Razvoj prenosnega in prilagodljivega napajalnika na platformi ARM

Autor: Brlek, Tomislav
Přispěvatelé: Rojc, Matej
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Maribor
Popis: This master’s thesis describes a development of a portable and adjustable power supply. The first part of the thesis introduces us to the working principle of power supplies in general. Next, we present a functional design of a portable and adjustable power supply and a list of its required functionalities. Chapter “switched-mode power supplies” introduces us to the theoretical basics of the said power supplies, while chapter “linear regulators” introduces us to different types of linear regulators and tells us more about how they work. Everything regarding which microcontroller was used and why it was used is described in the “ARM microcontroller” chapter. Besides microcontrollers, it also talks about which integrated development environment is used and how the microcontroller is programmed. A full and detailed description of each part of the analog circuitry can be found in the chapter “describing the development of the portable and adjustable power supply”. Lastly, the user interface is described in detail. 1. Uvod V magistrski nalogi predstavljamo delovanje laboratorijskih nastavljivih napajalnih virov, ter razvoj prenosljivega in prilagodljivega napajalnega sistema. Ker je na mizah v laboratorijih vedno premalo prostora, pa tudi ker laboratorijske napajalnike pogosto ni mogoče uporabiti za napajanje elektronskih sklopov izven laboratorijev, smo se odločili razviti mali in prenosljiv laboratorijski napajalnik. Poleg očitnih prednosti smo se odločili dodati še nove funkcionalnosti kot je npr. možnost nastavljanja parametrov s pomočjo zaslona občutljivega na dotik in možnost uporabe napajalnika brez priklopa na električno omrežje. V prvem delu naloge predstavimo obstoječe laboratorijske napajalne vire, ter način njihovega delovanja. V funkcionalni shemi smo določili vse tiste parametre, ki jih taki napajalniki tudi vključujejo. V naslednjih poglavjih nato predstavimo tudi različne stikalne napajalne vire. V poglavju o linearnih regulatorjih predstavimo način delovanja linearnih regulatorjev. V poglavju o ARM mikrokremilnikih predstavimo zakaj smo izbrali ARM mikrokrmilnik in tudi zakaj ravno STM32L433RCT6. V poglavju o razvoju prenosljivega in prilagodljivega napajalnika podrobno predstavimo razvoj napajalnika od same zasnove pa vse do tiskanine in prototipa. Pri uporabniškem vmesniku tudi predstavimo samo uporabo zaslona, oz. možnosti nastavitev in način prikazovanja podatkov. Nalogo zaključimo z rezultati. 2. Nastavljivi napajalniki Na splošno so napajalniki pretvorniki moči med vhodom in izhodom, ki na izhodu dajejo željeno moč, ter regulirajo napetost ali tok v odvisnosti od bremena. Napajalniki se klasificirajo v dve glavni skupini: nastavljivi in vgrajeni. Vgrajeni napajalniki zagotavljajo konstantno napetost, ki je potrebna za normalno delovanje sistema v katerem so vgrajeni. Najpogosteje srečamo vgrajene napajalnike v napravah kot so PC računalniki in v potrošniški elektroniki. Za razliko od nastavljivih vgrajenih napajalnikov, se le ti uporabljajo samostojno za napajanje različnih naprav, pri čemer je možno nastavljati njihovo izhodno napetost in tok. 3. Funkcionalna zasnova prenosnega in nastavljivega napajalnika Na osnovi zasnove obstoječih napajalnikov, ki smo jih omenili v prejšnjem poglavju, predlagamo novo zasnovo za napredni nastavljivi napajalni vir. Cilj magistrske naloge je namreč razviti celovit, majhen, cenovno ugoden, učinkovit, nastavljiv in prenosljiv napajalnik. Predlagana zasnova bo enako varna kot pri drugih napajalnikih, pri čemer bo bolj uporabna za uporabnike v primeru napajanja različnih elektronskih sistemov, ko v bližini nimamo na razpolago omrežnega napajanja. 4. Stikalni napajalniki Stikalni napajalniki so tisti napajalniki, ki uporabljajo elektronske elemente kot so tranzistorji v stikalnem režimu delovanja, pri čemer se vklapljajo in izklapljajo pri visokih frekvencah, kondenzatorji in tuljave pa se uporabljajo za kopičenje in sproščanje energije v vezju. Stikalni napajalniki se kategorizirajo na osnovi njihovih vhodnih in izhodnih oblik signalov, npr. pretvorba izmeničnih signalov v enosmerne, pretvorba enosmernih v enosmerne, pretvorba enosmernih v izmenične, in pretvorba izmeničnih v izmenične. 5. Linearni regulatorji Linearni regulator je elektronski sklop, ki se uporablja za stabilizacijo napetosti ali toka na izhodu napajalnika. Osnovni način delovanja linearnega regulatorja lahko opišemo kot posebni primer napetostnega delilnika, pri čemer upor na vhodu spreminja svojo vrednost tako, da se kompenzira spreminjajočo vrednost upora na izhodu, oz. upornost bremena. Izhodna napetost linearnega regulatorja je vedno manjša kot vhodna napetost. Razlika med vhodno in izhodno napetostjo predstavlja padec napetosti na samem linearnem regulatorju, ki je potreben za ustrezno delovanje aktivnega elementa v linearnem režimu delovanja. Ta padec napetosti pomnožen s tokom na izhodu tudi predstavlja izgubno moč, ki se oddaja kot toplota, in predstavlja glavno težavo in omejitev takšnih regulatorjev. 6
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: