Po co uczyć się projektowania obwodów mocy
Obwód zasilania jest ważną częścią produktu elektronicznego, konstrukcja obwodu zasilania jest bezpośrednio związana z wydajnością produktu.
Klasyfikacja obwodów zasilających
Obwody mocy naszych produktów elektronicznych obejmują głównie zasilacze liniowe i zasilacze impulsowe wysokiej częstotliwości.Teoretycznie zasilacz liniowy określa, ile prądu potrzebuje użytkownik, wejście zapewni ile prądu;Zasilacz impulsowy określa, ile mocy potrzebuje użytkownik i jaka moc jest dostarczana na końcu wejściowym.
Schemat ideowy liniowego obwodu zasilania
Liniowe urządzenia mocy działają w stanie liniowym, tak jak nasze powszechnie używane układy regulatorów napięcia LM7805, LM317, SPX1117 i tak dalej.Rysunek 1 poniżej przedstawia schemat ideowy obwodu zasilacza regulowanego LM7805.
Rysunek 1 Schemat ideowy zasilacza liniowego
Z rysunku widać, że liniowy zasilacz składa się z elementów funkcjonalnych, takich jak prostowanie, filtrowanie, regulacja napięcia i magazynowanie energii.Jednocześnie ogólny zasilacz liniowy jest zasilaczem z szeregową regulacją napięcia, prąd wyjściowy jest równy prądowi wejściowemu, I1=I2+I3, I3 jest końcem odniesienia, prąd jest bardzo mały, więc I1≈I3 .Dlaczego chcemy mówić o prądzie, skoro w projekcie PCB szerokość każdej linii nie jest ustalana losowo, należy ją ustalać na podstawie wielkości prądu pomiędzy węzłami na schemacie.Rozmiar prądu i przepływ prądu powinny być jasne, aby płytka była w sam raz.
Schemat liniowego PCB zasilacza
Projektując płytkę drukowaną, układ elementów powinien być zwarty, wszystkie połączenia powinny być jak najkrótsze, a elementy i linie powinny być rozmieszczone zgodnie z zależnościami funkcjonalnymi elementów schematu.Ten schemat zasilania to pierwsze prostowanie, a następnie filtrowanie, filtrowanie to regulacja napięcia, regulacja napięcia to kondensator magazynujący energię, po przepłynięciu przez kondensator do następnego obwodu elektrycznego.
Rysunek 2 przedstawia schemat PCB powyższego schematu, a oba schematy są podobne.Lewy obraz i prawy obraz są trochę inne, zasilacz na lewym obrazku jest bezpośrednio podłączony do stopy wejściowej układu regulatora napięcia po prostowaniu, a następnie do kondensatora regulatora napięcia, gdzie efekt filtrowania kondensatora jest znacznie gorszy , a wynik również jest problematyczny.Zdjęcie po prawej jest dobre.Musimy nie tylko wziąć pod uwagę problem przepływu dodatniego zasilania, ale także musimy wziąć pod uwagę problem przepływu zwrotnego, ogólnie rzecz biorąc, dodatnia linia energetyczna i linia zwrotna uziemienia powinny znajdować się jak najbliżej siebie.
Rysunek 2 Schemat PCB zasilacza liniowego
Projektując płytkę PCB zasilacza liniowego, powinniśmy również zwrócić uwagę na problem rozpraszania ciepła przez układ regulatora mocy zasilacza liniowego, skąd pochodzi ciepło, jeśli przedni koniec układu regulatora napięcia wynosi 10 V, koniec wyjściowy wynosi 5 V, a prąd wyjściowy wynosi 500 mA, wówczas na chipie regulatora następuje spadek napięcia o 5 V, a generowane ciepło wynosi 2,5 W;Jeśli napięcie wejściowe wynosi 15 V, spadek napięcia wynosi 10 V, a wytworzone ciepło wynosi 5 W, dlatego musimy zarezerwować wystarczającą przestrzeń do rozpraszania ciepła lub rozsądny radiator w zależności od mocy rozpraszania ciepła.Zasilacz liniowy jest zwykle stosowany w sytuacjach, gdy różnica ciśnień jest stosunkowo mała, a prąd jest stosunkowo mały, w przeciwnym razie należy zastosować obwód zasilacza impulsowego.
Przykładowy schemat obwodu zasilacza impulsowego wysokiej częstotliwości
Zasilacz impulsowy polega na wykorzystaniu obwodu do sterowania lampą przełączającą w celu szybkiego włączania i odcinania, generowania przebiegu PWM przez cewkę indukcyjną i diodę prądu stałego, wykorzystania konwersji elektromagnetycznej w celu regulacji napięcia.Przełączanie zasilania, wysoka wydajność, niskie ciepło, zazwyczaj używamy obwodu: LM2575, MC34063, SP6659 i tak dalej.Teoretycznie zasilacz impulsowy jest równy na obu końcach obwodu, napięcie jest odwrotnie proporcjonalne, a prąd jest odwrotnie proporcjonalny.
Rysunek 3 Schemat ideowy obwodu zasilacza impulsowego LM2575
Schemat PCB zasilacza impulsowego
Projektując płytkę PCB zasilacza impulsowego należy zwrócić uwagę na: punkt wejściowy linii sprzężenia zwrotnego oraz diodę prądu stałego, dla której podawany jest prąd ciągły.Jak widać na rysunku 3, po włączeniu U1 prąd I2 wpływa do cewki indukcyjnej L1.Cechą cewki jest to, że prąd przepływający przez cewkę nie może zostać nagle wygenerowany ani nagle zniknąć.Zmiana prądu w cewce indukcyjnej ma charakter czasowy.Pod działaniem prądu pulsacyjnego I2 przepływającego przez indukcyjność część energii elektrycznej zamienia się w energię magnetyczną, a prąd stopniowo wzrasta, w pewnym momencie obwód sterujący U1 wyłącza I2, ze względu na charakterystykę indukcyjności, prąd nie może nagle zaniknąć, w tym momencie dioda pracuje, przejmuje prąd I2, dlatego nazywa się to diodą prądu stałego, widać, że dioda prądu ciągłego służy do indukcyjności.Prąd ciągły I3 zaczyna się od ujemnego końca C3 i płynie do dodatniego końca C3 przez D1 i L1, co jest równoważne działaniu pompy wykorzystującej energię cewki indukcyjnej do zwiększenia napięcia kondensatora C3.Pojawia się także problem punktu wejściowego linii sprzężenia zwrotnego detekcji napięcia, który po przefiltrowaniu powinien zostać doprowadzony z powrotem na miejsce, w przeciwnym razie tętnienie napięcia wyjściowego będzie większe.Wielu naszych projektantów PCB często ignoruje te dwa punkty, myśląc, że ta sama sieć nie jest w tym przypadku taka sama, w rzeczywistości miejsce jest inne, a wpływ na wydajność jest ogromny.Rysunek 4 przedstawia schemat PCB zasilacza impulsowego LM2575.Zobaczmy, co jest nie tak z niewłaściwym diagramem.
Rysunek 4 Schemat PCB zasilacza impulsowego LM2575
Dlaczego chcemy szczegółowo porozmawiać o zasadzie schematu, ponieważ schemat zawiera wiele informacji o PCB, takich jak punkt dostępu pinu komponentu, aktualny rozmiar sieci węzłów itp., zobacz schemat, projekt PCB to nie problem.Obwody LM7805 i LM2575 reprezentują typowy obwód układu odpowiednio zasilacza liniowego i zasilacza impulsowego.Podczas tworzenia PCB układ i okablowanie tych dwóch schematów PCB są bezpośrednio na linii, ale produkty są różne i płytka drukowana jest inna, co jest dostosowywane do rzeczywistej sytuacji.
Wszystkie zmiany są nierozłączne, więc zasada działania obwodu mocy i sposób działania płytki, a każdy produkt elektroniczny jest nierozerwalnie związany z zasilaczem i jego obwodem, dlatego należy poznać dwa obwody, drugi jest również zrozumiany.
Czas publikacji: 04 lipca 2023 r