Bachelor's Thesis

Compact laboratory power supply

Final Thesis 4.41 MB Appendix 588.98 kB

Author of thesis: Ondřej Pazour

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Pavel Tomíček

Reviewer: Ing. Josef Skácel, Ph.D.

Abstract:

Design a compact laboratory power supply that is powered via a USB-C interface. Conduct research on commercially available laboratory power supplies with this type of power supply and, based on this research, determine the required parameters and functional characteristics of the proposed device. Implement the designed power supply, assemble it, and experimentally verify its characteristics. Compare the measured parameters with the design requirements and evaluate the results obtained.

Keywords:

power supply, laboratory, converter, switching, voltage, current, USB-C, design

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své bakalářské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl na otázky komise: Jak jste počítal Vout, vzorec v prezentaci nesedí jednotkami? Student přiznal, že udělal chybu. Vzorec nemá nijak podložen. Vyšel jste z nějaké koncepce? Student si topologii vymyslel sám, prostudoval patřičnou literaturu. Některá schémata máte převzatá z literatury, převzal jste je slepě, nebo těmto schématům rozumíte? Schémata nebyla převzata 1:1, ale byla přepočítána pro potřeby zařízení. Dále student přiznal, že v některých schématech jsou chyby. Dále student prohlásil, že některé schémata neumí přesně vysvětlit, jak fungují.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc. (předseda)
prof. Ing. Dalibor Biolek, CSc. (místopředseda)
Ing. Vladimír Levek, Ph.D. (člen)
Ing. Alexandr Otáhal, Ph.D. (člen)
Ing. Roman Prokop, 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 spínaných zdrojů, rozhraní USB se zaměřením na protokol USB Power Delivery. Nadbytečně jsou v rámci kapitoly spínané zdroje popisovány i vybrané sběrnice a MCU ESP32-S3, jenž je následně využit v zařízení. Praktická část se věnuje specifikaci požadavků na navrhovaný zdroj, návrhu a realizaci jednotlivých hardwarových i softwarových částí zařízení a jeho následnému ověření měřením. Musím vyzdvihnout studentovu snahu, kdy osazení DPS proběhlo ve firmě na profesionální osazovací lince. Student sám provedl všechny kroky od tisku pasty až po inspekci.

Po formální i jazykové stránce je práce zpracována na velmi dobré úrovni a nemám k ní zásadní připomínky. Z odborného hlediska se jedná o dobrou práci, která bohužel nebyla tvořena s dostatečným časovým předstihem, a tak vzniklo v návrhu několik chyb.

Zásadní z nich je malé napájecí napětí operačních zesilovačů, které způsobuje, že zdroj neumožňuje měřit výstupní proud v celém rozsahu výstupního napětí. Druhá chyba se týká neoptimálního návrhu DPS, který obsahuje několik kritických nedostatků, z nichž některé se podařilo odstranit drátovou propojkou. Pokud by byl dostatek času na druhou revizi DPS nepochybuji o tom, že zdroj by byl plně funkční a bez těchto chyb.

Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm B s celkovým počtem 85 bodů. Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Josef Skácel, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá návrhem, realizací a ověřením kompaktního laboratorního zdroje napájeného prostřednictvím rozhraní USB-C s využitím protokolu Power Delivery. Téma je aktuální a prakticky zaměřené. Autor prokázal schopnost navrhnout elektronické zařízení, vytvořit schéma zapojení, navrhnout čtyřvrstvou desku plošných spojů, realizovat její osazení, oživit firmware a provést základní experimentální ověření funkce zdroje. Pozitivně hodnotím zejména praktickou realizaci prototypu, zvládnutí komunikace s PD řadičem, návrh výkonové části se synchronním měničem a doložení výsledků měření včetně zatěžovacích charakteristik, zvlnění výstupního napětí a tepelného chování.
Práce však vykazuje i několik nedostatků. Hlavním nedostatkem je neúplná funkčnost režimu konstantního proudu. Formální a jazyková úroveň práce je celkově v pořádku ale objevují se také formální chyby v číslování obrázků, popisu příloh atd.
Celkově lze konstatovat, že práce splňuje zadání, zejména v oblasti návrhu a realizace funkčního prototypu ale práce na mě působí, že student neměl dostatek času na dokončení důležitých detailů práce. Celkově hodnotím práci známkou B s celkovým počtem bodů 80. Topics for thesis defence:
  1. 1) Proč použitý operační zesilovač v proudové smyčce neumožňuje správné snímání proudu při výstupním napětí nad 5 V?
  2. 2) V práci uvádíte požadovaný rozsah 0–20 V, ale v návrhové části zmiňujete omezení buck měniče přibližně na 18 V kvůli dropout režimu. Jaký je skutečně garantovaný rozsah výstupního napětí při proudu 1,5 A?
  3. 3) Jak byste upravil zapojení proudového snímání, aby režim CC pracoval v celém rozsahu 0–20 V? Porovnejte použití high-side proudového snímače typu INA180 s low-side snímáním.
  4. 4) V zatěžovacích charakteristikách jsou hodnoty při „nastavení 5 V, 10 V, 15 V“ reálně přibližně 5,5 V, 10,8 V a 16 V. Čím je způsobena tato odchylka a jak byste provedl kalibraci nastavení výstupního napětí?
Points proposed by reviewer: 80

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová