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.

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

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

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.

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 8

I. TEORETICKÁ ČÁST

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 10

1.4 NÁVRH SCHÉMA ZAPOJENÍ:

Hlavním úkolem teoretické části byl návrh schéma zapojení.

Pro sestavení nabíječky bylo použito následující schéma:

Obr. 1.: Schéma zapojení

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 17

1.5.7 DESKA PLOŠNÝCH SPOJŮ:

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

Rozměry desky plošných spojů:

Délka: 8,5cm

Šířka: 5,7cm

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 18

1.5.8 CHLADIČ:

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

Obr. 14.: Chladič

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 19

II. PRAKTICKÁ ČÁST

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.

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:

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.

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

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 23

Odsávačka cínu:

Obr. 18.: Odsávačka cínu

Cín a kalafuna:

Obr. 19.: Cín a kalafuna

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.

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.

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 26

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

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.

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.

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 29

SEZNAM POUŢITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK

Ø – Průměr

Hz- jednotka frekvence

V – volt

VA – voltampér

A - ampér

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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/

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 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

SŠIEŘ Roţnov pod Radhoštěm 32

SEZNAM PŘÍLOH

- CD s dokumentací maturitní práce

- Příloha: konzultace

PŘÍLOHA: KONZULTACE