MATURITNÍ PRÁCE. Nabíječka na telefon

MATURITNÍ PRÁCE Nabíječka na telefon

Lukáš Vyskočil

Obor: El. počítačové systémy Třída: PS4

Školní rok: 2015/2016

ABSTRAKT Předmětem maturitního výrobku je zhotovení nabíječky na mobilní telefon s využitím USB výstupu. Pro výrobu zařízení byly použity jako hlavní komponenty transformátor, usměrňovací můstek, rezistor, kondenzátory, chladič a USB výstup. Tyto jednotlivé komponenty jsou napájeny na desce plošných spojů, která je umístěna v krabičce plastové konstrukce. Zařízení může být prakticky využíváno v domácnosti k nabíjení mobilních telefonů, ale také i jiných elektronických zařízení splňující kritéria pro použití této nabíječky. V práci je prakticky využito několik oborů lidské práce, jako elektronika, estetická stránka věci a samozřejmě zručnost potřebná k jejich uplatnění. Vyskytuje se zde i bezpečnostní opatření, teplotní ochrana. V práci jsou uplatněny postupy, kterých autor nabyl během let studia. Práce splnila očekávání dle zadaných parametrů a lze ji zhodnotit za splněnou.

Klíčová slova: nabíječka, deska plošných spojů, pájení, vrtání

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm

4

PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval mému konzultantovi, ing. Bohumilu Federmannovi a také Petru Minolovi za jejich ochotu a pomoc při tvorbě maturitního výrobku, ale také za užitečné rady při tvorbě a návrhu jednotlivých součástí výrobku. Dále pak za včasné vyřízení mých dotazů a zdání práce.


5

Prohlašuji, ţe odevzdaná verze dokumentace maturitní práce a verze elektronická, nahraná do systému MATPRAC, jsou totoţné. Při zpracování jsem vycházel z informačních zdrojů uvedených v seznamu na konci dokumentace a také prohlašuji, ţe je tato práce původní. V Roţnově pod Radhoštěm

------------------------podpis ţáka


6

OBSAH ÚVOD ……………………………………………………………………………………..7 1. TEORETICKÁ ČÁST ………………………………………………………...……....8 1.1 PRINCIP NABÍJEČKY ……………………………………………………………...9 1.2 KONKRETIZACE ZADÁNÍ ………………………………………………………..9 1.3 JEDNOTLIVÉ CÍLE PRÁCE ……………………………………………………....9 1.4 NÁVRH SCHÉMA ZAPOJENÍ ………………………………………………........10 1.5 POUŢITÉ SOUČÁSTKY …………………………………………………………..11 1.5.1 TRANSFORMÁTOR …………………………….………………………..11 1.5.2 USMĚRŇOVACÍ MŮSTEK ……………………………………………...12 1.5.3 KONDENZÁTORY …………………………………………………….....13 1.5.4 REZISTOR ………………………………………………………………...14 1.5.5 USB ………………………………………………………………………....15 1.5.6 PLASTOVÁ KRABIČKA ………………………………………………...16 1.5.7 DESKA PLOŠNÝCH SPOJŮ ………………………………….…………17 1.5.8 CHLADIČ ………………………………………………………………….18 2. PRAKTICKÁ ČÁST …………………………………………………………………19 ÚVOD DO PRAKTICKÉ ČÁSTI ……………………………………………………...20 2 VÝBĚR TECHNOLOGIÍ PRO ŘEŠENÍ …………………………………………...21 2.1 TECHNOLOGIE PÁJENÍ ……….………………………………………....21 2.2 TECHNOLOGIE VRTÁNÍ ……………….………………………………...22 3 ZPŮSOBY ŘEŠENÍ A POUŢITÉ POSTUPY ………………………………………25 ZÁVĚR …………………………………………………………………………………..28 SEZNAM POUŢITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK …………………………………29 SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY …………………………………………………30 SEZNAM OBRÁZKŮ …………………………………………………………………..31 SEZNAM PŘÍLOH ……………………………………………………………………..32


7

ÚVOD V této práci se podrobně seznámíme s nabíječkou na telefon. Obvod je nastaven pro nabíjení mobilních telefonů. Autor si tuto problematiku zvolil právě proto, aby vznikl hmatatelný výrobek, který najde uplatnění u lidí, kteří chtějí, aby jejich mobilní telefon měl dostatek energie a také u lidí, kterým toto zařízení v domácnosti chybí, nebo nemají dostatečný počet těchto zařízení, jako u nás doma. Řešení problematiky spadá do oblasti elektroniky, kterou zahrnuje řada dalších podobných řešení.


I. TEORETICKÁ ČÁST

8


9

1.1 PRINCIP NABÍJEČKY: Principem nabíjení je zdroj, u kterého dojde díky usměrňovači ke snížení a usměrnění střídavého síťového napětí 230V na malé stejnosměrné napětí kolem 5V. Díky vysoké frekvenci spínacího zdroje od 50kHz, ale třeba i kolem 1MHz, může celý zdroj být maličký a lehoučký. Parametry zdrojů jsou různé, pro dané typy telefonů, ale v principu dodávají napětí a proud. Napětí: Výstupní napětí zdroje – bez zatížení – je 5,0V. Toto napětí si mobil otestuje ihned po připojení konektoru. Podle typu mobilu tak ihned rozpozná, jestli to není mimo jeho toleranci a pokud ano, napíše hlášku například „toto zařízení není podporováno“. Proud: Dále si mobil otestuje – krátkým připojením baterie, jestli nabíječka nedodává velký proud, nad jeho možnosti, pokud ano, opět zobrazí hlášku a nabíječku odpojí. To ale platí pro „chytré“ mobily, starší se mohou i zničit.

1.2 KONKRETIZACE ZADÁNÍ: Navrhnout a sestavit nabíječku, která bude nabíjet klasické „chytré“ telefony, popř. jiná podporovaná zařízení.

1.3 JEDNOTLIVÉ CÍLE PRÁCE: 

Vybrat vhodné zapojení a konstrukci



Vyrobit a sestavit jednotlivé díly, sestavit je ve funkční celek



Postup práce řádně zdokumentovat



Zařízení proměřit a popsat


1.4 NÁVRH SCHÉMA ZAPOJENÍ: Hlavním úkolem teoretické části byl návrh schéma zapojení. Pro sestavení nabíječky bylo použito následující schéma:

Obr. 1.: Schéma zapojení

10


11

1.5 POUŢITÉ SOUČÁSTKY: Zde nalezneme seznam použitých součástek, jejich popis a vlastnosti.

1.5.1 TRANSFORMÁTOR: Transformátor je elektrický „netočivý stroj“, který umožňuje přenášet elektrickou energii z jednoho obvodu do jiného pomocí vzájemné elektromagnetické indukce. Používá se většinou pro přeměnu střídavého napětí (např. z nízkého napětí na vysoké)

Obr. 2.: Transformátor [1]

Obr. 3.: Schématická značka transformátoru [2]

Vlastnosti pouţitého transformátoru: 

Napětí: 230V/6V, 50Hz, 3,3VA



Primární vinutí: 1-5



Sekundární vinutí: 7-9


12

1.5.2 USMĚRŇOVACÍ MŮSTEK: Usměrňovací můstek je soustava čtyř a více diod v můstkovém obvodu, které vytváří výstup stejné polarity pro jakoukoliv polaritu vstupu. V nejběžnější aplikaci se můstkové usměrňovače používají k převádění střídavého proudu na stejnosměrný proud. Základní vlastností můstkového usměrňovače je, že polarita výstupu je stejná nezávisle na polaritě vstupu. Můstkový usměrňovač je také znám jako „Graetzův obvod podle svého vynálezce, fyzika Leo Graetze.“

Obr. 4.: Usměrňovací můstek [3]

Obr. 5.: Schématická značka usměrňovacího můstku [4]

Vlastnosti pouţitého usměrňovacího můstku: 

Označení: B250D



Proud: 1A



Jedná se o diodový můstek


13

1.5.3 KONDENZÁTORY: Kondenzátor je pasivní elektrotechnická součástka, jejíž charakteristickou vlastností je kapacita. Každý skutečný kondenzátor kromě toho vykazuje další, takzvané parazitní vlastnosti, jako je indukčnost a odpor, čímž se odlišuje od kapacitoru, což je myšlená ideální součástka, která má pouze kapacitu, navíc stálou a nezávislou na okolních podmínkách.

Obr. 6.: Kondenzátor [5]

Obr. 7.: Schématická značka kondenzátoru [6]

Vlastnosti pouţitého 1. kondenzátoru: 

Kapacita: 10uF



Napětí 50V

Vlastnosti pouţitého 2. kondenzátoru: 

Kapacita: 1uF



Napětí: 100V


14

1.5.4 REZISTOR: Rezistory, také označovány jako odpory jsou nejběžnější elektronickou součástkou. Jejich základná vlastností je vykazovat čistě reálný elektrický odpor jak ve stejnosměrném tak i v obvodu střídavého proudu.

Obr. 8.: Rezistor [7]

Obr. 9.: Schématická značka rezistoru [8]

Vlastnosti pouţitého rezistoru: 

Výstupní napětí: 5V



Výstupní proud: 1A



Označení: L7805CV


15

1.5.5 USB VÝSTUP: Jako výstup pro tuto nabíječku byl použit konektor USB – SMD s výstupním napětím 5V.

Obr. 10.: USB konektor [9]

Obr. 11.: USB konektor - rozměry


16

1.5.6 PLASTOVÁ KRABIČKA: Komponenty, které jsou napájeny na desce plošných spojů jsou osazeny do krabičky šedé barvy a plastové konstrukce.

Obr. 12.: Plastová krabička [11]

Typ a rozměry krabičky: 

Typ krabičky: SA49ABS-GRY



Vnější rozměr: 66x92x57 mm



Vnitřní rozměr: 55x80x50 mm


1.5.7 DESKA PLOŠNÝCH SPOJŮ:

Obr. 13.: Deska plošných spojů (po pájení)

Rozměry desky plošných spojů: 

Délka: 8,5cm



Šířka: 5,7cm

17


1.5.8 CHLADIČ: Chladič, který má za úkol uchladit nabíječku, aby nedošlo k poškození.

Obr. 14.: Chladič

18


II. PRAKTICKÁ ČÁST

19


20

ÚVOD DO PRAKTICKÉ ČÁSTI A CÍL PRÁCE Praktická část autorova maturitního výrobku se odehrávala v budově praxe SŠIEŘ Rožnov pod Radhoštěm. Prakticky bylo využito několik oborů lidské práce, jako jsou elektronika, estetická stránka věci a samozřejmě zručnost potřebná k jejich uplatnění. V praktické části si ukážeme, jaké technologie byly použity pro řešení, jejich popis a následný postup řešení.

Cílem této práce je vyrobit nabíječku pro „chytré telefony“, která je napájena ze sítě 230V/50Hz a zhotovit k ní dokumentaci. Je nutné komponenty vhodně rozmístit a napájet na desku plošných spojů. Nabíječka by měla pracovat s výstupním napětím 5V a nabíjet tak „chytré telefony“. Důležitá je také teplotní ochrana. Za přední cíl práce je považována celková funkčnost nabíječky.


2

21

VÝBĚR TECHNOLOGIÍ PRO ŘEŠENÍ:

Výběr technologií byl jednou z nejdůležitějších součástí, autor pro danou problematiku volil následující přístroje a nástroje:

Klasická trafo páječka:

Obr. 15.: Trafo páječka

2.1 TECHNOLOGIE PÁJENÍ: Pájení je způsob spojování součástky a desky plošného spoje roztaveným pomocným materiálem. Páječka a její hroty, jsou většinou ohřívány elektrickým proudem a také existují horkovzdušné pájky. Nejčastěji jsou používány trafo páječky a páječky s vyhřívaným hrotem topným tělískem (mikro pájky). Důležitou podmínkou pájení, kterou musíme zajistit použitím vhodné pájky, je rychlé ohřátí spoje na vhodnou pájecí teplotu (260 °C), které lze nejjednodušeji dosáhnout výkonným ohřevem ovládaným termostatem.


22

Vrtačka s vrtákem o průměru 8mm; 2,2mm:

Obr. 16.: Vrtačka

2.2 TECHNOLOGIE VRTÁNÍ: Vrtání je proces, který musí být přesný. Velikost vrtáku volíme podle požadovaného průměru a hloubky díry. Větší díry je nutno předvrtat menším průměrem vrtáku. Vrtání se nejlépe provádí na stojanové vrtačce, protože se nemůže stát, že vrtačka nějak uhne. Otáčky vrtačky se volí podle velikosti vrtáku. Obvyklou rychlost otáček volíme mezi 1000 až 3000 otáček/minutu.

Multimetr:

Obr. 17.: Multimetr

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm Odsávačka cínu:

Obr. 18.: Odsávačka cínu

Cín a kalafuna:

Obr. 19.: Cín a kalafuna

23


24

Trafo páječka byla použita pro napájení jednotlivých součástek na desku plošných spojů. Vrtačka byla použita, protože autor zvolil ruční práci při tvorbě všech otvorů. Úkolem bylo vyvrtání vyměřených děr do desky plošných spojů, abychom mohli desku osadit součástkami. Multimetr posloužil k vyměření primárního a sekundárního vinutí na transformátoru a dalších součástek. Odsávačka cínu byla vybrána, protože při chybě nebo při přebytku cínu s ní lze velice snadno zahřátý cín odstranit z požadovaného místa. Dále také byl použit lihový fix a pravítko pro nákres schéma zapojení na desku plošných spojů a odměření jednotlivých součástek pro správné vrty do desky plošných spojů a osazení do krabičky plastové konstrukce. Šroubováky a pilníky byly nezbytné pro konstrukci nabíječky a rovněž pro její funkci.


3

25

ZPŮSOBY ŘEŠENÍ A POUŢITÉ POSTUPY:

Při tvorbě výrobku bylo nutné správně začít. Autor začíná tím, že si ořezal desku plošných spojů do správné velikosti, aby bylo možno ji následně umístit do krabičky plastové konstrukce. Dále bylo zapotřebí pravítkem odměřit součástky a správně označit vrty na desce plošných spojů. Následně autor použil lihový fix pro nákres schéma zapojení na desku plošných spojů. Přichází na řadu poleptávání desky, které trvalo asi 15 minut a následné umytí desky kusem hadru ředidlem. Dalším úkolem v praktické části bylo vrtání děr do desky plošných spojů. Na čtyři vrty byl použit vrták o průměru 8mm pro osazení desky plošných spojů do krabičky plastové konstrukce. Pro ostatní vrty byl použit vrták o průměru 2,2mm, abychom mohli osadit a zapájet použité součástky. Na řadu přichází pájení jednotlivých součástek na desku plošných spojů za pomoci klasické trafo páječky. Nakonec bylo nutno propojit síťovou koncovku s obvodem a desku plošných spojů umístit do krabičky plastové konstrukce.


Obr. 20.: Pohled na zapájené součástky do desky plošných spojů(1)

26


27

Obr. 20.: Pohled na zapájené součástky do desky plošných spojů(2) a viditelné vrty pro usazení do krabičky plastové konstrukce.


28

ZÁVĚR Během sestavování maturitního výrobku si autor zopakoval věci, které se naučil v teoretickém a praktickém vyučování na této škole. Občas ale nastaly i nějaké komplikace, se kterýma se musel autor práce vypořádat. Při výrobě autorova maturitního výrobku došlo ke špatně navržené velikosti desky plošných spojů, kterou pak nebylo možno umístit do krabičky plastové konstrukce. Deska plošných spojů byla větší a tudíž nebylo možno ji osadit a tak bylo zapotřebí všechny součástky odpájet, za použití klasické trafo páječky a odsávačky cínu a celou odvedenou práci udělat znovu. Zhotovení celého výrobku trvalo asi 1 měsíc.


SEZNAM POUŢITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK Ø – Průměr Hz- jednotka frekvence V – volt VA – voltampér A - ampér

29


30

SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY [1] Wikipedie, otevřená encyklopedie https://cs.wikipedia.org/wiki/Hlavn%C3%AD_strana

[2] EZK. elektronika Zdeněk Krčmář, elektrosoučástky, elektronické součástky, stavebnice a moduly http://www.ezk.cz/

[3] Google - obrázky https://www.google.cz/


31

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1.: Schéma zapojení …………................................................................................. 10 Obr. 2.: Transformátor …………................................................................................. 11 Obr. 3.: Schématická značka transformátoru ……...…….................................................. 11 Obr. 4.: Usměrňovací můstek …………............................................................................ 12 Obr. 5.: Schématická značka usměrňovacího můstku …………....................................... 12 Obr. 6.: Kondenzátor ……...……...................................................................................... 13 Obr. 7.: Schématická značka kondenzátoru ……...…….................................................... 13 Obr. 8.: Rezistor ……...……...................................................................................... 14 Obr. 9.: Schématická značka rezistoru……...……............................................................. 14 Obr. 10.: USB - konektor ……...……................................................................................ 15 Obr. 11.: USB – konektor - rozměry ……...…….......................................................... 15 Obr. 12.: Plastová krabička ……...……............................................................................. 16 Obr. 13.: Trafo páječka ……...……................................................................................... 19 Obr. 14.: Vrtačka ……...……..................................................................................... 20 Obr. 15.: Multimetr ……...……..................................................................................... 20 Obr. 16.: Odsávačka cínu ……...……................................................................................ 21


SEZNAM PŘÍLOH - CD s dokumentací maturitní práce - Příloha: konzultace

32

PŘÍLOHA: KONZULTACE

MATURITNÍ PRÁCE. Nabíječka na telefon

Recommend Documents