Bachelor's Thesis

Laboratory Power Supply Powered via USB-C

Final Thesis 6.67 MB Appendix 7.12 MB

Author of thesis: Dominik Sosnar

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Pavel Tomíček

Reviewer: Ing. Veronika Junasová

Abstract:

The thesis focuses on the design of a laboratory power supply powered via a USB-C connector using the Power Delivery standard. The aim is to develop a compact device capable of operating in constant-voltage and constant-current modes, complemented by basic protection features. The proposed power supply is intended primarily for powering electronic prototypes, charging batteries, and use in portable applications where the availability of USB-C power is advantageous. The work includes an analysis of commercially available laboratory power supplies and their parameters, which serves as a basis for defining the requirements of the designed device. The theoretical part further examines the topologies of switching converters, linear regulators, and combined concepts that form the foundation of the final solution. The practical part covers the design of individual functional blocks of the power supply, their integration, the design of printed circuit boards, mechanical construction, and the final implementation of the device. The concluding section focuses on testing the completed prototype and verifying its functional characteristics.

Keywords:

Laboratory power supply, switch-mode power supply, linear regulator, USB-C, Power Delivery, microcontroller, ADC, DAC

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své závěrečné práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl na otázky komise: K: Jak byste měřil odolnost proti zkratu? S: Student částečně popsal a vysvětlil, především tak, že je to teoreticky nastaveno s praktickým doplněním chování zařízení. K: Proč jsou schémata vzadu, proč jsou v kapsičce? S: Student odpověděl. K: U některých schémat je špatné rozlišení. K: Máte tam napsané, že potřebujete 30 V a 5 A, jaký byste zvolil USB zdroj? S: Nebylo testováno na takovou úroveň, ale podle nejnovějšího protokolu by to mělo být možné.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

doc. Ing. Tomáš Frýza, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Vladislav Musil, CSc. (místopředseda)
doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Prášek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Pavlík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Martin Adámek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Pavel Tomíček

Předložená práce se zabývá návrhem, výrobou a ověřením laboratorního zdroje napájeného prostřednictvím rozhraní USB-C s podporou protokolu USB Power Delivery.

V teoretické části jsou popsány principy lineárních a spínaných napájecích zdrojů, rozhraní USB a protokol USB Power Delivery. Součástí práce je rovněž průzkum dostupných komerčních řešení. Za drobný nedostatek považuji rozsah rešerše v oblasti spínaných zdrojů, která mohla být zpracována podrobněji. Praktická část se věnuje specifikaci požadavků na navrhovaný zdroj, návrhu a realizaci jednotlivých hardwarových i softwarových částí zařízení a jeho následnému ověření měřením.

Po formální i jazykové stránce je práce zpracována na velmi dobré úrovni a nemám k ní zásadní připomínky. Také z odborného hlediska se jedná o kvalitní práci s pouze minimálními nedostatky. Oceňuji zejména studentův aktivní přístup, vysoké pracovní nasazení a iniciativu při hledání technických řešení a navrhování vlastních vylepšení. Je škoda, že z časových důvodů nebylo možné provést rozsáhlejší sadu měření. Na druhou stranu je třeba vzít v úvahu, že oživení a odladění navrženého zdroje využívajícího relativně komplexní topologii představovalo samo o sobě náročný technický úkol.

Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm A s celkovým počtem 92 bodů. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Veronika Junasová

Student se v předložené práci věnuje návrhu a realizaci laboratorního zdroje napájeného pomocí USB-C. Textová část práce je věnována teorii z oblasti zdrojů, průzkumu trhu, schematickému návrhu a realizaci zařízení. Jednotlivé kapitoly na sebe dobře logicky navazují, přičemž text je napsán čtivě a systematicky rozvíjí problematiku, i když ke konci poněkud kostrbatě. Student uvedl 16 citací, přičemž většina z nich jsou katalogové listy.
Po formální stránce je práce na dobré úrovni, i když se student nevyvaroval chybám, a to hlavně v obrázcích. Žádný obrázek ani tabulka není v textu uvedena, téměř všechny obrázky se nachází na konci podkapitol i když by za nimi ještě měl následovat text (např. všechny obrázky v kapitole 1 a 2), nebo jsou přímo za sebou neoddělené textem. Obrázky schémat mají různou velikost součástek a textu (evidentní je to např. na straně 24) a některé strany mají hluchá místa na konci i když by se zde obrázek z následující strany vešel (např. strany 23 a 24). V kapitole 4 je název podkapitoly přímo za názvem kapitoly a není oddělen textem.
Po technické stránce je práce na velmi dobré úrovni. Student má rozsáhlé zadání s komplexním schématem, které je náročnější než běžná bakalářská práce. Schematický návrh je dobře zpracován, je podpořen rozumnými výpočty a vhodnými technickými úvahami. Konstrukce a programové vybavení je vzhledem ke složitosti práce dostatečné. Jedinou výtku mám k testování a měření, které je lakonické. Oceňuji fotku z termokamery ovšem hodilo by se uvést zhodnocení teplotních poměrů během provozu. Taktéž na to, kolik je zadaných vstupních parametrů, které má zařízení splňovat, je zde uvedeno jenom měření výstupního napětí. Větší diskuse a tabulkové shrnutí dosáhnutých parametrů by práci dodalo šmrnc.
Po odborné stránce je práce na skvělé úrovni a student se v problematice dobře orientuje. Mám však dojem, že vlivem rozvržení času student nestihl dostatečně popsat některé finální části a testování. Navzdory střídmému popisu měření student udělal značné množství práce zejména v schematickém návrhu, návrhu DPS a oživení. I kdyby některý ze zadaných parametrů zdroje nebyl k datumu odevzdání práce zcela dosažený, je tato skutečnost pochopitelná kvůli náročnosti zadání a kvalitě dosud provedené práce. Vzhledem k uvedenému hodnotím práci stupněm A – 92 bodů. Topics for thesis defence:
  1. Píšete požadované parametry: výstupní napětí 0 – 30 V, výstupní proud 0 – 5 A, rozlišení měření napětí a proudu 1 mV, resp. 1 mA, přesnost měření napětí a proudu ±1 %, funkce CC a CV, možnost odpojení výstupního napětí, ochrana proti zkratu a přepětí. Srovnejte je s dosaženými parametry Vašeho zdroje a funkcím. Požadované a dosažené parametry a funkce shrňte v porovnávací tabulce.
Points proposed by reviewer: 92

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová