных электрических схем Весь период прохождения практики Выполнено 4. Разработка принципиальной схемы источника питания генератора субнаносекундных импульсов 18.02.16-30.03.16 Выполнено 5. Разработка встроенного ПО для микроконтроллера STM32F030 в среде EWARM 7.40 01.04.16-15.05.16 Выполнено

Сроки прохождения практики: 18.02.2016 – 15.05.2016

Дата сдачи отчета: 01.06.2016

Дата защиты отчета: 01.06.2016

Студент гр. 3282   Фомичев К.В. Руководитель   Комиссаров С.С. Оценка практики руководителем

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.