Hvorfor lære deg design av strømkretser
Strømforsyningskretsen er en viktig del av et elektronisk produkt, og utformingen av strømforsyningskretsen er direkte relatert til produktets ytelse.
Klassifisering av strømforsyningskretser
Strømkretsene til våre elektroniske produkter omfatter hovedsakelig lineære strømforsyninger og høyfrekvente svitsjende strømforsyninger. I teorien er den lineære strømforsyningen hvor mye strøm brukeren trenger, inngangen vil gi hvor mye strøm; svitsjende strømforsyning er hvor mye strøm brukeren trenger, og hvor mye strøm som gis på inngangsenden.
Skjematisk diagram av lineær strømforsyningskrets
Lineære strømforsyningsenheter fungerer i en lineær tilstand, slik som våre vanlige spenningsregulatorbrikker LM7805, LM317, SPX1117 og så videre. Figur 1 nedenfor er et skjematisk diagram av den regulerte strømforsyningskretsen LM7805.
Figur 1 Skjematisk diagram av lineær strømforsyning
Det fremgår av figuren at den lineære strømforsyningen er sammensatt av funksjonelle komponenter som likerettering, filtrering, spenningsregulering og energilagring. Samtidig er den generelle lineære strømforsyningen en seriespenningsregulerende strømforsyning. Utgangsstrømmen er lik inngangsstrømmen. I1 = I2 + I3 er referanseenden, og strømmen er veldig liten, så I1 ≈ I3. Hvorfor vil vi snakke om strøm? Fordi PCB-designet ikke setter bredden på hver linje tilfeldig, men bestemmes i henhold til størrelsen på strømmen mellom nodene i skjemaet. Strømstørrelsen og strømflyten bør være tydelige for å gjøre kortet akkurat riktig.
Lineær strømforsyning PCB-diagram
Ved utforming av PCB-en bør komponentoppsettet være kompakt, alle tilkoblinger bør være så korte som mulig, og komponentene og linjene bør legges ut i henhold til det funksjonelle forholdet mellom de skjematiske komponentene. Dette strømforsyningsdiagrammet er den første likerettelsen, deretter filtrering, filtrering er spenningsregulering, spenningsregulering er energilagringskondensatoren, etter at den strømmer gjennom kondensatoren til den følgende kretsen.
Figur 2 er PCB-diagrammet til det skjematiske diagrammet ovenfor, og de to diagrammene er like. Bildet til venstre og det høyre bildet er litt forskjellige. Strømforsyningen i bildet til venstre går direkte til inngangsfoten på spenningsregulatorbrikken etter likerettering, og deretter til spenningsregulatorkondensatoren, hvor kondensatorens filtreringseffekt er mye dårligere, og utgangen er også problematisk. Bildet til høyre er bra. Vi må ikke bare vurdere flyten i den positive strømforsyningen, men også tilbakestrømningsproblemet. Generelt bør den positive kraftledningen og tilbakestrømningsledningen til jord være så nær hverandre som mulig.
Figur 2 PCB-diagram for lineær strømforsyning
Når vi designer det lineære strømforsyningskretskortet, bør vi også være oppmerksomme på varmespredningsproblemet til effektregulatorbrikken i den lineære strømforsyningen, hvordan varmen kommer. Hvis spenningsregulatorbrikkens frontende er 10V, utgangsenden er 5V og utgangsstrømmen er 500mA, er det et spenningsfall på 5V på regulatorbrikken, og den genererte varmen er 2,5W. Hvis inngangsspenningen er 15V, er spenningsfallet 10V og den genererte varmen er 5W, derfor må vi sette av nok varmespredningsplass eller en rimelig kjøleribbe i henhold til varmespredningseffekten. Lineær strømforsyning brukes vanligvis i situasjoner der trykkforskjellen er relativt liten og strømmen er relativt liten, ellers må du bruke en svitsjstrømforsyningskrets.
Eksempel på skjematisk eksempel på høyfrekvent svitsjestrømforsyningskrets
En svitsjestrømforsyning bruker kretsen til å styre svitsjerøret for høyhastighets av/på og av, generere PWM-bølgeform, og bruker elektromagnetisk omforming til å regulere spenningen via induktoren og kontinuerlig strømdiode. Svitsjestrømforsyningen har høy effektivitet og lav varme, og vi bruker vanligvis kretsene: LM2575, MC34063, SP6659 og så videre. I teorien er svitsjestrømforsyningen lik i begge ender av kretsen, spenningen er omvendt proporsjonal og strømmen er omvendt proporsjonal.
Figur 3 Skjematisk diagram av LM2575-strømforsyningskretsen
PCB-diagram for svitsjet strømforsyning
Når man designer kretskortet til den svitsjede strømforsyningen, er det nødvendig å være oppmerksom på følgende: inngangspunktet til tilbakekoblingslinjen og den kontinuerlige strømdioden er for hvilke den kontinuerlige strømmen gis. Som det fremgår av figur 3, når U1 er slått på, går strømmen I2 inn i induktoren L1. Induktorens egenskap er at når strømmen flyter gjennom induktoren, kan den ikke genereres plutselig, og den kan heller ikke forsvinne plutselig. Strømendringen i induktoren har en tidsprosess. Under påvirkning av pulsstrømmen I2 som flyter gjennom induktansen, blir noe av den elektriske energien omdannet til magnetisk energi, og strømmen øker gradvis. På et visst tidspunkt slår kontrollkretsen U1 av I2. På grunn av induktansens egenskaper kan ikke strømmen plutselig forsvinne. På dette tidspunktet fungerer dioden og overtar strømmen I2, så den kalles kontinuerlig strømdiode. Det fremgår at kontinuerlig strømdiode brukes til induktansen. Den kontinuerlige strømmen I3 starter fra den negative enden av C3 og flyter inn i den positive enden av C3 gjennom D1 og L1, som tilsvarer en pumpe, som bruker energien fra induktoren til å øke spenningen til kondensatoren C3. Det er også et problem med inngangspunktet til tilbakekoblingslinjen for spenningsdeteksjon, som bør mates tilbake til stedet etter filtrering, ellers vil utgangsspenningsrippelen bli større. Disse to punktene blir ofte ignorert av mange av våre PCB-designere, i den tro at det samme nettverket ikke er det samme der, faktisk er stedet ikke det samme, og ytelsespåvirkningen er stor. Figur 4 er PCB-diagrammet til LM2575 svitsjet strømforsyning. La oss se hva som er galt med feil diagram.
Figur 4 PCB-diagram for LM2575-svitsjestrømforsyning
Hvorfor vil vi snakke om det skjematiske prinsippet i detalj? Fordi skjemaet inneholder mye PCB-informasjon, for eksempel tilgangspunktet til komponentpinnen, den nåværende størrelsen på nodenettverket, osv., se skjemaet. PCB-design er ikke et problem. LM7805- og LM2575-kretsene representerer den typiske layoutkretsen for henholdsvis lineær strømforsyning og svitsjet strømforsyning. Når man lager PCBS, er layouten og kablingen til disse to PCB-diagrammene direkte på linjen, men produktene er forskjellige og kretskortet er forskjellig, som justeres i henhold til den faktiske situasjonen.
Alle endringer er uatskillelige, så prinsippet bak strømkretsen og måten kortet er slik, og hvert elektronisk produkt er uatskillelig fra strømforsyningen og dens krets, derfor lær de to kretsene, den andre forstås også.
Publisert: 08.07.2023
