Konstruiranje elektronskih naprav

Opis predmeta

Uvod v načrtovanje novih naprav, razvojni cikel izdelkov, faze razvoja trga. Strategije načrtovanja izdelka, časovni in finančni načrt. Električne, mehanske, termične in oblikovne zahteve izdelka. Ekonomski vidiki razvoja, gradnje, vzdrževanja in razgradnje elektronskih naprav.

Zakonske omejitve elektronskih izdelkov. Sistem standardizacije, evropski harmonizirani standardi. CE znak. Svetovni regulatorji kvalitete in varnosti izdelkov. Varnostne in EMC direktive in standardi.

Osnove EMC, načini sklapljanja motenj, bližnje in daljne elektromagnetno polje, sofazni in diferencialni signali, meritve EMC.

Pasivne in aktivne elektronske komponente, integrirana vezja. Oblike komponent in oznake. Napajalni viri. Standardne napajalne napetosti in logični nivoji. Usmerniki, stabilizatorji in reference. Baterije in akumulatorji. Električne povezave, priključki, kabli, tipi in oznake. Osnove zanesljivosti elektronskih naprav in sistemov, vplivi okolja, analiza obremenitve elementov, podatkovne baze.

Tehnologije tiskanih vezij, materiali, izvedbe in proizvodnja. Načrtovanje tiskanih vezij, orodja in pristopi. Strategije postavitve in povezovanja komponent. Tehnike načrtovanja za EMC, izločanje in filtriranje motenj. Blokiranje napajanja. Povezovanje mas in napajanja. Izločanje motenj na signalnih in napajalnih linijah in priključkih. Masne površine. Večslojna tiskana vezja.

Tehnike in komponente za zaščito pred elektrostatičnimi izpraznitvami in prenapetostjo. Integriteta signalov. Prenosne linije in zaključitve. Presluh med linijami.

Priprava načrta in datotek za serijsko proizvodnjo tiskanega vezja in strojnega polaganja z upoštevanjem omejitev tehnologij.

Ohišja naprav. Standardi, oblike, združljivost ohišij. Upravljanje s toploto. Hladilna telesa in materiali. Tehnologije in postopki za oblikovanje ohišij.

Oklopi in ozemljitve naprav in kablov.

Cilji in kompetence

Študentje naj bi pridobili teoretična in praktična znanja, ki so potrebna za načrtovanje elektronskih naprav v skladu z veljavnimi predpisi in standardi.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, laboratorijske vaje, projektno delo.

Predvideni študijski rezultati

Ob uspešno zaključenih študijskih obveznosti pri tem predmetu naj bi študentje bili sposobni:

• izbrati veljavne standarde, ki jim mora naprava ustrezati glede na veljavno zakonodajo in tip naprave,
• izbrati najustreznejše materiale in tehnologijo izdelave in opremljanja tiskanega vezja,
• načrtati tiskano vezje glede na dano shemo z upoštevanjem dobre inženirske prakse za doseganje združljivosti vezja z veljavnimi standardi in proizvodnimi tehnologijami,
• uporabljati računalniške programe za simulacijo in načrtovanje električne sheme in tiskanega vezja,
• izbirati materiale, topologijo, komponente in izračunati njihove vrednosti za namen filtriranja in dušenja motenj,
• izbrati in uporabiti najprimernejšo topologijo in zaključitve električnih povezav glede na tip signala,
• identificirati najverjetnejši izvor težav v zvezi z elektromagnetno združljivostjo v vezju in ga z ustreznimi ukrepi zmanjšati.

Reference nosilca

1. MATIČ, Gašper, JANKOVEC, Marko, JURMAN, David, TOPIČ, Marko. Feasibility study of attitude determination for all-rotating unmanned aerial vehicles in steady flight. Journal of intelligent & robotic systems, ISSN 0921-0296, 2015, vol. , no. , str. 1-20.
2. JANKOVEC, Marko, TOPIČ, Marko. Intercomparison of temperature sensors for outdoor monitoring of photovoltaic modules. Journal of solar energy engineering, ISSN 0199-6231, Aug. 2013, vol. 135, no. 3, str. 1-7.
3. HERMAN, Matic, JANKOVEC, Marko, TOPIČ, Marko. Optimisation of the I-V measurement scan time through dynamic modelling of solar cells. IET renewable power generation, ISSN 1752-1416. [Print ed.], 2013, vol. 7, no. 1, str. 63-70.
4. ANDREJAŠIČ, Tine, JANKOVEC, Marko, TOPIČ, Marko. Comparison of direct maximum power point tracking algorithms using EN 50530 dynamic test procedure. IET renewable power generation, ISSN 1752-1416. [Print ed.], 2011, vol. 5, no. 4, str. 281-286.
5. KURNIK, Jurij, JANKOVEC, Marko, BRECL, Kristijan, TOPIČ, Marko. Outdoor testing of PV module temperature and performance under different mounting and operational conditions. Solar energy materials and solar cells, ISSN 0927-0248. [Print ed.], Jan. 2011, vol. 95, no. 1, str. 373-376.

Temeljni viri in literatura

1. Jankovec M., Konstruiranje elektronskih naprav, slikovno gradivo in zapiski predavanj, Ljubljana, 2016.
2. Henry W. Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering, Wiley-Interscience, ISBN 978-0-470-18930-6, New York, 2009.
3. Howard W. Johnson, Martin Graham, High-Speed Digital Design, A Handbook of Black Magic, Prentice Hall PTR, New Jersey
4. Lee. W. Ritchey, Right the first time, Speeding edge, ISBN-0-9741936-0-7, 2003
5. Mark I. Montrose, Printed Circuit Board Design Techniques for EMC Compliance, Wiley-Interscience IEEE, ISBN 0-7803-5376-5, New York, 2000.
6. Mark I. Montrose, EMC and the Printed Circuit Board – Design, Theory and -Layout Made Simple,  Wiley-Interscience IEEE, ISBN 0-7803-4703-N, New York, 199
7. Tim Williams, EMC for Product Designers, Third edition, ISBN 0 7506 4930 5, 2001.