Kytkentävirran mittalaitteen suunnittelu

Abstract

Tämä raportti käsittelee Teknoware Oy:lle opinnäytetyönä tehtyä kytkentävirran mittalaitteen suunnittelutyötä. Mittalaite on suunniteltu käytettäväksi Teknoware Oy:n ajoneuvo-elektroniikan tuotekehityksen suunnitteluntodennustesteissä. Raportti sisältää lyhyen katsauksen kytkentävirtaan ilmiönä, piirikaavion ja piirilevyn suunnittelutyön ja prototyypin testauksen selostukset.

Mittalaitteeseen kytkettävällä ulkoisella kondensaattorilla varmistetaan riittävä sähköinen energia kytkentävirtapiikin syntymiseen. Kondensaattori ladataan ulkoisella teholähteellä. Mittalaitteen MOSFET-kytkin tehdään johtavaksi mikrokontrollerilla ohjatuilla vakiovirtalähteillä ja testattavan laitteen muodosta virtapiikki mitataan mittausvastuksien läpi kulkeneen paluuvirran muodostamasta jännitteestä. Mittaustuloksien selventämiseksi muodostunutta jännitettä vahvistetaan operaatiovahvistimella. Mittalaitteen suunnitteluun kuului piirikaavion ja piirilevyn suunnittelu ja mittalaitteen testaus. Testeissä varmistettiin laitteen virheetön toiminta ja tarkistettiin mittaustulosten tarkkuus. Työn lopussa tarkastellaan suunnittelussa ilmenneitä ongelmia ja niiden ratkaisuja. Suunnittelutyön tuloksena koottiin toimiva kytkentävirran mittalaitteen prototyyppi, mikä on nyt Teknoware Oy:n tuotekehityksen käytössä. Teknoware Oy tulee jatkamaan mittalaitteen kehitystyötä.

This thesis covers the design process for an inrush current measuring equipment that was made for Teknoware Oy’s vehicle lighting research and development department. The measuring equipment will be used to authenticate design of new products. The report includes a short overview to inrush as a phenomenon, design of schematic and circuit board and a review of test done to the prototype.

An external capacitor is used to provide sufficient electrical energy in the formation of in-rush current and an external power source is used to charge the capacitor. A MOSFET switch is made conductive by using microcontroller driven constant current sources and the inrush current is measured from the voltage formed in shunt resistors by the current returning from the device under test. To clarify the results the formed voltage is amplified using an operational amplifier. Design process includes designing the schematic and circuit board and testing. Tests were conducted to make sure the device was working correctly and to verify the accuracy of measurements. Problems that occurred during the design process and solutions to those problems are examined at the end of this thesis. A working prototype inrush current tester was constructed as a result of this thesis and is now in use in Teknoware Oy’s research and development department. Teknoware Oy will continue developing the inrush current tester.