MATURITNÍ PRÁCE. Nabíječka na telefon

Transkript

1 MATURITNÍ PRÁCE Nabíječka na telefon Lukáš Vyskočil Obor: El. počítačové systémy Třída: PS4 Školní rok: 2015/2016

2

3 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

4 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 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 6 OBSAH ÚVOD TEORETICKÁ ČÁST PRINCIP NABÍJEČKY KONKRETIZACE ZADÁNÍ JEDNOTLIVÉ CÍLE PRÁCE NÁVRH SCHÉMA ZAPOJENÍ POUŢITÉ SOUČÁSTKY TRANSFORMÁTOR USMĚRŇOVACÍ MŮSTEK KONDENZÁTORY REZISTOR USB PLASTOVÁ KRABIČKA DESKA PLOŠNÝCH SPOJŮ CHLADIČ PRAKTICKÁ ČÁST 19 ÚVOD DO PRAKTICKÉ ČÁSTI VÝBĚR TECHNOLOGIÍ PRO ŘEŠENÍ TECHNOLOGIE PÁJENÍ TECHNOLOGIE VRTÁNÍ 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 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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.

8 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 8 I. TEORETICKÁ ČÁST

9 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

10 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm NÁVRH SCHÉMA ZAPOJENÍ: Hlavním úkolem teoretické části byl návrh schéma zapojení. Pro sestavení nabíječky bylo použito následující schéma: Obr. 1.: Schéma zapojení

11 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm POUŢITÉ SOUČÁSTKY: Zde nalezneme seznam použitých součástek, jejich popis a vlastnosti 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 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

17 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm DESKA PLOŠNÝCH SPOJŮ: Obr. 13.: Deska plošných spojů (po pájení) Rozměry desky plošných spojů: Délka: 8,5cm Šířka: 5,7cm

18 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm CHLADIČ: Chladič, který má za úkol uchladit nabíječku, aby nedošlo k poškození. Obr. 14.: Chladič

19 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 19 II. PRAKTICKÁ ČÁST

20 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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.

21 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 21 2 VÝBĚR TECHNOLOGIÍ PRO ŘEŠENÍ: Výběr technologií byl jednou z nejdůležitějších součástí, autor pro danou problematiku volil následující přístroje a nástroje: Klasická trafo páječka: 2.1 TECHNOLOGIE PÁJENÍ: Obr. 15.: Trafo páječka 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 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

23 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 23 Odsávačka cínu: Obr. 18.: Odsávačka cínu Cín a kalafuna: Obr. 19.: Cín a kalafuna

24 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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.

25 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 25 3 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.

26 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 26 Obr. 20.: Pohled na zapájené součástky do desky plošných spojů(1)

27 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 27 Obr. 20.: Pohled na zapájené součástky do desky plošných spojů(2) a viditelné vrty pro usazení do krabičky plastové konstrukce.

28 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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.

29 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 29 SEZNAM POUŢITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK Ø Průměr Hz- jednotka frekvence V volt VA voltampér A - ampér

30 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 30 SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY [1] Wikipedie, otevřená encyklopedie [2] EZK. elektronika Zdeněk Krčmář, elektrosoučástky, elektronické součástky, stavebnice a moduly [3] Google - obrázky

31 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 31 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1.: Schéma zapojení Obr. 2.: Transformátor Obr. 3.: Schématická značka transformátoru Obr. 4.: Usměrňovací můstek Obr. 5.: Schématická značka usměrňovacího můstku Obr. 6.: Kondenzátor Obr. 7.: Schématická značka kondenzátoru Obr. 8.: Rezistor Obr. 9.: Schématická značka rezistoru Obr. 10.: USB - konektor Obr. 11.: USB konektor - rozměry Obr. 12.: Plastová krabička Obr. 13.: Trafo páječka Obr. 14.: Vrtačka Obr. 15.: Multimetr Obr. 16.: Odsávačka cínu

32 SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 32 SEZNAM PŘÍLOH - CD s dokumentací maturitní práce - Příloha: konzultace

33 PŘÍLOHA: KONZULTACE