Bachelor's Thesis

Design of linear stabilized power supply for electronics

Final Thesis 6.47 MB Appendix 308.53 kB

Author of thesis: David Moravec

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Lubomír Brančík, CSc.

Reviewer: doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis covers the theory, design, and parameter calculation of linear power supplies. The primary objective is to design a complete linear stabilized power supply featuring both asymmetrical and symmetrical channels. An integrated digital unit handles control, adjustment, and the display of voltage and current. The system incorporates electronic protections against short circuits, reverse polarity, overvoltage, and overheating. Individual functional blocks are analyzed in detail, with key parameters verified through computer simulations. The project culminates in the physical realization of the device, encompassing PCB design, assembly, bring-up, practical parameter measurement, and final integration into an instrument enclosure.

Keywords:

Laboratory power supply, digitally controlled linear power supply, toroidal transformer, microcontroller, PSpice simulation

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentuje postupy a výsledky řešení své závěrečné práce. Následně odpovídá na dotazy oponenta práce a na dotazy členů zkušební komise. Prof. Grmela Co ve Vaší práci bylo převzato a co je Váš návrh? Student ve schématu ukazuje, které části navrhl a které převzal. Prof. Kolka Jakého typu je tedy zpětná vazba? Probíhá diskuze.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electronics and Communication Technologies (BPC-ECT)

Composition of Committee

prof. Ing. Lubomír Brančík, CSc. (předseda)
prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka (místopředseda)
Ing. Michal Mrnka, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Lubomír Grmela, CSc. (člen)
Ing. Zbyněk Fedra, Ph.D. (člen)

Student měl za úkol navrhnout a realizovat dvoukanálový lineární stabilizovaný napájecí zdroj pro obecné použití v elektronice, se zadanými parametry 0 až ± 25 V / 3 A (symetrický kanál) a 0 až 25 V / 6 A (nesymetrický kanál). Navržen měl být i způsob digitálního nastavování a zobrazení výstupních napětí a proudů na panelu zdroje. Funkčnost navržených zapojení měla být ověřena simulacemi ve vhodném simulačním programu a vyhotovené zařízení podrobeno měření základních charakteristik.
Práce má nadstandardní rozsah 72 stran textu a 28 stran příloh. Po formální i grafické stránce je na velmi dobré úrovni. Mohu konstatovat, že student zadání bakalářské práce splnil na velmi kvalitní úrovni. Po úvodních teoretických částech se věnuje návrhu koncepce vlastního dvoukanálového zdroje, jehož celková struktura je velmi přehledně prezentována v blokovém diagramu na obr. 2.1. Ačkoli byl návrh nesymetrického kanálu ideově převzat z citované literatury, další návrhy z oblasti digitálního řízení a zobrazování veličin je příspěvkem samotného autora, totéž lze říci i o koncepci symetrického kanálu a návrhu parametrů toroidního transformátoru se všemi doprovodnými výpočty. Návrh zdroje student prováděl v návrhovém systému EasyEDA Pro, navržen byl i pomocný zdroj pro účely napájení ventilátoru. Jádrem kanálů jsou integrované lineární stabilizátory řady LM, pro digitální řízení je využit mikrokontrolér ATMEGA1284, programovaný v prostředí Arduino IDE, který je použit i k ovládání použitých D/A a A/D převodníků a OLED displeje. Práce je doplněna mnoha simulacemi v programu PSpice, jak zatěžovacích charakteristik pro různá výstupní napětí a hodnoty proudové pojistky u obou kanálů, tak zjišťování stability napěťové smyčky zpětné vazby či simulace skokových změn připojené zátěže v časové oblasti. Student zdroj velmi kvalitně realizoval a provedl potřebná měření, která dokládají jeho plnou funkčnost a deklarované parametry.
K práci mám řadu připomínek vesměs formálního charakteru. Student používá pojmy kapacita a indukčnost jako názvy pro prvky, kapacitory a induktory (viz např. „využití kvalitních a rychlých kapacit“, „Díky užití indukčnosti jako setrvačného prvku“, apod.), zdánlivý výkon je uváděn ve wattech, odkazy na některé obrázky jsou zkomolené, např. „vyšší kapacitou 1.12“, „na obr. schématu 2.9“, „blokové schéma zdroje 2.1“, některé obrázky nejsou v textu odkazovány, např. obr. 2.15, 2.16 a 2.26. Obrázky s výsledky simulace stability smyčky zpětné vazby nejsou uvozeny vhodným textem. V práci je i několik těžkopádných formulací, např. „V potaz je též nutné zohlednit…“ či „Z obr. simulace 2.17 je simulováno…“ aj.
Závěrem chci konstatovat, že i přes uvedené formální výtky hodnotím bakalářskou práci jako velmi povedenou, student jevil o problematiku zájem a prokázal výborné schopnosti v oblasti návrhu i praktické konstrukci elektronických zařízení. Práci hodnotím jako A/90b. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem stabilizovaného zdroje s několika kanály (regulovatelnými hladinami napětí). Práce je obsáhlá a obsahuje kompletní návrh zdroje včetně veškeré dokumentace, výpočtů a obvodových simulací. Z tohoto důvodu lze zadání považovat za splněné v plném rozsahu.

Z práce vyplývá, že toroidní transformátor byl vyroben firmou na zakázku, což ovšem nesnižuje kvalitu a množství odvedené práce. Z bakalářské práce není zřejmé, zda byla stěžejní obvodová zapojení převzata nebo přímo navržena studentem. Jedná se především o schémata uvedená na obr. 2.6 a obr. 2.11. Výsledný funkční vzorek vypadá velmi povedeně. Naměřená data potvrzují teoretické předpoklady.

Práce je formálně na dobré úrovni, kvalita obrázků je dostatečná. Práce obsahuje několik překlepů a gramatických chyb, není jich však mnoho. V textu postrádám odkazy na některé obrázky. U vzorce (2.2) je rozpor, kdy je zdánlivý výkon vyjádřen ve wattech. Obrázkům zobrazujícím výsledky simulací by prospělo doplnění o legendy (barva a hodnota parametru) a popis nastavení simulačních profilů.

Bakalářskou práci považuji za velmi zdařilou a hodnotím ji známkou A, počet bodů 92. Topics for thesis defence:
  1. Detailně vysvětlete, jakým způsobem se vyhodnocuje stabilita zpětnovazebního systému podle obr. 2.16.
Points proposed by reviewer: 92

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová