Современные тенденции при конструировании электротехнических устройств

1. Структурное, функциональное и конструктивное описания ЭТУ

Рассмотрим на примере импульсный источник питания. Импульсные источники питания с ШИМ очень хорошо подходят для организованного подхода к их проектированию. Они более сложны, и потому могут быть разбиты на элементарные функциональные блоки. Разработчики таких источников питания, сознательно или неосознанно, при проектировании реализуют функционально-блочный подход, который мы здесь и рассмотрим.

Представление проекта в особом, упорядоченном виде значительно упрощает ход проектирования, благодаря предопределению информации, требуемой для последующих этапов. Обычно проектирование резонансных импульсных источников питания и источников с ШИМ начинается с рассмотрения общих характеристик, далее разрабатываются секции питания, затем проектируются управляющие и вспомогательные функции, и, наконец, наступает стадия тестирования и усовершенствования. После исходного определения рабочих характеристик источника и среды, в которой он будет работать, ход проектирования принимает вид блок-схемы, показанной на рис. 1.

Вначале следует принять некоторые исходные решения, а именно: выбрать для импульсного источника питания используемую топологию. Как только топология выбрана, направление проектирования определено, и приступить к делу.

Утверждение проектной спецификации     Выбор топологии импульсного стабилизатора на основании общих требований к проекту   Выбор полупроводниковых элементов и локализация возможных источников проблем   Проектирование трансформатора, выбор диаметра сечения проводов и т.п. Проектирование выходных индикаторов и выбор выпрямителей и конденсаторов   Проектирование схем драйверов     Выбор режима управления и микросхемы. Проектирование базовых функций   Проектирование схем обратной связи по напряжению и перекрестной стабилизации   Проектирование схем запуска и подачи напряжения Vсс.   Проектирование требуемых схем защиты от перегрузки по току, от перенапряжения и бросков напряжения Проектирование специальных интерфейсов и функций (MCU, PWR, DWN и т.д.)   Проектирование необходимого теплоотвода и учет тепловых характеристик   Создание макета печатной платы и определение формфактора   Тестирование ВСЕХ функций     Внесение модификаций в проект   Завершающее тестирование и получение одобрения сертификационной комиссии

Рис. 1. Блок-схема последовательности разработки источника питания с ШИМ

Если следовать блок-схеме, представленной на рис. 2, в порядке, определенном последовательностью, представленной на рис. 1, то процесс проектирования займет относительно немного времени. Начинающий разработчик сможет выполнить очень хороший "бумажный проект" (или схему) за 8 рабочих часов, если у него есть хорошая библиотека спецификаций. Для каждого функционального блока на рис. 2 есть набор типичных подходов к проектированию. Разработчик, в соответствии со своими требованиями, определяет, какой из подходов наиболее приемлем для потребностей источника питания. Затем, после выполнения проектных расчетов с использованием параметров, описанных в проектной спецификации, блок может быть разработан в течение считанных минут.

Рис. 1. Функциональная блок-схема для импульсного источника питания с ШИМ