Зашто учити дизајн електричних кола
Коло за напајање је важан део електронског производа, дизајн кола за напајање је директно повезан са перформансама производа.
Класификација кола за напајање
Кола за напајање наших електронских производа углавном укључују линеарне изворе напајања и високофреквентне прекидачке изворе напајања. У теорији, линеарно напајање је онолико струје колико је кориснику потребно, улаз ће обезбедити онолико струје; прекидачко напајање је онолико снаге колико је кориснику потребно и колико снаге се обезбеђује на улазном крају.
Шематски дијаграм линеарног кола за напајање
Линеарни уређаји за напајање раде у линеарном стању, као што су наши често коришћени чипови за регулатор напона LM7805, LM317, SPX1117 и тако даље. Слика 1 испод је шематски дијаграм регулисаног кола за напајање LM7805.
Слика 1 Шематски дијаграм линеарног напајања
Из слике се види да је линеарно напајање састављено од функционалних компоненти као што су исправљање, филтрирање, регулација напона и складиштење енергије. Истовремено, опште линеарно напајање је серијско напајање са регулацијом напона, излазна струја је једнака улазној струји, I1=I2+I3, I3 је референтни крај, струја је веома мала, тако да је I1≈I3. Зашто желимо да говоримо о струји, зато што код дизајна штампане плоче ширина сваке линије није насумично подешена, већ се одређује према величини струје између чворова у шеми. Величина струје и проток струје треба да буду јасни како би плоча била исправна.
Дијаграм штампане плоче линеарног напајања
Приликом пројектовања штампане плоче, распоред компоненти треба да буде компактан, све везе треба да буду што краће, а компоненте и линије треба да буду распоређене у складу са функционалним односом шематских компоненти. Овај дијаграм напајања је прво исправљање, а затим филтрирање, филтрирање је регулација напона, регулација напона је кондензатор за складиштење енергије, након што струја тече кроз кондензатор до следећег кола.
Слика 2 је дијаграм штампане плоче горе наведеног шематског дијаграма, а два дијаграма су слична. Лева и десна слика се мало разликују, напајање на левој слици је директно повезано са улазним подножјем чипа регулатора напона након исправљања, а затим са кондензатором регулатора напона, где је ефекат филтрирања кондензатора много лошији, а излаз је такође проблематичан. Слика десно је добра. Морамо узети у обзир не само проблем протока позитивног напајања, већ и проблем повратног тока, генерално, позитивни вод за напајање и вод за повратни ток уземљења треба да буду што ближе један другом.
Слика 2 PCB дијаграм линеарног напајања
Приликом пројектовања штампане плоче линеарног напајања, требало би обратити пажњу и на проблем дисипације топлоте чипа регулатора снаге линеарног напајања, како долази до топлоте. Ако је предњи крај чипа регулатора напона 10V, излазни крај 5V, а излазна струја 500mA, онда је пад напона на чипу регулатора 5V, а генерисана топлота је 2,5W; Ако је улазни напон 15V, пад напона је 10V, а генерисана топлота је 5W, стога морамо издвојити довољно простора за дисипацију топлоте или разуман хладњак у складу са снагом дисипације топлоте. Линеарно напајање се генерално користи у ситуацијама када је разлика у притиску релативно мала и струја релативно мала, у супротном, користите коло за прекидање напајања.
Пример шеме кола за напајање високом фреквенцијом
Комутационо напајање користи коло за контролу прекидачке цеви за брзо укључивање/искључивање и искључивање, генерише PWM таласни облик, преко индуктора и диоде за континуалну струју, користи електромагнетну конверзију за регулацију напона. Комутационо напајање, висока ефикасност, ниско загревање, генерално користимо кола: LM2575, MC34063, SP6659 итд. У теорији, прекидачко напајање је једнако на оба краја кола, напон је обрнуто пропорционалан, а струја је обрнуто пропорционална.
Слика 3 Шематски дијаграм кола за прекидачко напајање LM2575
PCB дијаграм прекидачког напајања
Приликом пројектовања штампане плоче прекидачког напајања, потребно је обратити пажњу на: улазну тачку повратне спреге и диоду континуалне струје за које се даје континуална струја. Као што се може видети на слици 3, када је U1 укључен, струја I2 улази у индуктор L1. Карактеристика индуктора је да када струја тече кроз индуктор, она не може нагло да се генерише, нити може нагло да нестане. Промена струје у индуктору има временски процес. Под дејством импулсне струје I2 која тече кроз индуктивност, део електричне енергије се претвара у магнетну енергију, а струја се постепено повећава, у одређеном тренутку, управљачко коло U1 искључује I2, због карактеристика индуктивности, струја не може нагло да нестане, у овом тренутку диода ради, преузима струју I2, па се назива диода континуалне струје, може се видети да се диода континуалне струје користи за индуктивност. Континуирана струја I3 почиње од негативног краја C3 и тече у позитивни крај C3 кроз D1 и L1, што је еквивалентно пумпи, користећи енергију индуктора за повећање напона кондензатора C3. Постоји и проблем улазне тачке повратне линије детекције напона, која би требало да се врати на место након филтрирања, иначе ће таласање излазног напона бити веће. Ове две тачке често игноришу многи наши дизајнери ПЦБ-а, мислећи да иста мрежа није иста тамо, заправо, место није исто, а утицај на перформансе је велики. Слика 4 је дијаграм ПЦБ-а LM2575 прекидачког напајања. Да видимо шта није у реду са погрешним дијаграмом.
Слика 4 PCB дијаграм LM2575 прекидачког напајања
Зашто желимо детаљно да разговарамо о принципу шеме, зато што шема садржи много информација о ПЦБ-у, као што су приступна тачка компонентног пина, тренутна величина мреже чворова итд., погледајте шему, дизајн ПЦБ-а није проблем. Кола LM7805 и LM2575 представљају типично распоредно коло линеарног напајања и прекидачког напајања, респективно. Приликом израде ПЦБ-а, распоред и ожичење ова два дијаграма ПЦБ-а су директно на линији, али производи су различити и штампана плоча је другачија, што се прилагођава стварној ситуацији.
Све промене су неодвојиве, тако да је принцип кола за напајање и начин рада плоче такав, а сваки електронски производ је неодвојив од напајања и његовог кола, стога, научите два кола, а друго се такође разуме.
Време објаве: 08.07.2023.
