Hvorfor lære design af strømkredsløb
Strømforsyningskredsløbet er en vigtig del af et elektronisk produkt, og designet af strømforsyningskredsløbet er direkte relateret til produktets ydeevne.
Klassificering af strømforsyningskredsløb
Strømkredsløbene i vores elektroniske produkter omfatter primært lineære strømforsyninger og højfrekvente switching-strømforsyninger. I teorien er den lineære strømforsyning, hvor meget strøm brugeren har brug for, hvor meget strøm inputtet leverer; switching-strømforsyningen er, hvor meget strøm brugeren har brug for, og hvor meget strøm der leveres ved input-enden.
Skematisk diagram over lineært strømforsyningskredsløb
Lineære strømforsyningsenheder fungerer i en lineær tilstand, såsom vores almindeligt anvendte spændingsregulatorchips LM7805, LM317, SPX1117 osv. Figur 1 nedenfor er et skematisk diagram over LM7805-kredsløbet med reguleret strømforsyning.
Figur 1 Skematisk diagram over lineær strømforsyning
Det kan ses ud fra figuren, at den lineære strømforsyning er sammensat af funktionelle komponenter såsom ensretning, filtrering, spændingsregulering og energilagring. Samtidig er den generelle lineære strømforsyning en seriespændingsregulerende strømforsyning, hvor udgangsstrømmen er lig med indgangsstrømmen, I1=I2+I3, I3 er referenceenden, og strømmen er meget lille, så I1≈I3. Hvorfor vil vi tale om strømmen? Fordi PCB-designet ikke er tilfældigt indstillet, men skal bestemmes i henhold til størrelsen af strømmen mellem noderne i skemaet. Strømmens størrelse og strømflow skal være tydelige for at gøre printkortet helt korrekt.
Lineær strømforsynings-PCB-diagram
Ved design af printkortet skal komponenternes layout være kompakt, alle forbindelser skal være så korte som muligt, og komponenterne og ledningerne skal placeres i henhold til de funktionelle forhold mellem de skematiske komponenter. Dette strømforsyningsdiagram er den første ensretning, derefter filtrering, filtrering er spændingsregulering, spændingsregulering er energilagringskondensatoren, efter at den strømmer gennem kondensatoren til det følgende kredsløb.
Figur 2 er printkortdiagrammet for ovenstående skematiske diagram, og de to diagrammer ligner hinanden. Billedet til venstre og billedet til højre er lidt forskellige. Strømforsyningen i billedet til venstre går direkte til indgangsfoden på spændingsregulatorchippen efter ensretning, og derefter til spændingsregulatorkondensatoren, hvor kondensatorens filtreringseffekt er meget dårligere, og udgangen er også problematisk. Billedet til højre er godt. Vi skal ikke kun overveje flowet i den positive strømforsyning, men også overveje tilbagestrømningsproblemet. Generelt bør den positive strømledning og jordtilbagestrømningsledningen være så tæt på hinanden som muligt.
Figur 2 PCB-diagram for lineær strømforsyning
Når vi designer det lineære strømforsynings-PCB, skal vi også være opmærksomme på varmeafledningsproblemet i strømforsyningens effektregulatorchip, hvordan varmen kommer. Hvis spændingsregulatorchippens forende er 10V, udgangsenden er 5V, og udgangsstrømmen er 500mA, så er der et spændingsfald på 5V på regulatorchippen, og den genererede varme er 2,5W. Hvis indgangsspændingen er 15V, er spændingsfaldet 10V, og den genererede varme er 5W. Derfor skal vi afsætte tilstrækkelig varmeafledningsplads eller en rimelig køleplade i henhold til varmeafledningseffekten. Lineær strømforsyning bruges generelt i situationer, hvor trykforskellen er relativt lille, og strømmen er relativt lille. Ellers skal du bruge et switching-strømforsyningskredsløb.
Eksempel på skematisk eksempel på højfrekvent strømforsyningskredsløb
En switching-strømforsyning bruger et kredsløb til at styre switching-røret til højhastigheds tænd/sluk og afbrydelse, generere en PWM-bølgeform. Spændingen reguleres ved hjælp af elektromagnetisk konvertering via induktoren og den kontinuerlige strømdiode. Switching-strømforsyningen har høj effektivitet og lav varme. Vi bruger generelt følgende kredsløb: LM2575, MC34063, SP6659 osv. Teoretisk set er switching-strømforsyningen ens i begge ender af kredsløbet, spændingen er omvendt proportional, og strømmen er omvendt proportional.
Figur 3 Skematisk diagram over LM2575-strømforsyningskredsløbet
PCB-diagram over switching strømforsyning
Ved design af printkortet til strømforsyningen er det nødvendigt at være opmærksom på: indgangspunktet for feedbacklinjen og den kontinuerlige strømdiode er for hvilke den kontinuerlige strøm gives. Som det kan ses i figur 3, når U1 er tændt, trænger strømmen I2 ind i induktoren L1. Induktorens karakteristik er, at når strømmen flyder gennem induktoren, kan den ikke genereres pludseligt, og den kan heller ikke forsvinde pludseligt. Ændringen af strøm i induktoren har en tidsproces. Under påvirkning af pulsstrømmen I2, der flyder gennem induktansen, omdannes noget af den elektriske energi til magnetisk energi, og strømmen øges gradvist. På et bestemt tidspunkt slukker styrekredsløbet U1 for I2. På grund af induktansens karakteristika kan strømmen ikke pludselig forsvinde. På dette tidspunkt fungerer dioden og overtager strømmen I2, så den kaldes den kontinuerlige strømdiode. Det kan ses, at den kontinuerlige strømdiode bruges til induktansen. Den kontinuerlige strøm I3 starter fra den negative ende af C3 og flyder ind i den positive ende af C3 gennem D1 og L1, hvilket svarer til en pumpe, der bruger induktorens energi til at øge spændingen på kondensatoren C3. Der er også problemet med indgangspunktet for feedbacklinjen for spændingsdetektion, som skal føres tilbage til stedet efter filtrering, ellers vil udgangsspændingsrippelen være større. Disse to punkter ignoreres ofte af mange af vores PCB-designere, da de tror, at det samme netværk ikke er det samme der, faktisk er stedet ikke det samme, og at ydeevnepåvirkningen er stor. Figur 4 er PCB-diagrammet for LM2575 switching strømforsyning. Lad os se, hvad der er galt med det forkerte diagram.
Figur 4 PCB-diagram for LM2575 switching strømforsyning
Hvorfor vil vi tale om det skematiske princip i detaljer, fordi skemaet indeholder en masse PCB-information, såsom adgangspunktet for komponentpinden, den aktuelle størrelse af node-netværket osv., se skemaet, PCB-design er ikke et problem. LM7805 og LM2575 kredsløbene repræsenterer det typiske layoutkredsløb for henholdsvis lineær strømforsyning og switching strømforsyning. Ved fremstilling af PCB'er er layoutet og ledningsføringen af disse to PCB-diagrammer direkte på linjen, men produkterne er forskellige, og printkortet er forskelligt, hvilket justeres i henhold til den faktiske situation.
Alle ændringer er uadskillelige, så princippet om strømkredsløbet og den måde, kortet er på, og ethvert elektronisk produkt er uadskilleligt fra strømforsyningen og dens kredsløb, derfor lærer man de to kredsløb, det andet forstås også.
Opslagstidspunkt: 8. juli 2023
