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

Дипломная работа.

Киевский политехнический институт (КПИ)

Радиотехнический факультет

Киев 2005

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.