Специализированный лабораторный прибор для проведения комплексных испытаний высоковольтных полупроводниковых компонентов и диэлектрических материалов (измерение токов утечки, определение напряжения пробоя).
Проект охватывает полный цикл разработки устройства: от проектирования схемы и симуляции физических процессов до конструирования корпуса, подготовки файлов производства и натурных испытаний готового стенда.
Разработчики: aiurat и ilyakorni.
Электронный узел устройства спроектирован в среде EasyEDA:
- Схема: Импульсный повышающий преобразователь (Boost Converter) на базе ШИМ-контроллера TL494 (DA2) и драйвера затвора IR2302 (DA1). Первичное питание осуществляется через интерфейс USB Type-C (X1) с триггером быстрой зарядки CH224K (DD1), запрашивающим профиль питания 12 В (до 2 А).
- Плата: Двухслойная печатная плата (FR-4) со встроенным планарным радиатором (медными полигонами без паяльной маски) для пассивного охлаждения силового ключа VT2 (IRF640).
.png)
Перед отправкой платы в производство было проведено компьютерное моделирование ключевых узлов устройства:
Для качественной оценки эффективности охлаждающего медного полигона была проведена тепловая симуляция в 3 итерации:
- Итерация 1 (Базовая): Упрощенный расчет на пустом текстолите для оценки векторов распространения тепла.
- Итерация 2 (Контрольная): Моделирование платы с компонентами без физического контакта полигона радиатора с платой в расчетной сетке. Это позволило зафиксировать характерный критический перегрев в одной точке при отсутствии теплоотвода.
- Итерация 3 (Финальная): Тепловой контакт был настроен. Добавлены точки нагрева в зоне без радиатора (3 резистора). Симуляция наглядно подтвердила, что в зоне без радиатора образуется сильный перегрев, тогда как планарный медный полигон успешно распределяет и уводит тепло по плате.
.png)
Проведено моделирование переходных процессов (Transient Analysis) узла мягкого старта на транзисторе VT1. Моделирование подтвердило плавное нарастание напряжения на нагрузке и ограничение бросков зарядного тока конденсаторов фильтра, что защищает первичный блок питания от перегрузки при старте.
В системе КОМПАС-3D спроектирован защитный корпус прибора:
- Конструкция корпуса разделена на отдельные функциональные части (основание, крышка, панели) для удобства 3D-печати.
- В общую механическую сборку (
.a3d) была импортирована STEP-модель печатной платы (hv-test-stand-pcb.step) для контроля соосности разъемов, клемм, кнопок и крепежных отверстий.
По подготовленной документации (Gerber-файлы, BOM-таблица, технологическая маршрутная карта) плата была успешно изготовлена, смонтирована и протестирована:
- Проведены замеры выходного напряжения с помощью мультиметра.
- Зафиксирована стабильная работа преобразователя и генерация выходного напряжения 99.6 В при питании от интерфейса USB-C.
- 🔌 Электроника — принципиальная схема и печатная плата в EasyEDA.
- 📈 Симуляции — подробные отчеты и файлы тепловых расчетов (CST) и мягкого старта (Micro-Cap).
- ⚙️ Механика — 3D-модели корпуса (КОМПАС-3D) и STEP-файл платы.
- 🛠️ Производство — Gerber-файлы, чертежи PDF, спецификация (BOM) со ссылками и фотографии готового прибора.
- 📄 Документация — подробное описание работы схемы.
Copyright (c) 2026 Айрат Ялалетдинов, Илья Корнилов
Этот исходный документ описывает открытое аппаратное обеспечение (Open Hardware) и распространяется под лицензией CERN-OHL-P v2. Вы можете распространять и изменять этот исходный документ, а также производить на его основе продукты в соответствии с условиями лицензии CERN-OHL-P v2 (https://cern.ch/cern-ohl).
Этот исходный документ распространяется БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ЯВНЫХ ИЛИ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫХ ГАРАНТИЙ, ВКЛЮЧАЯ ГАРАНТИИ ТОВАРНОЙ ПРИГОДНОСТИ, УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОГО КАЧЕСТВА ИЛИ СООТВЕТСТВИЯ КОНКРЕТНЫМ ЦЕЛЯМ. Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями CERN-OHL-P v2 для получения подробной информации.