Szabályozható kapcsolóüzemű tápegység – Óraterv

Téma: Félhidas 230V/12V AC–DC kapcsolóüzemű tápegység tervezése és gyakorlati megvalósítása
Célcsoport: Technikumi tanulók (elektronikai/villamos szakirány)
Időkeret: 12×45 perc (6 dupla óra)

1. Óra – Bevezetés és biztonságtechnika

• Cél:
  • A kapcsolóüzemű tápegységek alkalmazásának megismerése.
  • Biztonsági előírások tudatosítása.
• Tanári tevékenység:
  • Elméleti ismertető a SMPS-ekről (hatásfok, méret, veszteség).
  • Veszélyforrások bemutatása: nagyfeszültség, áramütés, hőterhelés.
• Tanulói tevékenység:
  • Jegyzet készítése a biztonsági előírásokról.
  • Egyéni rövid feladat: veszélyforrások felismerése áramköri rajz alapján.
• Eszközök: projektor, biztonsági plakátok, mintapéldák.

2–3. Óra – Tervezési lépések I. (Félhidas topológia)

• Cél:
  • Félhidas topológia működésének megértése.
  • Főbb számítási lépések elsajátítása.
• Tanári tevékenység:
  • Kapcsolási rajz ismertetése (MOSFET-ek, transzformátor, egyenirányítás, szűrés).
  • Transzformátor méretezési alapok (menetszám, ferritmag).
• Tanulói tevékenység:
  • Példaszámítás elvégzése: primer/ szekunder menetszám meghatározása.
  • Kapcsolási rajz vázlat készítése.
• Eszközök: papír, számológép, rajzolóprogram (pl. KiCad).

4–5. Óra – Tervezési lépések II. (Részletes tervezés)

• Cél:
  • Teljes áramkör részletes kidolgozása.
• Tanári tevékenység:
  • Segítség a vezérlőáramkör (pl. TL494 vagy UC3842) megértésében.
  • Snubber, gate-meghajtó és védelem ismertetése.
• Tanulói tevékenység:
  • Részletes kapcsolási rajz elkészítése (számítógépen).
  • Darabjegyzék (BOM) összeállítása.
• Eszközök: KiCad/Proteus, komponenskatalógus.

6–7. Óra – Házi gyártási eljárások I. (NYÁK-tervezés)

• Cél:
  • NYÁK-terv elkészítése a félhidas tápegységhez.
• Tanári tevékenység:
  • NYÁK-tervezési irányelvek bemutatása (szigetelési távolságok, nagyfrekvenciás hurkok, hőelvezetés).
• Tanulói tevékenység:
  • NYÁK-terv készítése saját gépen.
  • Rézvastagság és huzalszélesség kiválasztása.
• Eszközök: NYÁK-tervező szoftver, biztonsági irányelvek.

8. Óra – Házi gyártási eljárások II. (Prototípus előállítása)

• Cél:
  • Saját készítésű NYÁK előállítása.
• Tanári tevékenység:
  • Fotóeljárás / CNC marás / vasalásos technológia bemutatása.
• Tanulói tevékenység:
  • NYÁK elkészítése (rézmaratás, furatozás, ónozás).
• Eszközök: NYÁK-lemez, marató oldat vagy CNC, fúrógép, védőfelszerelés.

9. Óra – Beültetés és forrasztás

• Cél:
  • Alkatrészek szakszerű beültetése és forrasztása.
• Tanári tevékenység:
  • Helyes forrasztási technika bemutatása.
• Tanulói tevékenység:
  • Alkatrészek azonosítása, pozicionálása, forrasztás.
• Eszközök: forrasztóállomás, flux, ón, csipesz, ESD védelem.

10. Óra – Villamos paraméterek mérése I.

• Cél:
  • Alapvető feszültség- és árammérések elvégzése.
• Tanári tevékenység:
  • Mérőeszközök (oszcilloszkóp, multiméter, labortáp) használatának ismertetése.
• Tanulói tevékenység:
  • Primer és szekunder oldali feszültségek mérése.
  • Hatásfok számítása.
• Eszközök: multiméter, oszcilloszkóp, műterhelés.

11. Óra – Villamos paraméterek mérése II. + Hibakeresés

• Cél:
  • Részletes jelalakvizsgálat és hibakeresési technikák elsajátítása.
• Tanári tevékenység:
  • Hibás működés példáinak bemutatása.
• Tanulói tevékenység:
  • Kimeneti jelalak mérése oszcilloszkóppal.
  • Hullámosság (ripple) mérése.
  • Hibakeresés (zárlat, rossz polaritás, túlmelegedés).

12. Óra – Mérési jegyzőkönyv készítése és értékelés

• Cél:
  • Dokumentálási és értékelési készségek fejlesztése.
• Tanári tevékenység:
  • Jegyzőkönyv felépítésének ismertetése.
• Tanulói tevékenység:
  • Mérési jegyzőkönyv készítése (eredmények, következtetések).
  • Projektmunka bemutatása rövid prezentációban.
• Eszközök: számítógép, szövegszerkesztő, grafikonrajzoló.

Értékelés módja

• Folyamatos gyakorlati értékelés (forrasztás minősége, NYÁK terv, biztonsági szabályok betartása).
• Mérési jegyzőkönyv pontozása (helyesség, pontosság, következtetések).
• Záróértékelés: működő tápegység + prezentáció.

Mérési jegyzőkönyv a feladathoz.

Téma: Félhidas 230V/12V AC–DC kapcsolóüzemű tápegység vizsgálata
Tanuló neve: .................................................
Osztály: ......................................................
Dátum: ......................................................

1. A mérés célja

(Röviden összefoglalni, mit vizsgálunk: kimeneti feszültség, áram, hatásfok, hullámosság, stabilitás, hibák feltárása.)

2. Kapcsolási rajz

(Beilleszteni a tápegység kapcsolási rajzát vagy a diákok saját változatát.)

3. Használt eszközök

• Multiméter
• Oszcilloszkóp
• Műterhelés (ellenállás vagy elektronikus terhelés)
• Labortáp (indítási segédlethez)
• ESD-védelem és biztonsági felszerelés

4. Biztonsági előírások

(Rövid felsorolás, amit a diák saját szavaival fogalmaz meg, pl.: nagyfeszültség kezelése, szigetelt mérőcsúcs használata, védőfelszerelés.)

5. Mérési feladatok és eredmények

5.1. Üresjárási vizsgálat

• Bemeneti feszültség: .......... V
• Kimeneti feszültség: .......... V
• Megjegyzés: ...................................................

5.2. Terheléses vizsgálat

Terhelő áram (A)        Kimeneti feszültség (V)      Hullámosság (mVPP)       Megjegyzés

0,5A

1A

2A

3A

Max terhelés

5.3. Hatásfok számítása

• Bemeneti teljesítmény: .......... W
• Kimeneti teljesítmény: .......... W
• Hatásfok: η = (P_ki / P_be) × 100 = .......... %

5.4. Jelalakvizsgálat (oszcilloszkóppal)

• Primer feszültség jelalak: rajz / screenshot / megjegyzés
• Szekunder feszültség jelalak: rajz / screenshot / megjegyzés

6. Hibakeresés tapasztalatai

(Pl. zaj, túlmelegedés, bekapcsolási nehézség, hibás alkatrész cseréje stb.)

7. Következtetések

• A tápegység működése megfelelő / további javítást igényel.
• A mért eredmények megfelelnek / eltérnek az elméleti számításoktól.
• Javaslatok: ....................................................................

8. Tanári értékelés

(Tanár tölti ki: pontosság, önállóság, dokumentáció minősége.)

AI eszközök bevonása a gyakorlati feladatba.

Egy ilyen kapcsolóüzemű tápegység (SMPS) tervezés–építés–mérés projekt során több ponton is be lehet vonni a mesterséges intelligencia eszközöket úgy, hogy a tanulók ne csak passzív felhasználók legyenek, hanem tudatosan és kreatívan használják az AI-t.

Íme néhány konkrét lehetőség az óravázlathoz kapcsolódva:

1. Tervezési szakaszban (óra 2–5.)

• AI mint segéd a számításokban:
  A diákok beírhatják az AI-ba az alapkövetelményeket (pl. bemenet 230V AC, kimenet 12V/3A), és az AI segítségével ellenőrizhetik a saját menetszám-számításaikat, alkatrészválasztásukat.
• Kérdés-felelet mód:
  „Milyen szempontokra kell figyelni egy ferritmag kiválasztásánál?” – így a diákok gyors, kontextusba illeszkedő válaszokat kapnak.

2. NYÁK-tervezésnél (óra 6–7.)

• Layout tanácsadás:
  A diák feltölthet egy egyszerű rajzot/tervet, és az AI segíthet rávilágítani a hibás földelésre, zajos hurkokra, szigetelési távolságokra.
• Automatizált dokumentáció:
  AI-val rövid leírást készíthetnek a saját NYÁK-tervükről (pl. „A földháló kialakításának célja...”).

3. Beültetés és forrasztás közben (óra 9.)

• Interaktív hibakereső chatbot:
  Ha egy alkatrész nem működik, a diák leírhatja a tüneteket az AI-nak („nem indul el a tápegység, primer oldalon nincs feszültség”), és az AI lépésről lépésre hibakeresési javaslatot ad.

4. Mérések és jegyzőkönyv készítésekor (óra 10–12.)

• Adatok kiértékelése:
  A diákok beírhatják a mért adatokat, az AI pedig kiszámolja a hatásfokot, grafikonokat generálhat, sőt összeveti az elméleti értékekkel.
• Jegyzőkönyv szövegezése:
  A diák csak a mérési táblázatot adja meg, az AI segíthet a „Következtetések” rész megfogalmazásában. Ezután a diák javítja és személyessé teszi.

5. Reflexió és prezentáció (óra 12.)

• AI mint prezentáció-generátor:
  A diákok betáplálják a jegyzőkönyv fő adatait, és az AI segít prezentációvázlatot vagy diát készíteni.
• Önálló tanulás támogatása:
  A diákok maguktól is kérdezhetnek: „Miért jobb a kapcsolóüzemű tápegység a lineárisnál?”, „Milyen más topológiák vannak?” – az AI kiegészíti a tanári magyarázatot.

6. Fejlesztett kompetenciák az AI bevonásával

• Kritikus gondolkodás: a diák nem vakon másol, hanem ellenőrzi az AI válaszait.
• Digitális írástudás: AI-t használ, de szűr, értelmez, dokumentál.
• Önállóság és problémamegoldás: az AI nem veszi el a kísérletezés élményét, hanem segíti azt.