Γιατί να μάθετε σχεδιασμό κυκλωμάτων ισχύος
Το κύκλωμα τροφοδοσίας είναι ένα σημαντικό μέρος ενός ηλεκτρονικού προϊόντος, ο σχεδιασμός του κυκλώματος τροφοδοσίας σχετίζεται άμεσα με την απόδοση του προϊόντος.
Ταξινόμηση κυκλωμάτων τροφοδοσίας
Τα κυκλώματα ισχύος των ηλεκτρονικών μας προϊόντων περιλαμβάνουν κυρίως γραμμικά τροφοδοτικά και τροφοδοτικά υψηλής συχνότητας με διακόπτη. Θεωρητικά, η γραμμική τροφοδοσία είναι το ρεύμα που χρειάζεται ο χρήστης, η είσοδος θα παρέχει το ρεύμα. Η τροφοδοσία με διακόπτη είναι το πόση ισχύ χρειάζεται ο χρήστης και το πόση ισχύ παρέχεται στο άκρο εισόδου.
Σχηματικό διάγραμμα γραμμικού κυκλώματος τροφοδοσίας
Οι γραμμικές συσκευές ισχύος λειτουργούν σε γραμμική κατάσταση, όπως τα τσιπ ρυθμιστή τάσης που χρησιμοποιούνται συνήθως, LM7805, LM317, SPX1117 και ούτω καθεξής. Το Σχήμα 1 παρακάτω είναι το σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος ρυθμιζόμενης τροφοδοσίας LM7805.
Σχήμα 1 Σχηματικό διάγραμμα γραμμικής τροφοδοσίας
Από το σχήμα φαίνεται ότι η γραμμική τροφοδοσία αποτελείται από λειτουργικά στοιχεία όπως η ανόρθωση, το φιλτράρισμα, η ρύθμιση τάσης και η αποθήκευση ενέργειας. Ταυτόχρονα, η γενική γραμμική τροφοδοσία είναι μια τροφοδοσία σειριακής ρύθμισης τάσης, το ρεύμα εξόδου είναι ίσο με το ρεύμα εισόδου, I1=I2+I3, το I3 είναι το άκρο αναφοράς, το ρεύμα είναι πολύ μικρό, επομένως I1≈I3. Γιατί θέλουμε να μιλήσουμε για το ρεύμα, επειδή στο σχεδιασμό της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB), το πλάτος κάθε γραμμής δεν ορίζεται τυχαία, πρέπει να καθορίζεται ανάλογα με το μέγεθος του ρεύματος μεταξύ των κόμβων στο σχηματικό. Το μέγεθος του ρεύματος και η ροή ρεύματος πρέπει να είναι σαφείς για να κάνουν την πλακέτα ακριβώς σωστή.
Γραμμικό διάγραμμα PCB τροφοδοσίας
Κατά το σχεδιασμό της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB), η διάταξη των εξαρτημάτων πρέπει να είναι συμπαγής, όλες οι συνδέσεις να είναι όσο το δυνατόν πιο σύντομες και τα εξαρτήματα και οι γραμμές να είναι διατεταγμένα σύμφωνα με τη λειτουργική σχέση των σχηματικών εξαρτημάτων. Αυτό το διάγραμμα τροφοδοσίας είναι η πρώτη διόρθωση και στη συνέχεια το φιλτράρισμα, το φιλτράρισμα είναι η ρύθμιση τάσης, η ρύθμιση τάσης είναι ο πυκνωτής αποθήκευσης ενέργειας, αφού ρέει μέσω του πυκνωτή στο επόμενο κύκλωμα ηλεκτρικής ενέργειας.
Το Σχήμα 2 είναι το διάγραμμα PCB του παραπάνω σχηματικού διαγράμματος, και τα δύο διαγράμματα είναι παρόμοια. Η αριστερή εικόνα και η δεξιά εικόνα είναι λίγο διαφορετικές, η τροφοδοσία στην αριστερή εικόνα είναι απευθείας στο πόδι εισόδου του τσιπ ρυθμιστή τάσης μετά την ανόρθωση, και στη συνέχεια στον πυκνωτή ρυθμιστή τάσης, όπου το φαινόμενο φιλτραρίσματος του πυκνωτή είναι πολύ χειρότερο, και η έξοδος είναι επίσης προβληματική. Η εικόνα στα δεξιά είναι καλή. Δεν πρέπει να λάβουμε υπόψη μόνο το πρόβλημα της ροής της θετικής τροφοδοσίας, αλλά πρέπει επίσης να λάβουμε υπόψη το πρόβλημα της αντίστροφης ροής, γενικά, η θετική γραμμή τροφοδοσίας και η γραμμή αντίστροφης ροής γείωσης πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά η μία στην άλλη.
Σχήμα 2 Διάγραμμα PCB γραμμικής τροφοδοσίας
Κατά το σχεδιασμό της πλακέτας γραμμικής τροφοδοσίας, θα πρέπει επίσης να δώσουμε προσοχή στο πρόβλημα της απαγωγής θερμότητας του τσιπ ρυθμιστή ισχύος της γραμμικής τροφοδοσίας, στον τρόπο με τον οποίο προέρχεται η θερμότητα. Εάν το μπροστινό άκρο του τσιπ ρυθμιστή τάσης είναι 10V, το άκρο εξόδου είναι 5V και το ρεύμα εξόδου είναι 500mA, τότε υπάρχει πτώση τάσης 5V στο τσιπ ρυθμιστή και η θερμότητα που παράγεται είναι 2,5W. Εάν η τάση εισόδου είναι 15V, η πτώση τάσης είναι 10V και η θερμότητα που παράγεται είναι 5W, επομένως, πρέπει να διαθέσουμε αρκετό χώρο απαγωγής θερμότητας ή εύλογο ψύκτη ανάλογα με την ισχύ απαγωγής θερμότητας. Η γραμμική τροφοδοσία χρησιμοποιείται γενικά σε περιπτώσεις όπου η διαφορά πίεσης είναι σχετικά μικρή και το ρεύμα είναι σχετικά μικρό, διαφορετικά, χρησιμοποιήστε το κύκλωμα τροφοδοσίας εναλλαγής.
Σχηματικό παράδειγμα κυκλώματος τροφοδοσίας υψηλής συχνότητας
Η τροφοδοσία μεταγωγής είναι η χρήση του κυκλώματος για τον έλεγχο του σωλήνα μεταγωγής για υψηλή ταχύτητα ενεργοποίησης-απενεργοποίησης και διακοπής, τη δημιουργία κυματομορφής PWM, μέσω του επαγωγέα και της διόδου συνεχούς ρεύματος, η χρήση ηλεκτρομαγνητικής μετατροπής του τρόπου ρύθμισης της τάσης. Τροφοδοτικό μεταγωγής, υψηλής απόδοσης, χαμηλής θερμότητας, χρησιμοποιούμε γενικά το κύκλωμα: LM2575, MC34063, SP6659 και ούτω καθεξής. Θεωρητικά, η τροφοδοσία μεταγωγής είναι ίση και στα δύο άκρα του κυκλώματος, η τάση είναι αντιστρόφως ανάλογη και το ρεύμα είναι αντιστρόφως ανάλογο.
Σχήμα 3 Σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος τροφοδοσίας μεταγωγής LM2575
Διάγραμμα PCB της τροφοδοσίας μεταγωγής
Κατά το σχεδιασμό της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) της τροφοδοσίας μεταγωγής, είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή στα εξής: το σημείο εισόδου της γραμμής ανάδρασης και η δίοδος συνεχούς ρεύματος είναι τα σημεία στα οποία δίνεται το συνεχές ρεύμα. Όπως φαίνεται από το Σχήμα 3, όταν το U1 είναι ενεργοποιημένο, το ρεύμα I2 εισέρχεται στον επαγωγέα L1. Το χαρακτηριστικό του επαγωγέα είναι ότι όταν το ρεύμα ρέει μέσω του επαγωγέα, δεν μπορεί να δημιουργηθεί ξαφνικά, ούτε μπορεί να εξαφανιστεί ξαφνικά. Η αλλαγή του ρεύματος στον επαγωγέα έχει μια χρονική διαδικασία. Υπό την επίδραση του παλμικού ρεύματος I2 που ρέει μέσω της επαγωγής, μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέπεται σε μαγνητική ενέργεια και το ρεύμα αυξάνεται σταδιακά, σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, το κύκλωμα ελέγχου U1 απενεργοποιεί το I2, λόγω των χαρακτηριστικών της επαγωγής, το ρεύμα δεν μπορεί να εξαφανιστεί ξαφνικά, σε αυτή τη στιγμή η δίοδος λειτουργεί, αναλαμβάνει το ρεύμα I2, επομένως ονομάζεται δίοδος συνεχούς ρεύματος, μπορεί να φανεί ότι η δίοδος συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιείται για την επαγωγή. Το συνεχές ρεύμα I3 ξεκινά από το αρνητικό άκρο του C3 και ρέει στο θετικό άκρο του C3 μέσω των D1 και L1, το οποίο ισοδυναμεί με μια αντλία, χρησιμοποιώντας την ενέργεια του επαγωγέα για να αυξήσει την τάση του πυκνωτή C3. Υπάρχει επίσης το πρόβλημα του σημείου εισόδου της γραμμής ανάδρασης ανίχνευσης τάσης, το οποίο θα πρέπει να τροφοδοτηθεί πίσω στη θέση μετά το φιλτράρισμα, διαφορετικά η κυμάτωση της τάσης εξόδου θα είναι μεγαλύτερη. Αυτά τα δύο σημεία συχνά αγνοούνται από πολλούς από τους σχεδιαστές PCB μας, πιστεύοντας ότι το ίδιο δίκτυο δεν είναι το ίδιο εκεί, στην πραγματικότητα, η θέση δεν είναι η ίδια, και η επίδραση στην απόδοση είναι μεγάλη. Το Σχήμα 4 είναι το διάγραμμα PCB του τροφοδοτικού μεταγωγής LM2575. Ας δούμε τι είναι λάθος με το λάθος διάγραμμα.
Σχήμα 4 Διάγραμμα PCB του τροφοδοτικού μεταγωγής LM2575
Γιατί θέλουμε να μιλήσουμε λεπτομερώς για την αρχή του σχηματικού, επειδή το σχηματικό περιέχει πολλές πληροφορίες για την πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB), όπως το σημείο πρόσβασης του ακροδέκτη του εξαρτήματος, το τρέχον μέγεθος του δικτύου κόμβων κ.λπ., δείτε το σχηματικό, ο σχεδιασμός της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος δεν αποτελεί πρόβλημα. Τα κυκλώματα LM7805 και LM2575 αντιπροσωπεύουν το τυπικό κύκλωμα διάταξης γραμμικής τροφοδοσίας και τροφοδοσίας μεταγωγής, αντίστοιχα. Κατά την κατασκευή PCB, η διάταξη και η καλωδίωση αυτών των δύο διαγραμμάτων PCB βρίσκονται απευθείας στη γραμμή, αλλά τα προϊόντα είναι διαφορετικά και η πλακέτα κυκλώματος είναι διαφορετική, η οποία προσαρμόζεται ανάλογα με την πραγματική κατάσταση.
Όλες οι αλλαγές είναι άρρηκτα συνδεδεμένες, επομένως η αρχή του κυκλώματος ισχύος και ο τρόπος λειτουργίας της πλακέτας είναι έτσι, και κάθε ηλεκτρονικό προϊόν είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με την τροφοδοσία ρεύματος και το κύκλωμά του, επομένως, μάθετε τα δύο κυκλώματα, το άλλο είναι επίσης κατανοητό.
Ώρα δημοσίευσης: 04 Ιουλίου 2023
