Proč se učit návrh silových obvodů
Napájecí obvod je důležitou součástí elektronického výrobku, návrh napájecího obvodu přímo souvisí s výkonem výrobku.
Klasifikace napájecích obvodů
Silové obvody našich elektronických produktů zahrnují především lineární napájecí zdroje a vysokofrekvenční spínané napájecí zdroje. Teoreticky, lineární napájecí zdroj je, kolik proudu uživatel potřebuje, vstup poskytne kolik proudu; Spínaný napájecí zdroj udává, kolik energie uživatel potřebuje a kolik energie je poskytováno na vstupní straně.
Schéma lineárního napájecího obvodu
Lineární napájecí zařízení pracují v lineárním stavu, jako jsou naše běžně používané čipy regulátoru napětí LM7805, LM317, SPX1117 a tak dále. Obrázek 1 níže je schematický diagram regulovaného napájecího obvodu LM7805.
Obrázek 1 Schéma lineárního napájecího zdroje
Z obrázku je patrné, že lineární napájecí zdroj je složen z funkčních součástí jako je usměrnění, filtrace, regulace napětí a akumulace energie. Současně je obecný lineární napájecí zdroj sériový napájecí zdroj s regulací napětí, výstupní proud se rovná vstupnímu proudu, I1=I2+I3, I3 je referenční konec, proud je velmi malý, takže I1≈I3 . Proč chceme mluvit o proudu, protože návrh DPS, šířka každé čáry není náhodně nastavena, je třeba určit podle velikosti proudu mezi uzly ve schématu. Velikost proudu a tok proudu by měly být jasné, aby byla deska tak akorát.
Schéma plošného spoje lineárního napájení
Při návrhu DPS by rozmístění součástek mělo být kompaktní, všechny spoje co nejkratší a součástky a linky rozmístěny podle funkčního vztahu schematických součástek. Toto schéma napájení je první usměrnění a poté filtrování, filtrace je regulace napětí, regulace napětí je akumulátor energie kondenzátoru, po průchodu kondenzátorem do následujícího obvodu elektřina.
Obrázek 2 je schéma desky plošných spojů výše uvedeného schematického schématu a obě schémata jsou podobná. Levý obrázek a pravý obrázek se trochu liší, napájení na levém obrázku je po usměrnění přímo na vstupní patku čipu regulátoru napětí a pak kondenzátor regulátoru napětí, kde je filtrační účinek kondenzátoru mnohem horší a výstup je také problematický. Obrázek vpravo je dobrý. Musíme vzít v úvahu nejen tok kladného napájecího zdroje, ale také musíme vzít v úvahu problém zpětného toku, obecně by kladné elektrické vedení a zemní vedení zpětného toku měly být co nejblíže k sobě.
Obrázek 2 Schéma PCB lineárního zdroje
Při navrhování PCB lineárního napájení bychom měli také věnovat pozornost problému rozptylu tepla čipu regulátoru výkonu lineárního napájecího zdroje, jak teplo přichází, pokud je přední část čipu regulátoru napětí 10V, výstupní konec je 5V, a výstupní proud je 500 mA, pak je na čipu regulátoru úbytek napětí 5 V a generované teplo je 2,5 W; Pokud je vstupní napětí 15V, úbytek napětí je 10V a generované teplo je 5W, proto musíme vyčlenit dostatek prostoru pro odvod tepla nebo rozumný chladič podle výkonu pro odvod tepla. Lineární napájecí zdroj se obecně používá v situacích, kdy je tlakový rozdíl relativně malý a proud relativně malý, v opačném případě použijte spínací napájecí obvod.
Schematický příklad vysokofrekvenčního spínaného napájecího obvodu
Spínaný zdroj má pomocí obvodu ovládat spínací trubici pro vysokorychlostní zapnutí-vypnutí a vypnutí, generování PWM průběhu, přes induktor a diodu spojitého proudu, použití elektromagnetické konverze způsobu regulace napětí. Spínací napájecí zdroj, vysoká účinnost, nízké teplo, obecně používáme obvod: LM2575, MC34063, SP6659 a tak dále. Teoreticky je spínaný zdroj na obou koncích obvodu stejný, napětí je nepřímo úměrné a proud je nepřímo úměrný.
Obrázek 3 Schéma spínaného napájecího obvodu LM2575
Schéma plošného spoje spínaného zdroje
Při návrhu DPS spínaného zdroje je třeba dbát na: vstupní bod zpětnovazebního vedení a dioda trvalého proudu jsou pro koho je dán trvalý proud. Jak je vidět z obrázku 3, když je U1 zapnutý, proud I2 vstupuje do induktoru L1. Charakteristikou induktoru je, že když proud protéká induktorem, nemůže být generován náhle, ani nemůže náhle zmizet. Změna proudu v induktoru má časový proces. Působením pulzního proudu I2 protékajícího indukčností se část elektrické energie přemění na energii magnetickou a proud se postupně zvyšuje, v určitém čase řídicí obvod U1 vypne I2, vzhledem k charakteristice indukčnosti, proud nemůže náhle zmizet, v tuto dobu dioda pracuje, přebírá proud I2, proto se nazývá dioda trvalého proudu, je vidět, že pro indukčnost je použita dioda trvalého proudu. Kontinuální proud I3 začíná od záporného konce C3 a teče do kladného konce C3 přes D1 a L1, což je ekvivalentní čerpadlu, využívající energii induktoru ke zvýšení napětí kondenzátoru C3. Dále je zde problém vstupního bodu zpětnovazebního vedení detekce napětí, který by měl být po filtraci přiveden zpět na místo, jinak bude zvlnění výstupního napětí větší. Tyto dva body jsou často ignorovány mnoha našimi návrháři PCB, protože si myslí, že stejná síť tam není stejná, ve skutečnosti není stejné místo a dopad na výkon je velký. Obrázek 4 je schéma PCB spínaného zdroje LM2575. Podívejme se, co je špatného na špatném diagramu.
Obrázek 4 Schéma PCB spínaného zdroje LM2575
Proč chceme mluvit o principu schématu podrobně, protože schéma obsahuje spoustu informací PCB, jako je přístupový bod pinu součástky, aktuální velikost uzlové sítě atd., viz schéma, návrh PCB není problém. Obvody LM7805 a LM2575 představují typický obvod uspořádání lineárního napájecího zdroje, respektive spínaného zdroje. Při výrobě PCBS je rozložení a zapojení těchto dvou schémat PCB přímo na lince, ale produkty jsou odlišné a deska plošných spojů je odlišná, 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 napájení a jeho obvodu, proto se naučte dva obvody, druhý je také chápán.
Čas odeslání: Červenec-08-2023
