Zašto učiti dizajn strujnih krugova
Krug napajanja važan je dio elektroničkog proizvoda, a dizajn kruga napajanja izravno je povezan s performansama proizvoda.
Klasifikacija strujnih krugova napajanja
Strujni krugovi naših elektroničkih proizvoda uglavnom uključuju linearne izvore napajanja i visokofrekventne sklopne izvore napajanja. U teoriji, linearno napajanje predstavlja količinu struje koju korisnik treba, ulaz će osigurati količinu struje; sklopno napajanje predstavlja količinu snage koju korisnik treba i količinu snage koja se osigurava na ulaznom kraju.
Shematski dijagram linearnog strujnog kruga 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 kruga napajanja LM7805.
Slika 1 Shematski dijagram linearnog napajanja
Iz slike se vidi da se linearno napajanje sastoji od funkcionalnih komponenti kao što su ispravljanje, filtriranje, regulacija napona i pohrana energije. Istovremeno, općenito linearno napajanje je napajanje s serijskom regulacijom napona, izlazna struja jednaka je ulaznoj struji, I1 = I2 + I3, I3 je referentni kraj, struja je vrlo mala, pa 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 spojevi trebaju biti što kraći, a komponente i vodovi trebaju biti raspoređeni prema funkcionalnom odnosu shematskih komponenti. Ovaj dijagram napajanja prvo je ispravljanje, a zatim filtriranje, filtriranje je regulacija napona, regulacija napona je kondenzator za pohranu energije, nakon čega struja teče kroz kondenzator u sljedeći strujni krug.
Slika 2 prikazuje PCB dijagram gornjeg shematskog dijagrama, a dva dijagrama su slična. Lijeva i desna slika su malo drugačije, napajanje na lijevoj slici je izravno spojeno na ulazno podnožje čipa regulatora napona nakon ispravljanja, a zatim na kondenzator regulatora napona, gdje je učinak filtriranja kondenzatora puno 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 drugome.
Slika 2 Dijagram PCB-a linearnog napajanja
Prilikom projektiranja PCB-a linearnog napajanja, trebali bismo obratiti pozornost i na problem odvođenja topline čipa regulatora snage linearnog napajanja, kako dolazi do topline, ako je prednji kraj čipa regulatora napona 10 V, izlazni kraj 5 V, a izlazna struja 500 mA, tada postoji pad napona od 5 V na čipu regulatora, a generirana toplina je 2,5 W; ako je ulazni napon 15 V, pad napona je 10 V, a generirana toplina je 5 W, stoga moramo odvojiti dovoljno prostora za odvođenje topline ili razumno rashladno tijelo prema snazi odvođenja topline. Linearno napajanje se općenito koristi u situacijama kada je razlika tlaka relativno mala i struja relativno mala, u suprotnom, molimo koristite sklop za preklopno napajanje.
Primjer sheme visokofrekventnog preklopnog napajanja
Preklopno napajanje koristi se za upravljanje sklopnom cijevi za brzo uključivanje/isključivanje i isključivanje, generirajući PWM valni oblik, putem induktora i diode za kontinuiranu struju, koristeći elektromagnetsku pretvorbu za regulaciju napona. Preklopno napajanje, visoka učinkovitost, nisko zagrijavanje, općenito koristimo sklopove: LM2575, MC34063, SP6659 i tako dalje. U teoriji, preklopno napajanje je jednako na oba kraja kruga, napon je obrnuto proporcionalan, a struja je obrnuto proporcionalna.
Slika 3. Shematski dijagram sklopa napajanja LM2575
PCB dijagram preklopnog napajanja
Prilikom projektiranja PCB-a sklopnog napajanja, potrebno je obratiti pozornost na: ulaznu točku 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, ne može se naglo generirati niti naglo nestati. Promjena struje u induktoru ima vremenski proces. Pod djelovanjem pulsirajuće struje I2 koja teče kroz induktivitet, dio električne energije se pretvara u magnetsku energiju, a struja se postupno povećava, u određenom trenutku, upravljački krug U1 isključuje I2, zbog karakteristika induktiviteta, struja ne može naglo nestati, u ovom 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 kroz D1 i L1, što je ekvivalentno pumpi, koristeći energiju induktora za povećanje napona kondenzatora C3. Tu je i problem ulazne točke povratne linije detekcije napona, koja bi se trebala vratiti na mjesto nakon filtriranja, inače će izlazni napon biti veći. Ove dvije točke mnogi naši PCB dizajneri često zanemaruju, misleći da ista mreža tamo nije ista, zapravo, mjesto nije isto, a utjecaj na performanse je velik. Slika 4 je PCB dijagram LM2575 preklopnog napajanja. Pogledajmo što nije u redu s pogrešnim dijagramom.
Slika 4. Dijagram PCB-a preklopnog napajanja LM2575
Zašto želimo detaljno razgovarati o principu sheme, jer shema sadrži mnogo informacija o PCB-u, kao što su pristupna točka pina komponente, trenutna veličina mreže čvorova itd., pogledajte shemu, dizajn PCB-a nije problem. Sklopovi LM7805 i LM2575 predstavljaju tipičan raspored sklopova linearnog napajanja i preklopnog napajanja. Prilikom izrade PCB-a, raspored i ožičenje ova dva PCB dijagrama su izravno na liniji, ali proizvodi su različiti i ploča je drugačija, što se prilagođava stvarnoj situaciji.
Sve promjene su neodvojive, pa je princip strujnog kruga i način na koji je ploča takva, a svaki elektronički proizvod je neodvojiv od napajanja i njegovog kruga, stoga, naučite dva kruga, a drugi se također razumije.
Vrijeme objave: 04.07.2023.
