Свяжитесь с нами
Опишите вашу проблему — и мы поможем ее решить
Нажимая "отправить", вы соглашаетесь на обработку ваших персональных данных.
Лабораторный источник питания Лабораторный источник питания предназначен для формирования и поддержания напряжения или тока на нагрузке. Прибор преобразует переменное сетевое входное напряжение в постоянное напряжение на выходе. |
- Промышленный дизайн
- Проектирование механики
- 3D моделирование и сборка
- Доработка схемотехники
- Разработка печатных плат
- Разработка встроенного ПО
- Прототипирование
Наша роль
Описание проекта
Нашей целью было разработать лабораторный источник питания, который бы обеспечивал:
- Диапазон выходного напряжения от 0 до 30 В
- Высокую точность стабилизации (погрешность не менее 8 мВ)
- Защиту от перегрузок по току
- Компактные размеры (уменьшение габаритов в 1,5 раза по сравнению с исходным образцом)
- Сильный нагрев силового транзистора при работе с высоким выходным током при напряжениях до 10 В, который требовал радиаторов с большой поверхностью (габаритами)
- Дискретность измерения составляла 29 мВ
Заказчик пришел в ИнКату с задачей - доработать схему лабораторного источника питания (ЛБП) и создать на ее основе готовый к производству продукт. В качестве отправной точки он предоставил схему и черновой прототип, собранный своими руками.
Исходный прототип источника питания (слева) и собранный нами прототип (справа)
Мы разделили работу на два параллельных направления: доработка электронной схемы и создание промышленного дизайна.
Важным ограничением при разработке электронной части была компонентная база. Заказчик поставил задачу использовать компоненты конкретных производителей. При доработке схемы мы расширили её функциональные возможности и повысили точность и КПД. Первоначальная схема, на которой базировался прототип, имела диапазон регулировки напряжения от 0–30 В. Работа в одном диапазоне приводила к перегреву силового транзистора в некоторых режимах работы. Поэтому мы разбили этот диапазон на четыре: 0–7,5 В, 7,5–15 В, 15–22,5 В и 22,5–30 В, что уменьшило перегрев и увеличило КПД. Например, при работе с низковольтными устройствами (например, микроконтроллерами) использование диапазона 0–7,5 В позволяет избежать перегрева и повысить точность регулировки напряжения.
Для более эффективного отвода тепла мы добавили датчик температуры и вентилятор, который включается при достижении определенного порога температуры, что обеспечивает стабильную работу устройства даже при высоких нагрузках. При превышении допустимой температуры срабатывает защита, которая отключает устройство.
За счет переключения диапазонов и входной части АЦП мы достигли дискретности не более 10% от верхней границы диапазона: для 7,5 В - 7,3 мВ; 7,5-15 В - 14,6 мВ ; 15 -22,5 В - 21,9 мВ ; 22,5 - 30 В - 29 мВ. Это позволяет более точно регулировать выходное напряжение, что важно при работе с чувствительными электронными устройствами. Также мы произвели симуляцию схемы и подобрали номиналы компонентов таким образом, чтобы линейный режим регулирующего транзистора максимально захватывал весь диапазон выходных напряжений управляющего сигнала с ЦАП. Изначально в схеме стояли такие номиналы компонентов для регулировки выходного напряжения использовался не весь диапазон ЦАП, а примерно половину.
3Д модель печатной платы
Параллельно с оптимизацией электронной схемы устройства мы разработали промышленный дизайн корпуса. Так как изначально у заказчика не было четких требований по габаритам устройства, разработка промышленного дизайна корпуса была выполнена в 3 итерации. В результате мы уменьшили габариты устройства в 1,5 раза.
3д модели источника питания
3D-модель помогла выявить и устранить возможные проблемы с компоновкой элементов еще на этапе проектирования, что позволило сократить время и расходы на производство. После завершения 3д моделирования мы приступили к изготовлению и сборке прототипа.
Сборка корпуса источника питания
Чтобы обеспечить невысокую массу и стоимость корпуса, было принято решение изготовить корпус из алюминиевых листов. При гибке листов алюминия часто происходит растрескивание материала в местах сгиба. Чтобы найти баланс между радиусами гиба, сборочными зазорами и ожиданиями заказчика ко внешнему виду, мы изготовили и собрали несколько прототипов корпуса, каждый раз изменяя радиусы гиба. На основе согласованного прототипа обновили конструкторскую документацию на корпус.
Для работы источника питания наши инженеры разработали встроенное ПО. Мы реализовали:
- алгоритм стабилизации выходного напряжения с учетом различных диапазонов
- внедрили систему защиты от перегрузки по току - 3,5 А.
- устранили погрешности.
Тестирование прототипа источника питания
Для отправки прибора на тестирование и сертификацию мы изготовили 5 опытных образцов и передали их заказчику вместе с комплектом конструкторской документации (КД).
Результаты
ИнКата провела полный цикл разработки устройства от идеи до подготовки к мелкосерийному производству. На основе наработок заказчика наша команда спроектировала компактное устройство и изготовила 5 опытных образцов. Также было разработано встроенное программное обеспечение и подготовлен комплект конструкторской документации.
259х200х128
габаритные размеры (без ручки)
4,6 кг
масса устройства
3А и 30В
параметры устройства