Разработка универсального источника бесперебойного питания (стр. 1 из 11)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Техническая часть. Обоснование обеспечения условий ТЗ

1.1 Обзор аналогов изделия

1.2 Обзор и анализ структурных схем систем бесперебойного питания. Описание структурных схем

1.3 Обоснование выбора элементов схемы

1.3.1 Выбор резисторов

1.3.2 Выбор конденсаторов

1.3.3 Выбор индуктивности и трансформаторов

1.3.4 Выбор активных элементов

1.4 Расчет печатной платы

1.4.1 Расчет площади печатной платы

1.4.2 Расчет параметров металлизированных отверстий

1.4.3 Расчет ширины печатных проводников

1.4.4Тепловой расчет

1.4.5 Расчет надежности устройства

2. Описание структурной схемы источника бесперебойного питания

2.1 Назначение

2.2 Устройство и принцип работы

2.3 Назначения узлов ИБП

2.4 Режимы работы ИБП

2.5 Средства индикации и коммуникации

2.6 Программное обеспечение

2.7 Основные функции

3. Экономический расчет

3.1 Анализ рынка

3.2 Расчет уровня качества. Основные технические параметры устройства

3.3 Определение важности каждого показателя

3.4 Расчет себестоимости устройства

3.5 Расчет затрат на приобретение материалов

3.6 Расчет расходов на покупные изделия и полуфабрикаты

3.7 Расчет основной заработной платы

3.8 Дополнительная заработная плата рабочих

3.9 Отчисление на социальное страхование

3.10 Общепроизводственные затраты

3.11 Административные расходы

3.12 Расходы на сбыт

3.13 Определение цены изделия

3.14 Определение минимального объема производства продукции

4. Охрана труда

Выводы

Перечень ссылок

Приложение А

Приложение Б

Введение

Целью дипломного проекта является разработка универсального источника бесперебойного питания (далее ИБП). Его универсальность заключается в том, чтобы он мог использоваться в любой аппаратуре мощностью до 600 Вт, начиная с персонального компьютера и заканчивая медицинской аппаратурой.

К основным критериям разработки источника бесперебойного питания стоит отнести надежность и стойкость к внешним воздействиям (в частности, к вибрационным и ударным нагрузкам).

Для повышения надежности блока, при его проектировании, предлагается:

- обеспечить легкие электрические, тепловые рабочие режимы деталей и материалов конструкции, их правильный выбор;

- обеспечить надежную защиту от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов;

- широко использовать интегральные микросхемы (далее ИМС), а также стандартные компоненты;

- обеспечить ремонтопригодность изделия, используя функционально-узловой метод конструирования.

При создании электронного устройства отдельного класса и назначения (электронно-вычислительные машины, медицинская и бытовая электронная техника, средства автоматизации) источник обеспечения гарантированного питания может быть подобран из тех, которые выпускаются серийно. Однако, когда по эксплуатационным, конструкторским или другим характеристикам источника бесперебойного питания, которые выпускаются серийно, не удовлетворяют потребностям потребителя, необходимо разработать новый, с учетом всех правил, специфических для этого вида.

1. Техническая часть. Обоснование обеспечения условий ТЗ

Исходя из назначения проектируемого устройства и специфики области его применения, рассмотрим основные критерии, согласно которым будет вестись последующая разработка.

Для повышения надежности блока, при его проектировании, предлагается:

- обеспечить надежную защиту от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов;

- широко использовать интегральные микросхемы (далее ИМС), а также стандартные компоненты;

- обеспечить ремонтопригодность изделия, используя функционально-узловой метод конструирования.

На ранней стадии, процесс проектирования заключаться в рассмотрении подобных систем с подбором технологии электропитания. Перечислим факторы, что влияют на этот этап:

- стоимость;

- масса и размеры;

- коэффициент полезного действия блока питания;

- входное напряжение;

- срок действия аккумуляторной батареи;

- необходимое качество выходящего напряжения;

- время, необходимое для выхода продукции на рынок.

С целью обеспечения эстетических и эргономичных показателей, предлагается использовать современный дизайн.

Для обеспечения заданных климатических и механических требований предлагается использовать элементную базу и материалы, учитывая предельные внешние воздействия, которые негативно влияют на работоспособность изделия.

1.1 Обзор аналогов изделия

Одним из аналогов изделия являются ИБП PW5125RM и PW5115RM производства фирмы Powerware. Они также предназначены для крепления в серверную стойку и имеют выходную мощность 1000ВА. Другие технические характеристики можно привести в виде таблицы.

Таблица 1.1 - Характеристики ИБП

Параметры	PW5125RM	PW5115RM
Выходная мощность (ВА/Вт)	1000/900	1000/670
Габаритные размеры (мм)	43249489	44045058
Масса (кг)	27	20
Номинальное выходное напряжение (В)	220-240	220-240
Возможный диапазон входного напряжения (В)	166-276	175-250
Рабочая частота (Гц)	50/60	50/60
Номинальное входное напряжение (В)	220-240	220-240
КПД (%)	93	90
Индикация параметров	Светодиоды	Светодиоды
Коммуникационный порт	RS232	RS-232
Рабочий диапазон температур	0 – 40 С0	0-40 С0
Шум (дБ)	Не больше 50	Не больше 45
Время работы при максимальной нагрузке (мин.)	7	5

Данные ИБП имеют хорошие параметры и высокую цену. Поэтому, возникает необходимость в дешевых и надежных ИБП, которые не уступают по характеристикам их зарубежным аналогам и даже превосходят.

1.2 Обзор и анализ структурных схем систем бесперебойного питания. Описание структурных схем

Источник бесперебойного питания — автоматическое устройство, которое обеспечивает питание нагрузки при полном исчезновении напряжения во внешней электросети, например в результате аварии или от недопустимо высокого отклонения параметров напряжения сети от номинальных значений. Пари этом ИБП использует для аварийного питания нагрузки энергию аккумуляторных батарей.

Рассмотрим несколько основных типов построения структурных схем ИБП:

- ИБП резервного типа;

- линейно-интерактивный ИБП;

- ИБП с двойным преобразованием напряжения;

- ИБП резервного типа (Off-Line или standby);

- ИБП типа Off-Line.

Рисунок. 1.1 - ИБП типа Off-Line

Источник бесперебойного питания, выполнен по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней электросети, а в аварийном переводит ее на питание от аккумуляторных батарей.

Преимуществом ИБП резервного типа является его простота и невысокая стоимость, а недостатком – ненулевое время переключения (~4 мс) на питание от аккумуляторов и более интенсивная их эксплуатация, потому что ИБП переводится в аварийный режим при любых неисправностях в электросети.

ИБП резервного типа, как правило, имеет небольшую мощность и применяется для обеспечения гарантированного электропитания отдельных устройств (персональных компьютеров, рабочих станций, офисного оборудования) в регионах с хорошим качеством электросети.

Линейно-интерактивный (Line-Interactive) .

Источник бесперебойного питания, выполненный за схемой с коммутирующим устройством (Off-Line), дополненный стабилизатором входного напряжения на основе автотрансформатора с переключающимися обмотками.

Рисунок. 1.2 - ИБП, тип Line-Interactive

Основное преимущество линейно-интерактивного ИБП по сравнению с источником резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети (самый распространенный вид неисправностей в отечественных линиях электроснабжения) без перехода в аварийный режим. В итоге повышается срок службы аккумуляторных батарей. Недостатком линейно-интерактивной схемы является ненулевое время переключения (~4 мс) нагрузки на питание от батарей.

По эффективности линейно-интерактивные ИБП занимают промежуточное значение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-Line) и высокоэффективными, но и более дорогими источниками с двойным преобразованием напряжения (On-Line). Как правило, линейно-интерактивные ИБП применяют для обеспечения гарантированного питания персональных компьютеров, рабочих станций, файловых серверов, узлов локальных вычислительных сетей и офисного оборудования. Механизм автоматической регулировки напряжения построен на основе автотрансформатора с переключающимися обмотками. Применяется в ИБП, собранных по линейно-интерактивной схеме, для ступенчатой корректировки входного напряжения в сторону его повышения. Число обмоток регулятора определяет диапазон входных напряжений, при которых ИБП обеспечивает нормальное питание нагрузки без перехода в аварийный режим работы. В ИБП такой структуры, в среднем, диапазон допустимого изменения входного напряжения составляет от -20% к +20% от номинального значения 220 В.

ИБП с двойным преобразованием напряжения (On-Line)

Источник бесперебойного питания, в котором входное переменное напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянную, а затем посредством инвертора опять в переменную – является источником с двойным преобразованием напряжения (энергии) (On-Line). Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и ко входу инвертора и питает последний в аварийном режиме.