Miks õppida toiteahela disaini
Toiteahel on elektroonikatoote oluline osa, toiteahela disain on otseselt seotud toote jõudlusega.
Toiteahelate klassifikatsioon
Meie elektroonikatoodete toiteahelad hõlmavad peamiselt lineaarseid toiteallikaid ja kõrgsageduslikke lülitustoiteallikaid. Teoreetiliselt on lineaarne toiteallikas see, kui palju voolu kasutaja vajab, sisend annab kui palju voolu; Lülitustoiteallikas näitab, kui palju võimsust kasutaja vajab ja kui palju toidet sisendis on.
Lineaarse toiteahela skemaatiline diagramm
Lineaarsed toiteseadmed töötavad lineaarses olekus, näiteks meie tavaliselt kasutatavad pingeregulaatori kiibid LM7805, LM317, SPX1117 ja nii edasi. Alloleval joonisel 1 on LM7805 reguleeritud toiteahela skemaatiline diagramm.
Joonis 1 Lineaarse toiteallika skemaatiline diagramm
Jooniselt on näha, et lineaarne toiteallikas koosneb funktsionaalsetest komponentidest nagu alaldamine, filtreerimine, pinge reguleerimine ja energia salvestamine. Samal ajal on üldine lineaarne toiteallikas jadapinge reguleerimise toiteallikas, väljundvool võrdub sisendvooluga, I1=I2+I3, I3 on võrdlusots, vool on väga väike, seega I1≈I3 . Miks me tahame rääkida voolust, kuna PCB disain, iga liini laius ei ole juhuslikult määratud, tuleb määrata skeemi sõlmedevahelise voolu suuruse järgi. Voolu suurus ja vooluvool peaksid olema selged, et plaat oleks õige.
Lineaarse toiteallika PCB diagramm
PCB projekteerimisel peaks komponentide paigutus olema kompaktne, kõik ühendused võimalikult lühikesed ning komponendid ja liinid tuleks paigutada vastavalt skemaatiliste komponentide funktsionaalsele suhtele. See toiteallika diagramm on esimene alaldus ja seejärel filtreerimine, filtreerimine on pinge reguleerimine, pinge reguleerimine on energia salvestamise kondensaator, pärast kondensaatori voolamist järgmisesse vooluahelasse.
Joonisel 2 on ülaltoodud skemaatilise diagrammi PCB diagramm ja need kaks diagrammi on sarnased. Vasak ja parem pilt on veidi erinevad, vasakpoolsel pildil on toiteallikas pärast alaldamist otse pingeregulaatori kiibi sisendjalamile ja seejärel pingeregulaatori kondensaatorile, kus kondensaatori filtreeriv efekt on palju halvem , ja väljund on samuti problemaatiline. Parempoolne pilt on hea. Peame arvestama mitte ainult positiivse toiteallika probleemi vooluga, vaid ka tagasivoolu probleemiga, üldiselt peaksid positiivne elektriliin ja maapealne tagasivooluliin olema üksteisele võimalikult lähedal.
Joonis 2 Lineaarse toiteallika PCB diagramm
Lineaarse toiteploki PCB projekteerimisel peaksime tähelepanu pöörama ka lineaarse toiteallika toiteregulaatori kiibi soojuse hajumise probleemile, kuidas soojus tuleb, kui pingeregulaatori kiibi esiosa on 10 V, väljundots on 5 V, ja väljundvool on 500 mA, siis on regulaatori kiibil pingelangus 5 V ja tekkiv soojus on 2,5 W; Kui sisendpinge on 15 V, on pingelangus 10 V ja tekkiv soojus 5 W, seetõttu peame vastavalt soojuse hajumise võimsusele eraldama piisavalt soojuse hajumise ruumi või mõistliku jahutusradiaatori. Lineaarset toiteallikat kasutatakse üldiselt olukordades, kus rõhuerinevus on suhteliselt väike ja vool suhteliselt väike, vastasel juhul kasutage lülitustoiteahelat.
Kõrgsagedusliku lülitustoiteahela skemaatiline näide
Lülitustoiteallikas on kasutada vooluahelat lülitustoru juhtimiseks kiireks sisse-välja ja väljalülitamiseks, PWM-lainekuju genereerimiseks induktiivpooli ja pidevvooludioodi kaudu, pinge reguleerimise viisi elektromagnetilise muundamise abil. Lülitustoiteallikas, kõrge kasutegur, madal kuumus, tavaliselt kasutame ahelat: LM2575, MC34063, SP6659 ja nii edasi. Teoreetiliselt on lülitustoiteallikas ahela mõlemas otsas võrdne, pinge on pöördvõrdeline ja vool on pöördvõrdeline.
Joonis 3 LM2575 lülitustoiteahela skemaatiline diagramm
Lülitustoiteallika PCB diagramm
Lülitustoite trükkplaadi projekteerimisel tuleb tähelepanu pöörata: tagasisideliini sisendpunkt ja pidevvooludiood on see, kellele pidevvool antakse. Nagu on näha jooniselt 3, siseneb U1 sisselülitamisel vool I2 induktiivpooli L1. Induktiivpooli omadus on see, et kui vool läbib induktiivpooli, ei saa seda äkitselt tekitada ega ka äkitselt kaduda. Voolu muutumisel induktiivpoolis on ajaline protsess. Induktiivsust läbiva impulssvoolu I2 toimel muundatakse osa elektrienergiast magnetenergiaks ja vool suureneb järk-järgult, teatud aja jooksul lülitab juhtahel U1 voolu I2 välja induktiivsuse omaduste tõttu, vool ei saa järsku kaduda, sel ajal diood töötab, võtab üle voolu I2, nii et seda nimetatakse pidevvooludioodiks, on näha, et induktiivsuse jaoks kasutatakse pidevvoolu dioodi. Pidevvool I3 algab C3 negatiivsest otsast ja voolab C3 positiivsesse otsa läbi D1 ja L1, mis on samaväärne pumbaga, kasutades induktiivpooli energiat kondensaatori C3 pinge suurendamiseks. Probleemiks on ka pingetuvastuse tagasisideliini sisendpunkt, mis tuleks peale filtreerimist kohale tagasi toita, muidu on väljundpinge pulsatsioon suurem. Paljud meie trükkplaatide disainerid ignoreerivad neid kahte punkti sageli, arvates, et sama võrk pole seal sama, tegelikult pole koht sama ja jõudluse mõju on suur. Joonis 4 on LM2575 lülitustoiteallika PCB diagramm. Vaatame, mis vale diagrammiga valesti on.
Joonis 4 LM2575 lülitustoiteallika PCB diagramm
Miks me tahame skemaatilisest põhimõttest täpsemalt rääkida, kuna skeem sisaldab palju PCB-teavet, näiteks komponendi viigu pääsupunkt, sõlmevõrgu praegune suurus jne, vt skeemi, PCB kujundust ei ole probleem. Ahelad LM7805 ja LM2575 esindavad vastavalt lineaarse toiteallika ja lülitustoiteallika tüüpilist paigutusahelat. PCBS-i valmistamisel on nende kahe PCB-skeemi paigutus ja juhtmestik otse liinil, kuid tooted on erinevad ja trükkplaat on erinev, mida kohandatakse vastavalt tegelikule olukorrale.
Kõik muudatused on lahutamatud, nii et toiteahela põhimõte ja plaadi viis on nii ning iga elektroonikatoode on toiteallikast ja selle vooluringist lahutamatu, seetõttu õppige kahte vooluahelat, teine on ka arusaadav.
Postitusaeg: juuli-04-2023
