ETAPY PROJEKTOWANIA. METODYKA.
W celu minimalizacji potencjalnych błędów oraz marginalizacji wpływu chaosu twórczego na ostateczny kształt projektu, warto podzielić prace na poszczególne etapy. Dobre praktyki zalecają hierarchiczny podział pracy na poszczególne segmenty:
-Koncepcja
-Dobór elementów
-Design
-Prototyp
-Testy
-Poprawki
-Testy w środowisku docelowym
-Dokumentacja
-Finalny produkt
Dodatkowo w zastosowaniach komercyjnych:
uzyskanie wymaganych certyfikatów
produkcja
Przyjmijmy ze otrzymano zlecenie na realizacje projektu zasilacza. Układy zasilające, stanowią bardzo wdzięczny temat, ponieważ umożliwiają omówienie wielu różnorodnych zagadnień.
KONCEPT
Pytania:
Czy zasilacz ma być układem o stałym napięciu wyjściowym czy regulowanym?
Jeżeli wymagana jest regulacja napięcia wyjściowego to w jakim zakresie? Czy ma być ona płynna, dostępna dla użytkownika, czy może zmieniana jedynie wewnętrznie? Czy regulacja zrealizowana zostanie z zastosowaniem elementów mechanicznych czy tez na drodze czysto elektronicznej?
Jaka powinna być wydajność prądowa? Warto pamiętać o progu bezpieczeństwa czyli nadmiarowości. Wydajność prądowa zasilacza powinna być wyższa niż maksymalny przewidywany prąd pobierany z układu.
Czy projektowany zasilacz przewidziany jest do pracy jako wewnętrzny moduł zasilający czy tez odrębne, przenośne rozwiązanie?
W jakich warunkach klimatycznych będzie pracował realizowany układ? Czy niezbędna jest hermetyzacja? A jeżeli tak, to co z odprowadzaniem mocy strat ( ciepła)? Należy także pamiętać ze zdecydowanym wrogiem układów elektronicznych jest wilgoć.
Czy ma to być zasilacz ujemnego czy tez dodatniego napięcia? A może symetryczny? Jedno napięcie wyjściowe czy kilka?
Czy należy brać pod uwagę łatwa w realizacji rozbudowę układu w przyszłości? niekoniecznie?
Czy zachodzi konieczność monitoringu parametrów napięcia wyjściowego?
Jeżeli tak, to w jaki sposób ma być on realizowany? Czy za pomocą układów nadzoru na płycie głównej zasilacza czy odrębnego modułu? Jakie parametry maja być monitorowane? Za pomocą jakich rozwiązań? Czy dane pomiarowe maja być przekazywane do logiki nadrzędnej, tam ze poddane obróbce i kierowane na interface użytkownika, czy tez wystarczy prosty układ sygnalizacyjno wykonawczy? Wybór zarówno pierwszego jak tez drugiego rozwiązania, rodzi koleinę pytania. Chociaż by o sposoby komunikacji z logika nadrzędna.
Czy ma to być zasilacz impulsowy czy liniowy? A może konstrukcja hybrydowa? Wbrew pozorom, jest to jedno z zasadniczych pytań. W celu realizacji zasilacza oświetlenia LED zasilacz impulsowy doskonale spełni swoje zadanie. Natomiast podczas implementacji układu zasilającego do celów obróbki analogowego sygnału audio, lepszym rozwiązaniem był by zasilacz liniowy. Podobnie w implementacjach od których oczekuje się zwiększonej bezawaryinności
DOBÓR ELEMENTÓW
Czy przewidujemy zastosowanie elementów przewlekanych (THT) czy SMD? A może hybrydowo?
Rodzaj oraz grubość laminatu. Czy FR4 wystarczy, czy może użyć należy materiałów na bazie ceramików? A może innego podłoża?
Grubość warstwy miedzi.
Jakiej ilości wydzielanego ciepła się spodziewamy?
Radiator na płycie głównej czy oddzielnie? Rozmiary. Kształt. Materiał.
Czy wystarczające będzie pasywne odprowadzanie ciepła, czy wymagane jest chłodzenie aktywne? Jeżeli aktywne, to załączane na stale czy czasowo? Jaki sensor? Czy sensor powinien komunikować się z logika nadrzędna?
Jakiego rodzaju zabezpieczenia należy zastosować? Czy wystarcza elementy TVS? A może wymagane jest zastosowanie warystorów, elementów GDT, PPTC, aktywnych rozwiązań typu ideal diode, efuse, i pochodnych? W przypadku Diody Schottky’ego mogą kusić prostotą aplikacyjną, jednak należy pamiętać o spadku napicia.
Jakie rozmiary płyty głównej?
Jakiego typu elementy stabilizujące wykorzystamy? Czy będzie to specjalizowany scalony stabilizator czy tez pojedyncze elementy? Jakiego producenta? Czy przewidujemy stosowanie odpowiedników pin to pin danego układu? Takie rozwiązanie może być korzystne jeżeli przewidujemy przerwy w dostawach danych układów. Wówczas jesteśmy w stanie szybko zareagować wyposażając konstrukcje w odpowiednik. Na przykład układy o oznaczeniu Baxxx (ROHM) są zgodne funkcjonalnie, ale także pod względem wyprowadzeń z układami MIC29xxx (MICROCHIP). Przy czym układy z serii MIC29XX oferują wydajność prądowa nawet do poziomu 7.5 A. Dodatkowo układy te wyposażone zostały w sygnalizacje statusu napięcia wyjściowego. Są jednak znacznie droższe od układów Baxxx.
Zarówno Baxxx jak też układy z serii MIC29XX posiadają wyprowadzenie umożliwiające wyłączenie napięcia wyjściowego.
Jakiego typu zastosujemy kondensatory? C0G, X7R, X5R a może wystarczą Y5V? Tantale, czy standardowe "aluminiowe"? Czy konieczne jest zastosowanie rozwiązań o niskim współczynniku ESR i niewielkiej „czułości” względem temperatury? O jakich rozmiarach fizycznych? W jakich obudowach?
Czy niezbędny będzie wyłącznik zasilania? A jak tak, to w wykonany w formie elementu mechanicznego czy elektronicznego? Należy pamiętać, ze w pewnych zastosowaniach fizyczne, trwale odcięcie obwodu zasilania jest wręcz wymagane. Pamiętajmy ze przepisy dotyczące bezpieczeństwa użytkowania, pisane są na podstawie tragicznych doświadczeń. Bezpieczeństwo eksploatacyjne musi być najwyższym priorytetem. Właściwym działaniem jest kierowanie się odpowiednimi normami.
W jaki sposób zrealizowany zostanie układ nadzoru i sterowania? Z izolacja układu sterującego? A jak tak, to jakiego rodzaju? Użyjemy rozwiązań bazujących na izolacji pojemnościowej, magnetycznej a może optycznej czyli (dosyć kłopotliwych) transoptorów? Piszący te słowa, nagminnie, w celu rozdzielenia obwodów, stosuje specjalizowane układy oparte o izolacje pojemnościowa. Rzadziej magnetyczna. Brak izolacji pomiędzy układem sterującym, a wykonawczym bardzo często skutkuje poważnymi problemami.
Czy użyte elementy winny charakteryzować się podwyższona odpornością na czynniki środowiskowe?
Czy przewidujemy zastosowanie elementów przewlekanych (THT) czy SMD? A może hybrydowo? Jeżeli SMD to jakich rozmiarów? Należy pamiętać o odpowiednich odstępach pomiędzy elementami.
Jakiego typu złącza zastosujemy? Typu Buchanan, śrubowe, lutowane. a może innego rodzaju? Pamiętajmy ze maksymalna wydajność prądowa zasilacza, powinna być mniejsza niż maksymalny
Jakiego rodzaju filtr przeciwzakłóceniowy zastosujemy po stronie sieci? Czy po stronie sieci umieścimy również elementy redukujące przepięcia?
Czy niezbędne jest pokrycie płytek lakierem? A może właściwszym rozwiązaniem będzie zalanie całej elektroniki odpowiednia masa? W sektorze konsumenckim również można spotkać tego typu rozwiązania. By najmniej, nie jest to "wymysł" ostatnich lat. Już w drugiej połowie lat osiemdziesiątych, można było spotkać zasilacze do komputerów osobistych czy tez zabawek całkowicie zalane masa.
Obudowa metalowa czy na bazie tworzyw sztucznych? Realizowana na indywidualne zamówienie czy tez wybrana z pośród gotowych produktów? W przypadku produkcji wielkoseryjnej, ważną rzeczą jest optymalizacja pod konkretny produkt. Czy środki którymi dysponujemy są wystarczające by samodzielnie podjąć się optymalizacji? A może powinniśmy zdać się na podwykonawcę?
Grubość wszelkich przewodów połączeniowych? Dobre praktyki zalecają nadmiarowość. Jednak przesada jest zbędna.
DESIGN
Jakich narzędzi programistycznych użyjemy?
Czy konieczne jest stworzenie stosownych bibliotek elementów?
Czy podczas projektowania PCB użyjemy autoroutera czy ścieżki wytyczymy ręcznie?
Ile warstw powinna posiadać projektowana płytka?
Czy będzie zawierała oddzielna płaszczyznę „masy”?
Jaki będzie rozkład elementów? Odpowiednie rozmieszczenie elementów jest bardzo ważne Niezbyt dobrym pomysłem, jest umieszczanie wejścia zasilacza w bezpośrednim sąsiedztwie wyjścia.
PROTOTYP
Prototyp wykonamy na uniwersalnej płytce, czy tez od razu na zaprojektowanym obwodzie? Czy prototyp wykonamy w docelowej obudowie? Jakiego rodzaju stopu lutowniczego użyjemy? Z dodatkiem ołowiu, czy bezołowiowego? W jakiej formie? Pasta, drut czy innej? Czy dysponujemy zapleczem umożliwiającym wykonawstwo prototypowych płytek drukowanych, czy tez zlecimy to specjalistycznym firma? Jaka dokumentacje należy przygotować? Jaka metoda zostaną polutowane prototypy? Ręcznie, gorącym powietrzem, w piecu rozpływowym czy tez za pomocą promiennika podczerwieni?
TESTY /POPRAWKI /TESTY W ŚRODOWISKU DOCELOWYM
Czy testy przeprowadzimy samodzielnie czy z pomocą specjalistycznych laboratoriów?
Co zamierzamy testować? W jaki sposób? Jakimi metodami? Według jakich norm?
Czy posiadamy odpowiednio wyposażoną pracownie?
Czy jesteśmy w stanie odtworzyć warunki w jakich nasz projekt będzie pracował?
Czego oczekujemy od testów?
DOKUMENTACJA
Co będzie zawierała?
CERTYFIKATY
Czy nasz produkt wymaga certyfikacji? Jeżeli tak, to gdzie możemy uzyskać stosowne certyfikacje? Czy może wystarczy deklaracja zgodności?
PRODUKCJA
Ilość egzemplarzy do wykonania. Czy produkcje zlecimy wyspecjalizowanym zakładom produkcyjnym czy tez sami podołamy zamówieniu? Jeżeli sami to czy mamy sprawdzonych dostawców? A park maszynowy? A jak wygląda sprawa z, banalna wydawać by się mogło, rzeczą jaka jest właściwe opakowanie? Czy posiadamy odpowiedni personel?
Poniższa tabela prezentuje w skondensowanej formę omówienie poszczególnych etapów. W celu powiększenia, kliknij na tabele.
@Copyright Mariusz Witurski 2019-2923
-Dobór elementów
-Design
-Prototyp
-Testy
-Poprawki
-Testy w środowisku docelowym
-Dokumentacja
-Finalny produkt
Dodatkowo w zastosowaniach komercyjnych:
uzyskanie wymaganych certyfikatów
produkcja
Przyjmijmy ze otrzymano zlecenie na realizacje projektu zasilacza. Układy zasilające, stanowią bardzo wdzięczny temat, ponieważ umożliwiają omówienie wielu różnorodnych zagadnień.
KONCEPT
Pytania:
Czy zasilacz ma być układem o stałym napięciu wyjściowym czy regulowanym?
Jeżeli wymagana jest regulacja napięcia wyjściowego to w jakim zakresie? Czy ma być ona płynna, dostępna dla użytkownika, czy może zmieniana jedynie wewnętrznie? Czy regulacja zrealizowana zostanie z zastosowaniem elementów mechanicznych czy tez na drodze czysto elektronicznej?
Jaka powinna być wydajność prądowa? Warto pamiętać o progu bezpieczeństwa czyli nadmiarowości. Wydajność prądowa zasilacza powinna być wyższa niż maksymalny przewidywany prąd pobierany z układu.
Czy projektowany zasilacz przewidziany jest do pracy jako wewnętrzny moduł zasilający czy tez odrębne, przenośne rozwiązanie?
W jakich warunkach klimatycznych będzie pracował realizowany układ? Czy niezbędna jest hermetyzacja? A jeżeli tak, to co z odprowadzaniem mocy strat ( ciepła)? Należy także pamiętać ze zdecydowanym wrogiem układów elektronicznych jest wilgoć.
Czy ma to być zasilacz ujemnego czy tez dodatniego napięcia? A może symetryczny? Jedno napięcie wyjściowe czy kilka?
Czy należy brać pod uwagę łatwa w realizacji rozbudowę układu w przyszłości? niekoniecznie?
Czy zachodzi konieczność monitoringu parametrów napięcia wyjściowego?
Jeżeli tak, to w jaki sposób ma być on realizowany? Czy za pomocą układów nadzoru na płycie głównej zasilacza czy odrębnego modułu? Jakie parametry maja być monitorowane? Za pomocą jakich rozwiązań? Czy dane pomiarowe maja być przekazywane do logiki nadrzędnej, tam ze poddane obróbce i kierowane na interface użytkownika, czy tez wystarczy prosty układ sygnalizacyjno wykonawczy? Wybór zarówno pierwszego jak tez drugiego rozwiązania, rodzi koleinę pytania. Chociaż by o sposoby komunikacji z logika nadrzędna.
Czy ma to być zasilacz impulsowy czy liniowy? A może konstrukcja hybrydowa? Wbrew pozorom, jest to jedno z zasadniczych pytań. W celu realizacji zasilacza oświetlenia LED zasilacz impulsowy doskonale spełni swoje zadanie. Natomiast podczas implementacji układu zasilającego do celów obróbki analogowego sygnału audio, lepszym rozwiązaniem był by zasilacz liniowy. Podobnie w implementacjach od których oczekuje się zwiększonej bezawaryinności
DOBÓR ELEMENTÓW
Czy przewidujemy zastosowanie elementów przewlekanych (THT) czy SMD? A może hybrydowo?
Rodzaj oraz grubość laminatu. Czy FR4 wystarczy, czy może użyć należy materiałów na bazie ceramików? A może innego podłoża?
Grubość warstwy miedzi.
Jakiej ilości wydzielanego ciepła się spodziewamy?
Radiator na płycie głównej czy oddzielnie? Rozmiary. Kształt. Materiał.
Czy wystarczające będzie pasywne odprowadzanie ciepła, czy wymagane jest chłodzenie aktywne? Jeżeli aktywne, to załączane na stale czy czasowo? Jaki sensor? Czy sensor powinien komunikować się z logika nadrzędna?
Jakiego rodzaju zabezpieczenia należy zastosować? Czy wystarcza elementy TVS? A może wymagane jest zastosowanie warystorów, elementów GDT, PPTC, aktywnych rozwiązań typu ideal diode, efuse, i pochodnych? W przypadku Diody Schottky’ego mogą kusić prostotą aplikacyjną, jednak należy pamiętać o spadku napicia.
Jakie rozmiary płyty głównej?
Jakiego typu elementy stabilizujące wykorzystamy? Czy będzie to specjalizowany scalony stabilizator czy tez pojedyncze elementy? Jakiego producenta? Czy przewidujemy stosowanie odpowiedników pin to pin danego układu? Takie rozwiązanie może być korzystne jeżeli przewidujemy przerwy w dostawach danych układów. Wówczas jesteśmy w stanie szybko zareagować wyposażając konstrukcje w odpowiednik. Na przykład układy o oznaczeniu Baxxx (ROHM) są zgodne funkcjonalnie, ale także pod względem wyprowadzeń z układami MIC29xxx (MICROCHIP). Przy czym układy z serii MIC29XX oferują wydajność prądowa nawet do poziomu 7.5 A. Dodatkowo układy te wyposażone zostały w sygnalizacje statusu napięcia wyjściowego. Są jednak znacznie droższe od układów Baxxx.
Zarówno Baxxx jak też układy z serii MIC29XX posiadają wyprowadzenie umożliwiające wyłączenie napięcia wyjściowego.
Jakiego typu zastosujemy kondensatory? C0G, X7R, X5R a może wystarczą Y5V? Tantale, czy standardowe "aluminiowe"? Czy konieczne jest zastosowanie rozwiązań o niskim współczynniku ESR i niewielkiej „czułości” względem temperatury? O jakich rozmiarach fizycznych? W jakich obudowach?
Czy niezbędny będzie wyłącznik zasilania? A jak tak, to w wykonany w formie elementu mechanicznego czy elektronicznego? Należy pamiętać, ze w pewnych zastosowaniach fizyczne, trwale odcięcie obwodu zasilania jest wręcz wymagane. Pamiętajmy ze przepisy dotyczące bezpieczeństwa użytkowania, pisane są na podstawie tragicznych doświadczeń. Bezpieczeństwo eksploatacyjne musi być najwyższym priorytetem. Właściwym działaniem jest kierowanie się odpowiednimi normami.
W jaki sposób zrealizowany zostanie układ nadzoru i sterowania? Z izolacja układu sterującego? A jak tak, to jakiego rodzaju? Użyjemy rozwiązań bazujących na izolacji pojemnościowej, magnetycznej a może optycznej czyli (dosyć kłopotliwych) transoptorów? Piszący te słowa, nagminnie, w celu rozdzielenia obwodów, stosuje specjalizowane układy oparte o izolacje pojemnościowa. Rzadziej magnetyczna. Brak izolacji pomiędzy układem sterującym, a wykonawczym bardzo często skutkuje poważnymi problemami.
Czy użyte elementy winny charakteryzować się podwyższona odpornością na czynniki środowiskowe?
Czy przewidujemy zastosowanie elementów przewlekanych (THT) czy SMD? A może hybrydowo? Jeżeli SMD to jakich rozmiarów? Należy pamiętać o odpowiednich odstępach pomiędzy elementami.
Jakiego typu złącza zastosujemy? Typu Buchanan, śrubowe, lutowane. a może innego rodzaju? Pamiętajmy ze maksymalna wydajność prądowa zasilacza, powinna być mniejsza niż maksymalny
Jakiego rodzaju filtr przeciwzakłóceniowy zastosujemy po stronie sieci? Czy po stronie sieci umieścimy również elementy redukujące przepięcia?
Czy niezbędne jest pokrycie płytek lakierem? A może właściwszym rozwiązaniem będzie zalanie całej elektroniki odpowiednia masa? W sektorze konsumenckim również można spotkać tego typu rozwiązania. By najmniej, nie jest to "wymysł" ostatnich lat. Już w drugiej połowie lat osiemdziesiątych, można było spotkać zasilacze do komputerów osobistych czy tez zabawek całkowicie zalane masa.
Obudowa metalowa czy na bazie tworzyw sztucznych? Realizowana na indywidualne zamówienie czy tez wybrana z pośród gotowych produktów? W przypadku produkcji wielkoseryjnej, ważną rzeczą jest optymalizacja pod konkretny produkt. Czy środki którymi dysponujemy są wystarczające by samodzielnie podjąć się optymalizacji? A może powinniśmy zdać się na podwykonawcę?
Grubość wszelkich przewodów połączeniowych? Dobre praktyki zalecają nadmiarowość. Jednak przesada jest zbędna.
DESIGN
Jakich narzędzi programistycznych użyjemy?
Czy konieczne jest stworzenie stosownych bibliotek elementów?
Czy podczas projektowania PCB użyjemy autoroutera czy ścieżki wytyczymy ręcznie?
Ile warstw powinna posiadać projektowana płytka?
Czy będzie zawierała oddzielna płaszczyznę „masy”?
Jaki będzie rozkład elementów? Odpowiednie rozmieszczenie elementów jest bardzo ważne Niezbyt dobrym pomysłem, jest umieszczanie wejścia zasilacza w bezpośrednim sąsiedztwie wyjścia.
PROTOTYP
Prototyp wykonamy na uniwersalnej płytce, czy tez od razu na zaprojektowanym obwodzie? Czy prototyp wykonamy w docelowej obudowie? Jakiego rodzaju stopu lutowniczego użyjemy? Z dodatkiem ołowiu, czy bezołowiowego? W jakiej formie? Pasta, drut czy innej? Czy dysponujemy zapleczem umożliwiającym wykonawstwo prototypowych płytek drukowanych, czy tez zlecimy to specjalistycznym firma? Jaka dokumentacje należy przygotować? Jaka metoda zostaną polutowane prototypy? Ręcznie, gorącym powietrzem, w piecu rozpływowym czy tez za pomocą promiennika podczerwieni?
TESTY /POPRAWKI /TESTY W ŚRODOWISKU DOCELOWYM
Czy testy przeprowadzimy samodzielnie czy z pomocą specjalistycznych laboratoriów?
Co zamierzamy testować? W jaki sposób? Jakimi metodami? Według jakich norm?
Czy posiadamy odpowiednio wyposażoną pracownie?
Czy jesteśmy w stanie odtworzyć warunki w jakich nasz projekt będzie pracował?
Czego oczekujemy od testów?
DOKUMENTACJA
Co będzie zawierała?
CERTYFIKATY
Czy nasz produkt wymaga certyfikacji? Jeżeli tak, to gdzie możemy uzyskać stosowne certyfikacje? Czy może wystarczy deklaracja zgodności?
PRODUKCJA
Ilość egzemplarzy do wykonania. Czy produkcje zlecimy wyspecjalizowanym zakładom produkcyjnym czy tez sami podołamy zamówieniu? Jeżeli sami to czy mamy sprawdzonych dostawców? A park maszynowy? A jak wygląda sprawa z, banalna wydawać by się mogło, rzeczą jaka jest właściwe opakowanie? Czy posiadamy odpowiedni personel?
Poniższa tabela prezentuje w skondensowanej formę omówienie poszczególnych etapów. W celu powiększenia, kliknij na tabele.
