Основная печатная плата устройства размерами 135x95 мм была изготовлена с помощью ЛУТ и травлением в растворе перекиси водорода, лимонной кислоты и поваренной соли из соотношения на 100 мл перекиси 30 г лимонной кислоты и 5 г соли. Топология нижней стороны печатной платы показана на рис. 10, верхней стороны - на рис. 11, а схема размещения элементов - на рис. 12. Смонтированная плата показана на рис. 13.
После травления и лужения платы необходимо установить и пропаять переходные отверстия, в качестве которых рекомендуется использовать медные трубчатые заклёпки соответствующего диаметра, которые можно приобрести на AliExpress. Также их необходимо использовать для установки выводных компонентов, особенно для разъёмов, к которым затруднён доступ для пайки.
Рис. 10. Топология нижней стороны печатной платы
Рис. 11. Топология верхней стороны печатной платы
Рис. 12. Схема размещения элементов на плате
Рис. 13. Смонтированная плата
Вид на внутреннюю компоновку устройства показан на рис. 14. Необходимо уделить большее внимание при пайке разъёмов XS1-XS5 для модуля Arduino, так как доступ для их пайки возможен только с нижней стороны платы. Во-первых, необходимо подобрать по размеру трубчатые заклёпки для выводов разъёмов, которые должны иметь связи с печатными проводниками на нижней и верхней сторонах платы, установить их и припаять к проводникам. Затем продуть отверстия отсосом, и только затем установить и припаять разъёмы без использования жидких флюсов. Аналогичные действия рекомендуются при монтаже и других разъёмов платы, а также подстроечных резисторов. При необходимости подогнать торцы разъёмов XS3, XS2 и XS3, XS5 следует подрезать их канцеляр-ским ножом, чтобы шаг гнёзд разъёмов соответствовал шагу 2,54 мм. После пайки разъёмов плата Arduino должна входить в разъёмы без особых усилий и без деформации контактов.
Необходимо также уделить внимание надёжности пайки клеммной колодки XT2. При зажиме проводов к ней прикладывается довольно большое усилие, что может привести к нарушению пайки.
Рис. 14. Вид на внутреннюю компоновку устройства
Разъёмы XP3, XP4 желательно использовать на единой колодке, как показано на рис. 13, что повышает их прочность. Так как к ним постоянно приходится подключать и отключать аккумуляторные адаптеры, то они подвержены существенным нагрузкам. Для них была использована колодка разъёма PLD-80R, от которой было отделено 26 (2x13) контактов. Перед установкой на плату в средней части колодки необходимо извлечь шесть (2x3) контактов и впаять их в плату. Для дополнительной прочности рекомендуется среднюю часть колодки, из которой извлечены контакты, приклеить к плате пластиком из клеевого пистолета. К площадкам, к которым припаяны диодные сборки VD16, VD17, припаяны латунные пластины для дополнительного охлаждения (см. рис. 13, рис. 14).
В местах крепления платы к корпусу на нижней и верхней сторонах платы приклеены изолирующие шайбы, кроме отверстия около клеммной колодки XT2, это единственная точка соединения общего провода платы с корпусом. Для охлаждения транзисторов VT10, VT11, VT13 и диодной сборки VD22 применён игольчато-пластинчатый теплоотвод размерами 50x50x30 мм. Совместно с вентилятором, который работает на вытяжку нагретого воздуха за пределы корпуса устройства, теплоотвод способен рассеивать до 20 Вт. Не рекомендуется работа вентилятора на обдув теплоотвода, поскольку это может привести к сильному повышению температуры внутри корпуса устройства. Воздушные потоки также эффективно охлаждают компоненты, участвующие в процессе зарядки, которые расположены под теплоотводом. На вентиляторе разъём заменён на разъём типа BLS-3. На рис. 12 теплоотвод с вентилятором схематично обозначен в виде прямоугольника, имеются и отверстия для его крепления к плате.
Основная часть применённых радиоэлементов - для поверхностного монтажа (SMD). Все маломощные резисторы могут быть типоразмеров 1206 и 0805, мощные резисторы R16-R19 - типоразмера 2512, резисторы R22-R24, R26, R44-R47 - типоразмера 2512 с допуском ±1 %, подстроечные резисторы R40, R41, R54 -СП5-16ВГ-0,05. Керамические конденсаторы C9-C13, C15-C22, C25, C26, C42 - типоразмера 1210 (3525), остальные - типоразмера 0805. Танталовые конденсаторы C39 - типоразмера 3216, C40 - типоразмера 6032 и C41 - типоразмера 7343. Алюминиевые оксидные конденсаторы C14, C27, C28 - серии EZV производителя HITANO. Дроссели L1-L3 - B82477G4 размерами 12,8x12,8x8 мм. Для разъёмов XS1-XS5 использована линейка типа PBS-40, от которой отрезано нужное число гнёзд, разъёмы XP5, XP6, XP9 - серии PLD, остальные - серии PLS. Клеммная колодка XT2 - XY301V-A-3P.
После пайки компонентов основную плату необходимо промыть, соблюдая большую осторожность, особенно около разъёмов XS1-XS5. Проникновение промывочной жидкости в разъёмы может создать большие проблемы. В таких критических местах рекомендуется использовать не кисточку, а поролоновый тампон в пинцете, слегка смоченный промывочной жидкостью, и тампон из х/б материала для лучшего впитывания жидкости. Для защиты штыревых разъёмов необходимо надеть на штыри кусочки пенопласта. После промывки и просушки надо прозвонить омметром цепи электропитания платы на замыкания и обрывы, а также цепи зарядки и разрядки. Первый вывод штыревых разъёмов на плате рекомендуется маркировать, сделав небольшое углубление с помощью тонкого сверла и затем заполнить краской.
На модуле Arduino Pro Mini, руководствуясь рис. 7, необходимо удалить светодиод, на который указывает крас-ная стрелка, потому что он может помешать процессу загрузки программы в микроконтроллер. В отверстия платы, кроме тех, которые отмечены крестиком, с нижней стороны необходимо впаять штыревые разъёмы серии PLS с соответствующим числом контактов. При желании безболезненно для Arduino можно удалить компоненты, обозначенные кружком красного цвета.
Плата сетевого преобразователя напряжения была извлечена из корпуса, доработана и смонтирована в другом алюминиевом корпусе от более мощного преобразователя, тип которого можно увидеть на рис. 14. Доработка заключается в удалении витка обратной связи из трансформатора T1 (см. рис. 3) и замене её перемычкой на плате, подробности смотреть в [2]. Удалена вторичная обмотка трансформатора T2, и с целью повышения безопасности намотано несколько слоёв фторопластовой плёнки для повышения электрической изоляции между обмотками и затем намотана новая вторичная обмотка проводом МГТФ-0,35 18+18 витков. Для обратной связи протягивается один виток провода МГТФ-0,2 через выводы 5-6 трансформатора T1, выводы 7-8 T2 и припаивается к балластному резистору. Плата балластного резистора изготавливается из двухстороннего стеклотекстолита размерами 20x30 мм, чертёж которой и размещение элементов показаны на рис. 15. Резисторы C2-33 припаивают на верхней стороне платы, на нижнюю сторону фольги наносится теплопроводная паста, и плата крепится винтом с гайкой М2,5 к корпусу преобразователя.
Рис. 15. Чертёж печатной платы балластного резистора и размещение элементов на ней
Рис. 16. Терморезистор RK1
Рис. 17. Чертёж печатной платы сетевого фильтра и размещение элементов на ней
Транзисторы преобразователя VT2 и VT3 через слюдяные изолирующие про-кладки и теплопроводную пасту также прижаты к корпусу преобразователя для лучшего охлаждения. Тип терморезистора RK1 хорошо виден на рис. 16, конденсаторы C3, C4 прикреплены к корпусу с помощью клеевого пистолета и припаяны к стойкам, которые, в свою очередь, припаяны к плате. С внешней стороны корпуса закреплена клеммная колодка для входного и выходного напряжения серии PA-12-3, от которой отрезано необходимое число зажимов. На сетевом разъёме XP11 (AC-016) методом пайки крепится плата сетевого фильтра размерами 38x23 мм, чертёж которой показан на рис. 17, для чего в плате сделаны прорези для контактов разъёма. На плате установлены держатель предохранителя S1050 и помехоподавляющий конденсатор C43 типа MEX/TENTA (MKP-61), к плате подключается сетевой выключатель SA1 PS8A и входные клеммы колодки XT1.
Методика проверки работоспособности преобразователя будет освещена далее.
Продолжение следует
Автор: А. Дымов, г. Оренбург