Zašto učiti dizajn strujnih kola
Kolo za napajanje je važan dio elektroničkog proizvoda, a dizajn kola za napajanje je direktno povezan s performansama proizvoda.
Klasifikacija strujnih krugova napajanja
Strujni krugovi naših elektroničkih proizvoda uglavnom uključuju linearne izvore napajanja i visokofrekventne prekidačke izvore napajanja. U teoriji, linearno napajanje predstavlja količinu struje koja je korisniku potrebna, a ulaz će obezbijediti količinu struje; prekidačko napajanje predstavlja količinu snage koja je korisniku potrebna i količinu snage koja se obezbjeđuje na ulazu.
Šematski dijagram linearnog strujnog kola napajanja
Linearni uređaji za napajanje rade u linearnom stanju, kao što su naši često korišteni čipovi za regulaciju napona LM7805, LM317, SPX1117 i tako dalje. Slika 1 ispod je shematski dijagram reguliranog strujnog kola LM7805.
Slika 1 Šematski dijagram linearnog napajanja
Iz slike se može vidjeti da se linearno napajanje sastoji od funkcionalnih komponenti kao što su ispravljanje, filtriranje, regulacija napona i skladištenje energije. Istovremeno, općenito linearno napajanje je napajanje sa serijskom regulacijom napona, izlazna struja je jednaka ulaznoj struji, I1=I2+I3, I3 je referentni kraj, struja je vrlo mala, tako da je I1≈I3. Zašto želimo razgovarati o struji, jer kod dizajna PCB-a širina svake linije nije nasumično postavljena, već se određuje prema veličini struje između čvorova u shemi. Veličina struje i protok struje trebaju biti jasni kako bi ploča bila ispravna.
Dijagram PCB-a linearnog napajanja
Prilikom dizajniranja PCB-a, raspored komponenti treba biti kompaktan, svi priključci trebaju biti što kraći, a komponente i linije trebaju biti raspoređene prema funkcionalnom odnosu shematskih komponenti. Ovaj dijagram napajanja prvo služi za ispravljanje, a zatim za filtriranje. Filtriranje je regulacija napona, a regulacija napona je kondenzator za skladištenje energije, nakon čega struja teče kroz kondenzator u sljedeće strujno kolo.
Slika 2 je PCB dijagram gornjeg shematskog dijagrama, a dva dijagrama su slična. Lijeva i desna slika se malo razlikuju, napajanje na lijevoj slici je direktno na ulazno stopalo čipa regulatora napona nakon ispravljanja, a zatim na kondenzator regulatora napona, gdje je efekat filtriranja kondenzatora mnogo lošiji, a izlaz je također problematičan. Slika desno je dobra. Ne smijemo uzeti u obzir samo problem protoka pozitivnog napajanja, već moramo uzeti u obzir i problem povratnog toka, općenito, pozitivni vod napajanja i vod povratnog toka uzemljenja trebaju biti što bliže jedan drugom.
Slika 2 Dijagram PCB-a linearnog napajanja
Prilikom dizajniranja PCB-a linearnog napajanja, treba obratiti pažnju i na problem odvođenja toplote čipa regulatora snage linearnog napajanja, kako dolazi do toplote. Ako je prednji kraj čipa regulatora napona 10V, izlazni kraj 5V, a izlazna struja 500mA, tada postoji pad napona od 5V na čipu regulatora, a generirana toplota je 2,5W; Ako je ulazni napon 15V, pad napona je 10V, a generirana toplota je 5W, stoga moramo odvojiti dovoljno prostora za odvođenje toplote ili razumno rashladno tijelo u skladu sa snagom odvođenja toplote. Linearno napajanje se obično koristi u situacijama kada je razlika pritiska relativno mala i struja relativno mala, u suprotnom, koristite kolo za prebacivanje napajanja.
Primjer sheme strujnog kola visokofrekventnog preklopnog napajanja
Prekidačko napajanje koristi kolo za kontrolu preklopne cijevi za brzo uključivanje/isključivanje i isključivanje, generirajući PWM valni oblik, putem induktora i diode za kontinuiranu struju, koristeći elektromagnetsku konverziju za regulaciju napona. Prekidačko napajanje, visoka efikasnost, nisko zagrijavanje, obično koristimo kola: LM2575, MC34063, SP6659 itd. U teoriji, preklopno napajanje je jednako na oba kraja kola, napon je obrnuto proporcionalan, a struja je obrnuto proporcionalna.
Slika 3. Šematski dijagram strujnog kola LM2575 preklopnog napajanja
PCB dijagram preklopnog napajanja
Prilikom dizajniranja PCB-a prekidačkog napajanja, potrebno je obratiti pažnju na: ulaznu tačku povratne veze i diodu kontinuirane struje za koje se daje kontinuirana struja. Kao što se može vidjeti na slici 3, kada je U1 uključen, struja I2 ulazi u induktor L1. Karakteristika induktora je da kada struja teče kroz induktor, ona se ne može naglo generirati, niti može naglo nestati. Promjena struje u induktoru ima vremenski proces. Pod djelovanjem pulsirajuće struje I2 koja teče kroz induktor, dio električne energije se pretvara u magnetsku energiju, a struja se postepeno povećava. U određenom trenutku, kontrolno kolo U1 isključuje I2. Zbog karakteristika induktora, struja ne može naglo nestati. U tom trenutku dioda radi, preuzima struju I2, pa se naziva dioda kontinuirane struje. Može se vidjeti da se dioda kontinuirane struje koristi za induktivitet. Kontinuirana struja I3 počinje od negativnog kraja C3 i teče u pozitivni kraj C3 preko D1 i L1, što je ekvivalentno pumpi, koristeći energiju induktora za povećanje napona kondenzatora C3. Postoji i problem ulazne tačke povratne linije detekcije napona, koja bi se trebala vratiti na mjesto nakon filtriranja, inače će izlazni napon biti veći. Ove dvije tačke mnogi naši PCB dizajneri često zanemaruju, misleći da ista mreža nije ista tamo, u stvari, mjesto nije isto, a utjecaj na performanse je veliki. Slika 4 je PCB dijagram LM2575 preklopnog napajanja. Pogledajmo šta nije u redu s pogrešnim dijagramom.
Slika 4 PCB dijagram LM2575 preklopnog napajanja
Zašto želimo detaljno razgovarati o principu sheme, jer shema sadrži mnogo informacija o PCB-u, kao što su pristupna tačka pina komponente, trenutna veličina mreže čvorova itd., pogledajte shemu, dizajn PCB-a nije problem. Kola LM7805 i LM2575 predstavljaju tipičan raspored kola linearnog napajanja i prekidačkog napajanja. Prilikom izrade PCB-a, raspored i ožičenje ova dva PCB dijagrama su direktno na liniji, ali proizvodi su različiti i ploča je drugačija, što se prilagođava stvarnoj situaciji.
Sve promjene su neodvojive, tako da je princip strujnog kola i način na koji je ploča takva, a svaki elektronski proizvod je neodvojiv od napajanja i njegovog kola, stoga, naučite dva kola, a drugo se također razumije.
Vrijeme objave: 08.07.2023.
