Proč se učit návrh silových obvodů
Napájecí obvod je důležitou součástí elektronického produktu, jehož návrh přímo souvisí s výkonem produktu.
Klasifikace napájecích obvodů
Napájecí obvody našich elektronických produktů zahrnují především lineární napájecí zdroje a vysokofrekvenční spínané napájecí zdroje. Teoreticky lineární napájení určuje, kolik proudu uživatel potřebuje, a kolik proudu bude dodávat vstup; spínaný zdroj určuje, kolik energie uživatel potřebuje a kolik energie je dodáváno na vstupu.
Schéma zapojení lineárního napájecího obvodu
Lineární výkonová zařízení pracují v lineárním stavu, jako například naše běžně používané čipy regulátoru napětí LM7805, LM317, SPX1117 atd. Obrázek 1 níže je schéma zapojení regulovaného napájecího zdroje LM7805.
Obrázek 1 Schéma zapojení lineárního napájecího zdroje
Z obrázku je patrné, že lineární napájecí zdroj se skládá z funkčních komponent, jako je usměrnění, filtrace, regulace napětí a akumulace energie. Zároveň je lineární napájecí zdroj obecně sériovou regulací napětí, výstupní proud se rovná vstupnímu proudu, I1 = I2 + I3, kde I3 je referenční konec, proud je velmi malý, takže I1 ≈ I3. Proč se chceme bavit o proudu, protože v návrhu desky plošných spojů není šířka každého vodiče nastavena náhodně, ale je určena velikostí proudu mezi uzly ve schématu. Velikost proudu a tok proudu by měly být jasné, aby deska byla správná.
Schéma plošných spojů lineárního napájecího zdroje
Při návrhu desky plošných spojů by mělo být uspořádání součástek kompaktní, všechna spojení co nejkratší a součástky a vedení by měly být uspořádány podle funkčního vztahu schematických komponent. Toto schéma napájení je nejprve usměrněním a poté filtrováním, filtrováním je regulace napětí, regulací napětí je kondenzátor pro ukládání energie a po průtoku elektřiny kondenzátorem do dalšího obvodu.
Obrázek 2 je schéma zapojení desky plošných spojů (PCB) výše uvedeného schématu a oba diagramy jsou si podobné. Levý a pravý obrázek se trochu liší, napájecí zdroj na levém obrázku je po usměrnění připojen přímo ke vstupní noze čipu regulátoru napětí a poté ke kondenzátoru regulátoru napětí, kde je filtrační účinek kondenzátoru mnohem horší a výstup je také problematický. Obrázek vpravo je dobrý. Musíme zvážit nejen problém s prouděním kladného napájecího zdroje, ale také problém se zpětným tokem. Obecně by kladný vodič napájení a vodič zpětného toku uzemnění měly být co nejblíže k sobě.
Obrázek 2 Schéma zapojení plošných spojů lineárního napájecího zdroje
Při návrhu desky plošných spojů lineárního napájecího zdroje bychom měli věnovat pozornost také problému odvodu tepla čipem regulátoru výkonu lineárního napájecího zdroje, jak teplo vzniká. Pokud je vstupní napětí čipu regulátoru 10 V, výstupní napětí 5 V a výstupní proud 500 mA, pak je na čipu regulátoru úbytek napětí 5 V a generované teplo je 2,5 W. Pokud je vstupní napětí 15 V, úbytek napětí je 10 V a generované teplo je 5 W, proto je třeba vyhradit dostatečný prostor pro odvod tepla nebo přiměřený chladič v závislosti na výkonu odvodu tepla. Lineární napájecí zdroje se obecně používají v situacích, kdy je tlakový rozdíl relativně malý a proud relativně malý, v opačném případě použijte obvod spínaného napájecího zdroje.
Schéma zapojení vysokofrekvenčního spínaného napájecího zdroje
Spínaný zdroj slouží k ovládání spínací elektronky pro vysokorychlostní zapínání, vypínání a vypínání, generování PWM vlny pomocí induktoru a diody pro kontinuální proud a regulaci napětí pomocí elektromagnetické konverze. Spínaný zdroj má vysokou účinnost a nízké zahřívání a obecně používá obvody: LM2575, MC34063, SP6659 atd. Teoreticky je spínaný zdroj na obou koncích obvodu stejný, napětí je nepřímo úměrné a proud je nepřímo úměrný.
Obrázek 3 Schéma zapojení spínaného napájecího zdroje LM2575
Schéma plošných spojů spínaného napájecího zdroje
Při návrhu desky plošných spojů spínaného napájecího zdroje je nutné věnovat pozornost: vstupnímu bodu zpětnovazebního vedení a diodě pro kontinuální proud, kterými je dán kontinuální proud. Jak je vidět z obrázku 3, když je U1 zapnuto, proud I2 vstupuje do induktoru L1. Charakteristickým rysem induktoru je, že když proud protéká induktorem, nemůže vzniknout náhle ani náhle zmizet. Změna proudu v induktoru má časový průběh. Působením pulzního proudu I2 protékajícího induktorem se část elektrické energie přemění na magnetickou energii a proud se postupně zvyšuje. V určitém okamžiku řídicí obvod U1 vypne I2. Vzhledem k vlastnostem induktoru nemůže proud náhle zmizet. V tomto okamžiku dioda pracuje a přebírá proud I2, proto se nazývá dioda pro kontinuální proud. Je zřejmé, že dioda pro kontinuální proud se používá pro indukčnost. Trvalý proud I3 začíná na záporném konci C3 a protéká do kladného konce C3 přes D1 a L1, což je ekvivalentní pumpě, která využívá energii induktoru ke zvýšení napětí na kondenzátoru C3. Existuje také problém se vstupním bodem zpětnovazební linky detekce napětí, která by měla být po filtraci přivedena zpět na místo, jinak by zvlnění výstupního napětí bylo větší. Mnoho našich návrhářů desek plošných spojů tyto dva body často ignoruje a domnívá se, že stejná síť tam není stejná, ve skutečnosti ani místo není stejné a vliv na výkon je velký. Obrázek 4 je schéma desky plošných spojů spínaného zdroje LM2575. Podívejme se, co je na špatném schématu špatně.
Obrázek 4 Schéma zapojení plošných spojů spínaného napájecího zdroje LM2575
Proč chceme podrobně hovořit o principu schématu zapojení? Schéma obsahuje mnoho informací o desce plošných spojů, jako je přístupový bod pinů součástky, aktuální velikost uzlové sítě atd. Viz schéma, návrh desky plošných spojů není problém. Obvody LM7805 a LM2575 představují typické uspořádání lineárního napájecího zdroje a spínaného napájecího zdroje. Při výrobě desek plošných spojů je uspořádání a zapojení těchto dvou schémat přímo na lince, ale produkty a deska plošných spojů se liší, což se upravuje podle skutečné situace.
Všechny změny jsou neoddělitelné, takže princip napájecího obvodu a způsob, jakým je deska taková, a každý elektronický výrobek je neoddělitelný od napájecího zdroje a jeho obvodu, proto se naučte oba obvody, druhý je také pochopen.
Čas zveřejnění: 4. července 2023
