Por que aprender deseño de circuítos de potencia
O circuíto de alimentación é unha parte importante dun produto electrónico, o deseño do circuíto de alimentación está directamente relacionado co rendemento do produto.
Clasificación dos circuítos de alimentación
Os circuítos de alimentación dos nosos produtos electrónicos inclúen principalmente fontes de alimentación lineais e fontes de alimentación de conmutación de alta frecuencia. En teoría, a fonte de alimentación lineal é a cantidade de corrente que necesita o usuario e a entrada proporcionará canta corrente; a fonte de alimentación de conmutación é a cantidade de enerxía que necesita o usuario e a cantidade de enerxía que se proporciona no extremo de entrada.
Diagrama esquemático dun circuíto de fonte de alimentación lineal
Os dispositivos de alimentación lineal funcionan nun estado lineal, como os nosos chips reguladores de tensión de uso común LM7805, LM317, SPX1117 e outros. A figura 1 a continuación móstrase o diagrama esquemático do circuíto de fonte de alimentación regulada LM7805.
Figura 1 Diagrama esquemático dunha fonte de alimentación lineal
Na figura pódese ver que a fonte de alimentación lineal está composta por compoñentes funcionais como a rectificación, o filtrado, a regulación de tensión e o almacenamento de enerxía. Ao mesmo tempo, a fonte de alimentación lineal xeral é unha fonte de alimentación con regulación de tensión en serie, a corrente de saída é igual á corrente de entrada, I1 = I2 + I3, I3 é o extremo de referencia, a corrente é moi pequena, polo que I1 ≈ I3. Por que queremos falar da corrente? Porque no deseño da PCB, o ancho de cada liña non se establece aleatoriamente, debe determinarse segundo o tamaño da corrente entre os nodos no esquema. O tamaño da corrente e o fluxo de corrente deben ser claros para que a placa sexa axeitada.
Diagrama de PCB de fonte de alimentación lineal
Ao deseñar a placa de circuíto impreso (PCB), a disposición dos compoñentes debe ser compacta, todas as conexións deben ser o máis curtas posible e os compoñentes e as liñas deben colocarse segundo a relación funcional dos compoñentes do esquema. Este diagrama de fonte de alimentación é a primeira rectificación e despois o filtrado, o filtrado é a regulación da tensión, a regulación da tensión é o condensador de almacenamento de enerxía, despois de que a electricidade flúa a través do condensador ao seguinte circuíto.
A figura 2 é o diagrama da placa de circuíto impreso (PCB) do diagrama esquemático anterior, e os dous diagramas son similares. A imaxe da esquerda e a da dereita son lixeiramente diferentes; a fonte de alimentación da imaxe da esquerda está directamente no pé de entrada do chip regulador de tensión despois da rectificación e, a continuación, no condensador regulador de tensión, onde o efecto de filtrado do condensador é moito peor e a saída tamén é problemática. A imaxe da dereita é boa. Non só debemos considerar o problema do fluxo da fonte de alimentación positiva, senón tamén o problema do refluxo. En xeral, a liña de alimentación positiva e a liña de refluxo da terra deben estar o máis preto posible entre si.
Figura 2 Diagrama de PCB dunha fonte de alimentación lineal
Ao deseñar a placa de circuíto impreso (PCB) da fonte de alimentación lineal, tamén debemos prestar atención ao problema da disipación da calor do chip regulador de potencia da fonte de alimentación lineal, como se produce a calor. Se o extremo frontal do chip regulador de tensión é de 10 V, o extremo de saída é de 5 V e a corrente de saída é de 500 mA, entón hai unha caída de tensión de 5 V no chip regulador e a calor xerada é de 2,5 W. Se a tensión de entrada é de 15 V, a caída de tensión é de 10 V e a calor xerada é de 5 W, polo tanto, debemos reservar espazo suficiente para a disipación da calor ou un disipador de calor razoable segundo a potencia de disipación da calor. A fonte de alimentación lineal úsase xeralmente en situacións onde a diferenza de presión é relativamente pequena e a corrente é relativamente pequena; se non, use o circuíto de fonte de alimentación conmutada.
Exemplo de esquema dun circuíto de fonte de alimentación de conmutación de alta frecuencia
A fonte de alimentación conmutada consiste en usar un circuíto para controlar o tubo de conmutación para activar e desactivar a alta velocidade, xerar unha forma de onda PWM e, a través do indutor e do díodo de corrente continua, usar a conversión electromagnética para regular a tensión. Fonte de alimentación conmutada, alta eficiencia e baixa quentamento, xeralmente usamos circuítos como LM2575, MC34063, SP6659, etc. En teoría, a fonte de alimentación conmutada é igual en ambos os extremos do circuíto, a tensión é inversamente proporcional e a corrente é inversamente proporcional.
Figura 3 Diagrama esquemático do circuíto de fonte de alimentación conmutada LM2575
Diagrama de PCB dunha fonte de alimentación conmutada
Ao deseñar a placa de circuíto impreso (PCB) da fonte de alimentación conmutada, é necesario prestar atención a: o punto de entrada da liña de retroalimentación e o díodo de corrente continua son para os que se dá a corrente continua. Como se pode ver na Figura 3, cando U1 está activado, a corrente I2 entra no indutor L1. A característica do indutor é que cando a corrente flúe a través do indutor, non se pode xerar de súpeto nin pode desaparecer de súpeto. O cambio de corrente no indutor ten un proceso temporal. Baixo a acción da corrente pulsada I2 que flúe a través da inductancia, parte da enerxía eléctrica convértese en enerxía magnética e a corrente aumenta gradualmente. Nun determinado momento, o circuíto de control U1 apaga I2. Debido ás características da inductancia, a corrente non pode desaparecer de súpeto. Neste momento, o díodo funciona e absorbe a corrente I2, polo que se denomina díodo de corrente continua. Pódese ver que o díodo de corrente continua se utiliza para a inductancia. A corrente continua I3 comeza no extremo negativo de C3 e flúe cara ao extremo positivo de C3 a través de D1 e L1, o que equivale a unha bomba, utilizando a enerxía do indutor para aumentar a tensión do condensador C3. Tamén existe o problema do punto de entrada da liña de retroalimentación da detección de tensión, que debe ser realimentada de volta ao lugar despois do filtrado, se non, a ondulación da tensión de saída será maior. Moitos dos nosos deseñadores de PCB adoitan ignorar estes dous puntos, pensando que a mesma rede non é a mesma alí, de feito, o lugar non é o mesmo e o impacto no rendemento é grande. A figura 4 é o diagrama de PCB da fonte de alimentación conmutada LM2575. Vexamos que hai de malo no diagrama incorrecto.
Figura 4 Diagrama da placa de circuíto impreso da fonte de alimentación conmutada LM2575
Por que queremos falar en detalle do principio do esquema? Porque o esquema contén moita información da PCB, como o punto de acceso do pin do compoñente, o tamaño actual da rede de nodos, etc., vexa o esquema, o deseño da PCB non é un problema. Os circuítos LM7805 e LM2575 representan o circuíto de deseño típico da fonte de alimentación lineal e da fonte de alimentación conmutada, respectivamente. Ao fabricar PCBS, o deseño e o cableado destes dous diagramas de PCB están directamente na liña, pero os produtos son diferentes e a placa de circuíto é diferente, o que se axusta segundo a situación real.
Todos os cambios son inseparables, polo que o principio do circuíto de alimentación e a forma en que a placa é así, e cada produto electrónico é inseparable da fonte de alimentación e do seu circuíto, polo tanto, aprendendo os dous circuítos, o outro tamén se entende.
Data de publicación: 04-07-2023
