Prečo sa učiť návrh elektrického obvodu
Napájací obvod je dôležitou súčasťou elektronického produktu, návrh napájacieho obvodu priamo súvisí s výkonom produktu.
Klasifikácia napájacích obvodov
Silové obvody našich elektronických produktov zahŕňajú predovšetkým lineárne napájacie zdroje a vysokofrekvenčné spínané zdroje. Teoreticky, lineárne napájanie je to, koľko prúdu používateľ potrebuje, vstup poskytne koľko prúdu; Spínaný zdroj energie vyjadruje, koľko energie používateľ potrebuje a koľko energie je k dispozícii na vstupe.
Schéma lineárneho napájacieho obvodu
Lineárne napájacie zariadenia pracujú v lineárnom stave, ako napríklad naše bežne používané čipy regulátora napätia LM7805, LM317, SPX1117 atď. Obrázok 1 nižšie je schematický diagram regulovaného napájacieho obvodu LM7805.
Obrázok 1 Schéma lineárneho napájacieho zdroja
Z obrázku je vidieť, že lineárny zdroj je zložený z funkčných komponentov ako je usmernenie, filtrovanie, regulácia napätia a akumulácia energie. Zároveň je všeobecný lineárny napájací zdroj sériový napájací zdroj s reguláciou napätia, výstupný prúd sa rovná vstupnému prúdu, I1=I2+I3, I3 je referenčný koniec, prúd je veľmi malý, takže I1≈I3 . Prečo chceme hovoriť o prúde, pretože dizajn DPS, šírka každej čiary nie je náhodne nastavená, sa má určiť podľa veľkosti prúdu medzi uzlami v schéme. Veľkosť prúdu a tok prúdu by mali byť jasné, aby bola doska tak akurát.
Schéma PCB lineárneho zdroja
Pri návrhu DPS by malo byť rozmiestnenie súčiastok kompaktné, všetky spoje čo najkratšie a súčiastky a linky by mali byť rozmiestnené podľa funkčného vzťahu schematických súčiastok. Tento diagram napájania je prvým usmernením a potom filtrovaním, filtrovaním je regulácia napätia, reguláciou napätia je kondenzátor akumulácie energie, po prechode cez kondenzátor do nasledujúceho obvodu elektriny.
Obrázok 2 je schéma PCB vyššie uvedeného schematického diagramu a tieto dva diagramy sú podobné. Ľavý obrázok a pravý obrázok sú trochu odlišné, napájanie na ľavom obrázku je po usmernení priamo na vstupnú pätku čipu regulátora napätia a potom kondenzátor regulátora napätia, kde je filtračný účinok kondenzátora oveľa horší. a výstup je tiež problematický. Obrázok vpravo je dobrý. Musíme brať do úvahy nielen tok kladného problému napájania, ale musíme brať do úvahy aj problém spätného toku, vo všeobecnosti by kladné elektrické vedenie a pozemné spätné vedenie malo byť čo najbližšie k sebe.
Obrázok 2 Schéma PCB lineárneho napájacieho zdroja
Pri navrhovaní PCB lineárneho napájacieho zdroja by sme mali venovať pozornosť aj problému rozptylu tepla čipu regulátora výkonu lineárneho zdroja, ako teplo prichádza, ak je predný koniec čipu regulátora napätia 10 V, výstupný koniec je 5 V, a výstupný prúd je 500 mA, potom na čipe regulátora dôjde k poklesu napätia o 5 V a generované teplo je 2,5 W; Ak je vstupné napätie 15V, pokles napätia je 10V a generované teplo je 5W, preto si musíme vyčleniť dostatok priestoru na odvod tepla alebo primeraný chladič podľa výkonu odvodu tepla. Lineárne napájanie sa vo všeobecnosti používa v situáciách, keď je tlakový rozdiel relatívne malý a prúd je relatívne malý, v opačnom prípade použite obvod spínaného napájania.
Schematický príklad obvodu vysokofrekvenčného spínaného napájacieho zdroja
Spínaný napájací zdroj má použiť obvod na ovládanie spínacej trubice pre vysokorýchlostné zapnutie-vypnutie a vypnutie, generovanie PWM priebehu, cez induktor a diódu s trvalým prúdom, použitie elektromagnetickej konverzie spôsobu regulácie napätia. Spínané napájanie, vysoká účinnosť, nízke teplo, všeobecne používame obvod: LM2575, MC34063, SP6659 atď. Teoreticky je spínaný zdroj energie rovnaký na oboch koncoch obvodu, napätie je nepriamo úmerné a prúd je nepriamo úmerný.
Obrázok 3 Schéma spínaného napájacieho obvodu LM2575
Schéma PCB spínaného zdroja
Pri návrhu DPS spínaného zdroja je potrebné dbať na: vstupný bod spätnoväzbového vedenia a diódy trvalého prúdu sú pre koho je daný trvalý prúd. Ako je možné vidieť na obrázku 3, keď je U1 zapnutý, prúd I2 vstupuje do induktora L1. Charakteristickým znakom induktora je, že keď prúd preteká cez induktor, nemôže byť generovaný náhle, ani nemôže náhle zmiznúť. Zmena prúdu v induktore má časový proces. Pôsobením impulzného prúdu I2 pretekajúceho cez indukčnosť sa časť elektrickej energie premení na magnetickú energiu a prúd sa postupne zvyšuje, v určitom čase riadiaci obvod U1 vypne I2, vzhľadom na vlastnosti indukčnosti, prúd nemôže náhle zmiznúť, v tomto čase dióda pracuje, preberá prúd I2, preto sa nazýva dióda trvalého prúdu, je vidieť, že na indukčnosť sa používa dióda s trvalým prúdom. Kontinuálny prúd I3 začína od záporného konca C3 a tečie do kladného konca C3 cez D1 a L1, čo je ekvivalent čerpadla, pričom využíva energiu induktora na zvýšenie napätia kondenzátora C3. Problémom je aj vstupný bod spätnoväzbového vedenia detekcie napätia, ktorý by mal byť po odfiltrovaní privedený späť na miesto, inak bude zvlnenie výstupného napätia väčšie. Tieto dva body sú často ignorované mnohými našimi dizajnérmi PCB a myslia si, že rovnaká sieť tam nie je rovnaká, v skutočnosti nie je rovnaké miesto a vplyv na výkon je veľký. Obrázok 4 je schéma PCB spínaného zdroja LM2575. Pozrime sa, čo je zlé na nesprávnom diagrame.
Obrázok 4 Schéma PCB spínaného zdroja LM2575
Prečo chceme hovoriť o princípe schémy podrobne, pretože schéma obsahuje veľa informácií PCB, ako je prístupový bod pinu komponentu, aktuálna veľkosť siete uzlov atď., pozri schéma, návrh PCB nie je problém. Obvody LM7805 a LM2575 predstavujú typický obvod usporiadania lineárneho napájacieho zdroja a spínaného napájacieho zdroja. Pri výrobe PCBS je rozloženie a zapojenie týchto dvoch schém PCB priamo na linke, ale produkty sú odlišné a doska plošných spojov je odlišná, čo sa upravuje podľa skutočnej situácie.
Všetky zmeny sú neoddeliteľné, takže princíp napájacieho obvodu a spôsob, akým je doska taká, a každý elektronický výrobok je neoddeliteľný od napájacieho zdroja a jeho obvodu, preto sa naučte dva obvody, rozumie sa aj tomu druhému.
Čas odoslania: júl-08-2023
