این دو مدار را یاد بگیرید، طراحی PCB سخت نیست!

چرا طراحی مدار قدرت را یاد بگیریم؟

مدار منبع تغذیه بخش مهمی از یک محصول الکترونیکی است، طراحی مدار منبع تغذیه ارتباط مستقیمی با عملکرد محصول دارد.

طبقه بندی مدارهای منبع تغذیه

مدارهای برق محصولات الکترونیکی ما عمدتاً شامل منابع تغذیه خطی و منابع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا می باشد. در تئوری، منبع تغذیه خطی میزان جریان مورد نیاز کاربر است، ورودی چقدر جریان را ارائه می دهد. منبع تغذیه سوئیچینگ میزان برق مورد نیاز کاربر و میزان برق در انتهای ورودی است.

نمودار شماتیک مدار منبع تغذیه خطی

دستگاه های برق خطی مانند تراشه های تنظیم کننده ولتاژ LM7805، LM317، SPX1117 و غیره در حالت خطی کار می کنند. شکل 1 زیر نمودار شماتیک مدار منبع تغذیه تنظیم شده LM7805 است.

شکل 1 نمودار شماتیک منبع تغذیه خطی

از شکل می توان دریافت که منبع تغذیه خطی از اجزای عملکردی مانند یکسوسازی، فیلتر کردن، تنظیم ولتاژ و ذخیره انرژی تشکیل شده است. در عین حال، منبع تغذیه خطی عمومی یک منبع تغذیه تنظیم ولتاژ سری است، جریان خروجی برابر با جریان ورودی است، I1=I2+I3، I3 انتهای مرجع است، جریان بسیار کوچک است، بنابراین I1≈I3 . چرا می خواهیم در مورد جریان صحبت کنیم، زیرا طراحی PCB، عرض هر خط به طور تصادفی تنظیم نشده است، باید با توجه به اندازه جریان بین گره ها در شماتیک تعیین شود. اندازه جریان و جریان جریان باید واضح باشد تا تخته درست باشد. 

نمودار PCB منبع تغذیه خطی

هنگام طراحی PCB، چیدمان اجزا باید فشرده باشد، تمام اتصالات باید تا حد امکان کوتاه باشد و اجزا و خطوط باید مطابق با رابطه عملکردی اجزای شماتیک چیده شوند. این نمودار منبع تغذیه اولین اصلاح است، و سپس فیلتر کردن، فیلتر تنظیم ولتاژ است، تنظیم ولتاژ خازن ذخیره انرژی است، پس از جریان از طریق خازن به مدار الکتریکی مدار زیر.

شکل 2 نمودار PCB نمودار شماتیک بالا است و دو نمودار مشابه هستند. عکس سمت چپ و عکس سمت راست کمی متفاوت هستند، منبع تغذیه در تصویر سمت چپ پس از اصلاح مستقیماً به پایه ورودی تراشه تنظیم کننده ولتاژ است و سپس خازن تنظیم کننده ولتاژ، جایی که اثر فیلتر خازن بسیار بدتر است. ، و خروجی نیز مشکل دارد. عکس سمت راست عکس خوبی است. ما نه تنها باید جریان مشکل منبع تغذیه مثبت را در نظر بگیریم، بلکه باید مشکل جریان برگشتی را نیز در نظر بگیریم، به طور کلی، خط برق مثبت و خط جریان برگشت زمین باید تا حد امکان به یکدیگر نزدیک باشند.

شکل 2 نمودار PCB منبع تغذیه خطی

هنگام طراحی PCB منبع تغذیه خطی، باید به مشکل اتلاف حرارت تراشه تنظیم کننده برق منبع تغذیه خطی نیز توجه کنیم، چگونه گرما می آید، اگر قسمت جلویی تراشه تنظیم کننده ولتاژ 10 ولت باشد، انتهای خروجی 5 ولت است. و جریان خروجی 500 میلی آمپر است، سپس افت ولتاژ 5 ولت روی تراشه تنظیم کننده وجود دارد و گرمای تولید شده 2.5 وات است. اگر ولتاژ ورودی 15 ولت، افت ولتاژ 10 ولت و گرمای تولید شده 5 وات است، بنابراین، باید فضای اتلاف حرارت کافی یا سینک حرارتی مناسب را با توجه به توان اتلاف حرارت کنار بگذاریم. منبع تغذیه خطی معمولاً در شرایطی استفاده می شود که اختلاف فشار نسبتاً کم و جریان نسبتاً کم است، در غیر این صورت، لطفاً از مدار منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده کنید.

مثال شماتیک مدار منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا

منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده از مدار برای کنترل لوله سوئیچینگ برای روشن-خاموش و قطع با سرعت بالا، تولید شکل موج PWM، از طریق سلف و دیود جریان پیوسته، استفاده از تبدیل الکترومغناطیسی راه برای تنظیم ولتاژ. منبع تغذیه سوئیچینگ، راندمان بالا، حرارت کم، ما به طور کلی از مدار استفاده می کنیم: LM2575، MC34063، SP6659 و غیره. در تئوری، منبع تغذیه سوئیچینگ در هر دو سر مدار برابر است، ولتاژ با نسبت معکوس و جریان با نسبت معکوس است.

شکل 3 نمودار شماتیک مدار منبع تغذیه سوئیچینگ LM2575

نمودار PCB منبع تغذیه سوئیچینگ

هنگام طراحی PCB منبع تغذیه سوئیچینگ، توجه به این نکته ضروری است: نقطه ورودی خط فیدبک و دیود جریان پیوسته جریان پیوسته برای آنها داده می شود. همانطور که از شکل 3 مشاهده می شود، هنگامی که U1 روشن است، جریان I2 وارد سلف L1 می شود. ویژگی سلف این است که وقتی جریان از سلف عبور می کند، نه می تواند ناگهانی ایجاد شود و نه می تواند ناگهان ناپدید شود. تغییر جریان در سلف فرآیند زمانی دارد. تحت عمل جریان پالسی I2 که از طریق اندوکتانس عبور می کند، مقداری از انرژی الکتریکی به انرژی مغناطیسی تبدیل می شود و جریان به تدریج افزایش می یابد، در یک زمان معین، مدار کنترل U1 I2 را خاموش می کند، به دلیل ویژگی های اندوکتانس، جریان نمی تواند ناگهان ناپدید شود، در این زمان دیود کار می کند، جریان I2 را می گیرد، بنابراین به آن دیود جریان پیوسته می گویند، می توان دید که دیود جریان پیوسته برای اندوکتانس استفاده می شود. جریان پیوسته I3 از انتهای منفی C3 شروع می شود و با استفاده از انرژی سلف برای افزایش ولتاژ خازن C3 از طریق D1 و L1 که معادل پمپ است به انتهای مثبت C3 می ریزد. همچنین مشکل نقطه ورودی خط فیدبک تشخیص ولتاژ وجود دارد که باید پس از فیلتر شدن به محل برگشت داده شود، در غیر این صورت ریپل ولتاژ خروجی بزرگتر می شود. این دو نکته اغلب توسط بسیاری از طراحان PCB ما نادیده گرفته می شود و فکر می کنند که همان شبکه در آنجا یکسان نیست، در واقع مکان یکسان نیست و تأثیر عملکرد عالی است. شکل 4 نمودار PCB منبع تغذیه سوئیچینگ LM2575 است. بیایید ببینیم چه اشکالی با نمودار اشتباه دارد.

شکل 4 نمودار PCB منبع تغذیه سوئیچینگ LM2575

چرا می خواهیم در مورد اصل شماتیک با جزئیات صحبت کنیم، زیرا شماتیک حاوی اطلاعات PCB زیادی است، مانند نقطه دسترسی پین کامپوننت، اندازه فعلی شبکه گره و غیره، به شماتیک، طراحی PCB مراجعه کنید. مشکلی نیست مدارهای LM7805 و LM2575 به ترتیب نشان دهنده مدار چیدمان معمولی منبع تغذیه خطی و منبع تغذیه سوئیچینگ هستند. هنگام ساخت PCBS، چیدمان و سیم کشی این دو نمودار PCB مستقیماً روی خط است، اما محصولات متفاوت هستند و برد مدار متفاوت است که با توجه به وضعیت واقعی تنظیم می شود.

همه تغییرات غیر قابل تفکیک هستند، بنابراین اصل مدار قدرت و نحوه برد آن است و هر محصول الکترونیکی از منبع تغذیه و مدار آن جدایی ناپذیر است، بنابراین، دو مدار را یاد بگیرید، دیگری را نیز درک کنید.