De ce să înveți proiectarea circuitelor de putere
Circuitul de alimentare este o parte importantă a unui produs electronic, designul circuitului de alimentare fiind direct legat de performanța produsului.
Clasificarea circuitelor de alimentare
Circuitele de alimentare ale produselor noastre electronice includ în principal surse de alimentare liniare și surse de alimentare în comutație de înaltă frecvență. În teorie, sursa de alimentare liniară reprezintă curentul de care are nevoie utilizatorul, curentul furnizat de intrare; sursa de alimentare în comutație reprezintă puterea de care are nevoie utilizatorul și puterea furnizată la capătul de intrare.
Schema circuitului de alimentare liniară
Dispozitivele de alimentare liniare funcționează într-o stare liniară, cum ar fi cipurile noastre regulatoare de tensiune utilizate în mod obișnuit, LM7805, LM317, SPX1117 și așa mai departe. Figura 1 de mai jos este diagrama schematică a circuitului de alimentare reglată LM7805.
Figura 1 Schema unei surse de alimentare liniare
Din figură se poate observa că sursa de alimentare liniară este compusă din componente funcționale precum rectificarea, filtrarea, reglarea tensiunii și stocarea energiei. În același timp, sursa de alimentare liniară generală este o sursă de alimentare cu reglare a tensiunii în serie, curentul de ieșire fiind egal cu curentul de intrare, I1 = I2 + I3, I3 fiind capătul de referință, curentul este foarte mic, deci I1 ≈ I3. De ce vrem să vorbim despre curent, deoarece în designul PCB, lățimea fiecărei linii nu este setată aleatoriu, trebuie determinată în funcție de mărimea curentului dintre noduri în schemă. Mărimea curentului și fluxul de curent ar trebui să fie clare pentru a face placa perfectă.
Schema PCB a sursei de alimentare liniare
La proiectarea PCB-ului, dispunerea componentelor trebuie să fie compactă, toate conexiunile trebuie să fie cât mai scurte posibil, iar componentele și liniile trebuie să fie amplasate în conformitate cu relația funcțională a componentelor schematice. Această diagramă de alimentare este prima rectificare, apoi filtrarea, filtrarea este reglarea tensiunii, reglarea tensiunii este condensatorul de stocare a energiei, după care curentul electric trece prin condensator în circuitul următor.
Figura 2 este schema PCB din schema de mai sus, iar cele două diagrame sunt similare. Imaginea din stânga și imaginea din dreapta sunt puțin diferite, sursa de alimentare din imaginea din stânga este direct la piciorul de intrare al cipului regulatorului de tensiune după rectificare, iar apoi la condensatorul regulatorului de tensiune, unde efectul de filtrare al condensatorului este mult mai slab, iar ieșirea este, de asemenea, problematică. Imaginea din dreapta este una bună. Nu trebuie să luăm în considerare doar problema fluxului de alimentare pozitiv, ci trebuie să luăm în considerare și problema refluxului. În general, linia de alimentare pozitivă și linia de refluxul la masă ar trebui să fie cât mai aproape posibil una de cealaltă.
Figura 2 Diagrama PCB a unei surse de alimentare liniare
La proiectarea PCB-ului sursei de alimentare liniare, ar trebui să acordăm atenție și problemei disipării căldurii de către cipul regulatorului de putere al sursei de alimentare liniare, cum se produce căldura. Dacă capătul frontal al cipului regulatorului de tensiune este de 10V, capătul de ieșire este de 5V, iar curentul de ieșire este de 500mA, atunci există o cădere de tensiune de 5V pe cipul regulatorului, iar căldura generată este de 2,5W. Dacă tensiunea de intrare este de 15V, căderea de tensiune este de 10V, iar căldura generată este de 5W, prin urmare, trebuie să rezervăm suficient spațiu de disipare a căldurii sau un radiator rezonabil în funcție de puterea de disipare a căldurii. Sursa de alimentare liniară este utilizată în general în situațiile în care diferența de presiune este relativ mică, iar curentul este relativ mic, în caz contrar, vă rugăm să utilizați circuitul de alimentare în comutație.
Exemplu de schemă a circuitului de alimentare cu comutare de înaltă frecvență
Sursa de alimentare în comutație utilizează un circuit pentru a controla tubul de comutare pentru pornire-oprire și oprire de mare viteză, generând o formă de undă PWM, prin intermediul inductorului și a diodei de curent continuu, utilizând conversia electromagnetică pentru a regla tensiunea. Sursele de alimentare în comutație au eficiență ridicată și căldură redusă și utilizează în general circuite precum: LM2575, MC34063, SP6659 și așa mai departe. În teorie, sursa de alimentare în comutație este egală la ambele capete ale circuitului, tensiunea fiind invers proporțională, iar curentul este invers proporțional.
Figura 3 Schema circuitului de alimentare în comutație LM2575
Schema PCB a sursei de alimentare în comutație
La proiectarea PCB-ului sursei de alimentare în comutație, este necesar să se acorde atenție: punctului de intrare al liniei de feedback și diodei de curent continuu se aplică curentul continuu. După cum se poate observa din Figura 3, atunci când U1 este pornit, curentul I2 intră în inductorul L1. Caracteristica inductorului este că, atunci când curentul trece prin inductor, acesta nu poate fi generat brusc și nici nu poate dispărea brusc. Schimbarea curentului în inductor are un proces în timp. Sub acțiunea curentului pulsat I2 care trece prin inductanță, o parte din energia electrică este transformată în energie magnetică, iar curentul crește treptat. La un anumit moment, circuitul de control U1 oprește I2. Datorită caracteristicilor inductanței, curentul nu poate dispărea brusc. În acest moment, dioda funcționează, preia curentul I2, de aceea se numește diodă de curent continuu. Se poate observa că dioda de curent continuu este utilizată pentru inductanță. Curentul continuu I3 pornește de la capătul negativ al lui C3 și curge în capătul pozitiv al lui C3 prin D1 și L1, ceea ce este echivalentul unei pompe, utilizând energia inductorului pentru a crește tensiunea condensatorului C3. Există, de asemenea, problema punctului de intrare al liniei de feedback pentru detectarea tensiunii, care ar trebui să fie returnat la locația respectivă după filtrare, altfel ondulația tensiunii de ieșire va fi mai mare. Aceste două puncte sunt adesea ignorate de mulți dintre proiectanții noștri de PCB, considerând că aceeași rețea nu este aceeași acolo, de fapt, locul nu este același, iar impactul asupra performanței este mare. Figura 4 este schema PCB a sursei de alimentare în comutație LM2575. Să vedem ce este în neregulă cu diagrama greșită.
Figura 4 Diagrama PCB a sursei de alimentare în comutație LM2575
De ce vrem să discutăm în detaliu despre principiul schemei, deoarece schema conține o mulțime de informații despre PCB, cum ar fi punctul de acces al pinului componentei, dimensiunea curentă a rețelei de noduri etc., vezi schema, designul PCB nu este o problemă. Circuitele LM7805 și LM2575 reprezintă circuitul tipic de amplasare a unei surse de alimentare liniare, respectiv a unei surse de alimentare în comutație. La realizarea PCB-urilor, amplasarea și cablarea acestor două diagrame PCB sunt direct pe linie, dar produsele sunt diferite, iar placa de circuit este diferită, ceea ce este ajustat în funcție de situația reală.
Toate schimbările sunt inseparabile, deci principiul circuitului de alimentare și modul în care funcționează placa de bază sunt inseparabile, iar fiecare produs electronic este inseparabil de sursa de alimentare și de circuitul acesteia, prin urmare, dacă înveți cele două circuite, înțelegi și celălalt.
Data publicării: 04 iulie 2023
