Защо да изучаваме проектиране на силови вериги
Захранващата верига е важна част от електронния продукт, а дизайнът на захранващата верига е пряко свързан с производителността на продукта.
Класификация на захранващите вериги
Захранващите вериги на нашите електронни продукти включват главно линейни захранвания и високочестотни импулсни захранвания. На теория, линейното захранване е това, от което потребителят се нуждае, входът ще осигури този ток; импулсното захранване е това, от което потребителят се нуждае, и това, от което се осигурява входът.
Схематична диаграма на линейна верига за захранване
Линейните захранващи устройства работят в линейно състояние, като например често използваните ни чипове за регулиране на напрежението LM7805, LM317, SPX1117 и т.н. Фигура 1 по-долу е схематична диаграма на регулираната верига за захранване LM7805.
Фигура 1 Схематична диаграма на линейно захранване
От фигурата може да се види, че линейното захранване е съставено от функционални компоненти като коригиране, филтриране, регулиране на напрежението и съхранение на енергия. В същото време, общо взето, линейното захранване е захранване с последователна регулация на напрежението, изходният ток е равен на входния ток, I1=I2+I3, където I3 е референтният край, токът е много малък, така че I1≈I3. Защо искаме да говорим за тока, защото при дизайна на печатната платка ширината на всяка линия не е зададена произволно, а се определя според размера на тока между възлите в схемата. Размерът на тока и протичането на тока трябва да са ясни, за да се направи платката правилна.
Диаграма на печатната платка на линейното захранване
При проектирането на печатна платка, разположението на компонентите трябва да бъде компактно, всички връзки трябва да са възможно най-къси, а компонентите и линиите трябва да бъдат разположени според функционалната връзка на компонентите на схемата. Тази схема на захранване е първо коригиране, след това филтриране, филтрирането е регулиране на напрежението, регулирането на напрежението е кондензатор за съхранение на енергия, след което електричеството преминава през кондензатора към следващата верига.
Фигура 2 е схемата на печатната платка на горната схематична диаграма и двете диаграми са подобни. Лявата и дясната снимка са малко по-различни, захранването на лявата снимка е директно към входния крак на чипа за регулиране на напрежението след коригиране, а след това към кондензатора на регулатора на напрежението, където филтриращият ефект на кондензатора е много по-лош, а изходът също е проблематичен. Снимката вдясно е добра. Трябва да вземем предвид не само проблема с потока на положителното захранване, но и проблема с обратния поток, като цяло положителната линия на захранването и линията за обратен поток към земята трябва да са възможно най-близо една до друга.
Фигура 2 PCB схема на линейно захранване
При проектирането на печатната платка на линейното захранване, трябва да обърнем внимание и на проблема с разсейването на топлината на чипа за регулиране на мощността на линейното захранване. Как се получава топлината? Ако входното напрежение на чипа за регулиране на напрежението е 10V, изходното напрежение е 5V, а изходният ток е 500mA, тогава има пад на напрежение от 5V върху чипа за регулиране и генерираната топлина е 2.5W. Ако входното напрежение е 15V, падът на напрежение е 10V и генерираната топлина е 5W, следователно е необходимо да се отдели достатъчно пространство за разсейване на топлината или разумен радиатор в зависимост от мощността на разсейване на топлината. Линейното захранване обикновено се използва в ситуации, когато разликата в налягането е сравнително малка и токът е сравнително малък. В противен случай използвайте верига за импулсно захранване.
Примерна схема на високочестотно импулсно захранване
Импулсното захранване използва верига за управление на импулсната лампа за високоскоростно включване/изключване и изключване, генерирайки PWM форма на вълната чрез индуктор и диод за постоянен ток, използвайки електромагнитно преобразуване за регулиране на напрежението. Импулсното захранване е с висока ефективност и ниско нагряване и обикновено използваме следните схеми: LM2575, MC34063, SP6659 и т.н. На теория, импулсното захранване е еднакво в двата края на веригата, напрежението е обратно пропорционално, а токът е обратно пропорционален.
Фигура 3 Схематична диаграма на веригата за импулсно захранване LM2575
PCB схема на импулсно захранване
При проектирането на печатната платка на импулсния захранващ блок е необходимо да се обърне внимание на: входната точка на линията за обратна връзка и диода за постоянен ток, за които се дава постоянен ток. Както може да се види от Фигура 3, когато U1 е включен, токът I2 постъпва в индуктора L1. Характеристиката на индуктора е, че когато токът протича през него, той не може да се генерира внезапно, нито може да изчезне внезапно. Промяната на тока в индуктора има времеви процес. Под действието на импулсен ток I2, протичащ през индуктивността, част от електрическата енергия се преобразува в магнитна енергия и токът постепенно се увеличава. В определен момент управляващата верига U1 изключва I2. Поради характеристиките на индуктивността, токът не може внезапно да изчезне. В този момент диодът работи и поема тока I2, затова се нарича диод за постоянен ток. Вижда се, че диодът за постоянен ток се използва за индуктивност. Непрекъснатият ток I3 започва от отрицателния край на C3 и преминава в положителния край на C3 през D1 и L1, което е еквивалентно на помпа, използваща енергията на индуктора за увеличаване на напрежението на кондензатора C3. Съществува и проблем с входната точка на линията за обратна връзка за детектиране на напрежение, която трябва да се подава обратно към мястото след филтриране, в противен случай пулсациите на изходното напрежение ще бъдат по-големи. Тези две точки често се игнорират от много от нашите дизайнери на печатни платки, мислейки, че една и съща мрежа там не е същата, всъщност мястото не е същото и влиянието върху производителността е голямо. Фигура 4 е PCB диаграма на импулсно захранване LM2575. Нека видим какво не е наред с грешната диаграма.
Фигура 4 PCB схема на импулсно захранване LM2575
Защо искаме да говорим подробно за принципа на схемата? Тъй като схемата съдържа много информация за печатната платка, като например точката за достъп на пиновете на компонентите, текущия размер на мрежата от възли и т.н., вижте схемата, дизайнът на печатната платка не е проблем. Схемите LM7805 и LM2575 представляват типичната схема на линейно захранване и импулсно захранване, съответно. При изработката на печатни платки, оформлението и окабеляването на тези две схеми на печатни платки са директно на линията, но продуктите и платката са различни, което се регулира според реалната ситуация.
Всички промени са неразделни, така че принципът на захранващата верига и начинът, по който е платката, са такива, и всеки електронен продукт е неразделен от захранването и неговата верига, следователно, научете двете вериги, а другата също е разбрана.
Време на публикуване: 04 юли 2023 г.
