Varför lära sig design av kraftkretsar
Strömförsörjningskretsen är en viktig del av en elektronisk produkt, och dess design är direkt relaterad till produktens prestanda.
Klassificering av strömförsörjningskretsar
Strömkretsarna i våra elektroniska produkter omfattar huvudsakligen linjära nätaggregat och högfrekventa switchande nätaggregat. I teorin är den linjära strömförsörjningen hur mycket ström användaren behöver, ingången ger hur mycket ström; switchande strömförsörjning är hur mycket effekt användaren behöver och hur mycket effekt som tillhandahålls vid ingången.
Schematiskt diagram över linjär strömförsörjningskrets
Linjära kraftaggregat arbetar i ett linjärt tillstånd, såsom våra vanligt förekommande spänningsregulatorkretsar LM7805, LM317, SPX1117 och så vidare. Figur 1 nedan är ett schema över den reglerade strömförsörjningskretsen LM7805.
Figur 1 Schematiskt diagram över linjär strömförsörjning
Det framgår av figuren att den linjära strömförsörjningen består av funktionella komponenter som likriktning, filtrering, spänningsreglering och energilagring. Samtidigt är den generella linjära strömförsörjningen en seriespänningsreglerande strömförsörjning, där utgångsströmmen är lika med ingångsströmmen, I1=I2+I3, I3 är referensänden, strömmen är mycket liten, så I1≈I3. Varför vill vi prata om strömmen? Eftersom kretskortsdesignen inte ställs in slumpmässigt, bestäms bredden på varje linje utifrån strömmens storlek mellan noderna i schemat. Strömstorleken och strömflödet bör vara tydliga för att kortet ska bli precis rätt.
Linjär strömförsörjningskretskortsdiagram
Vid konstruktion av kretskortet bör komponenternas layout vara kompakt, alla anslutningar ska vara så korta som möjligt, och komponenterna och ledningarna ska vara placerade enligt det funktionella förhållandet mellan de schematiska komponenterna. Detta strömförsörjningsdiagram är den första likriktningen, och sedan filtrering, filtrering är spänningsreglering, spänningsreglering är energilagringskondensatorn, efter att den flödar genom kondensatorn till följande krets.
Figur 2 är ett PCB-diagram för det schematiska diagrammet ovan, och de två diagrammen är likartade. Den vänstra bilden och den högra bilden är lite olika, strömförsörjningen i den vänstra bilden är direkt till ingångsfoten på spänningsregulatorchipet efter likriktning, och sedan till spänningsregulatorkondensatorn, där kondensatorns filtreringseffekt är mycket sämre, och utgången är också problematisk. Bilden till höger är bra. Vi måste inte bara beakta flödet av den positiva strömförsörjningsproblemet, utan också beakta återflödesproblemet. Generellt sett bör den positiva kraftledningen och jordåterflödesledningen vara så nära varandra som möjligt.
Figur 2 Kretskortsdiagram för linjär strömförsörjning
Vid utformning av det linjära nätaggregatets kretskort bör vi också vara uppmärksamma på värmeavledningsproblemet hos effektregulatorchippet i den linjära nätaggregatet, hur värmen kommer. Om spänningsregulatorchippets frontände är 10V, utgångsänden är 5V och utgångsströmmen är 500mA, då finns det ett spänningsfall på 5V på regulatorchippet, och den genererade värmen är 2,5W. Om ingångsspänningen är 15V är spänningsfallet 10V och den genererade värmen är 5W, därför måste vi avsätta tillräckligt med värmeavledningsutrymme eller en rimlig kylfläns i enlighet med värmeavledningseffekten. Linjär nätaggregat används vanligtvis i situationer där tryckskillnaden är relativt liten och strömmen är relativt liten, annars använd en switchande nätaggregatskrets.
Exempel på schematiskt exempel på högfrekvent strömförsörjningskrets
En switchande strömförsörjning använder en krets för att styra switchröret för höghastighetspåslagning och avstängning, generera en PWM-vågform. Spänningen regleras genom induktorn och kontinuerlig strömdiod genom elektromagnetisk omvandling. En switchande strömförsörjning har hög effektivitet och låg värmeutveckling. Vi använder vanligtvis följande kretsar: LM2575, MC34063, SP6659 och så vidare. I teorin är switchande strömförsörjning lika i båda ändar av kretsen, spänningen är omvänt proportionell och strömmen är omvänt proportionell.
Figur 3 Schematiskt diagram över LM2575-strömförsörjningskretsen
PCB-diagram för switchande nätaggregat
Vid konstruktion av kretskortet för switchande nätaggregat är det nödvändigt att vara uppmärksam på: ingångspunkten för återkopplingsledningen och den kontinuerliga strömdioden är för vilka den kontinuerliga strömmen ges. Som framgår av figur 3, när U1 slås på, kommer strömmen I2 in i induktorn L1. Induktorns egenskap är att när strömmen flyter genom induktorn kan den inte genereras plötsligt, och den kan inte heller försvinna plötsligt. Strömförändringen i induktorn sker i en tidsprocess. Under inverkan av pulsströmmen I2 som flyter genom induktansen omvandlas en del av den elektriska energin till magnetisk energi, och strömmen ökar gradvis. Vid en viss tidpunkt stänger styrkretsen U1 av I2. På grund av induktansens egenskaper kan strömmen inte plötsligt försvinna. Vid denna tidpunkt arbetar dioden och tar över strömmen I2, så den kallas kontinuerlig strömdiod. Det framgår att kontinuerlig strömdiod används för induktansen. Den kontinuerliga strömmen I3 börjar från den negativa änden av C3 och flyter in i den positiva änden av C3 genom D1 och L1, vilket motsvarar en pump, som använder induktorns energi för att öka spänningen på kondensatorn C3. Det finns också ett problem med ingångspunkten för återkopplingslinjen för spänningsdetektering, vilken bör matas tillbaka till platsen efter filtrering, annars blir utgångsspänningsrippeln större. Dessa två punkter ignoreras ofta av många av våra kretskortskonstruktörer, eftersom de tror att samma nätverk inte är detsamma där, i själva verket är platsen inte densamma, och prestandapåverkan är stor. Figur 4 är ett kretskortsdiagram för LM2575 switchande nätaggregat. Låt oss se vad som är fel med fel diagram.
Figur 4 Kretskortsdiagram för LM2575 switchande nätaggregat
Varför vill vi prata om den schematiska principen i detalj? Schemat innehåller mycket PCB-information, såsom komponentstiftets åtkomstpunkt, nodnätverkets nuvarande storlek etc. Se schemat. PCB-designen är inte ett problem. LM7805- och LM2575-kretsarna representerar den typiska layoutkretsen för linjär strömförsörjning respektive switchande strömförsörjning. Vid tillverkning av PCB:er är layouten och kopplingen för dessa två PCB-diagram direkt på linjen, men produkterna är olika och kretskortet är annorlunda, vilket justeras enligt den faktiska situationen.
Alla förändringar är oskiljaktiga, så principen för strömkretsen och hur kortet är så, och varje elektronisk produkt är oskiljaktig från strömförsörjningen och dess krets, därför lär man sig de två kretsarna, den andra förstås också.
Publiceringstid: 4 juli 2023
