Zakaj bi se učili načrtovanja električnega tokokroga
Napajalno vezje je pomemben del elektronskega izdelka, zasnova napajalnega vezja je neposredno povezana z zmogljivostjo izdelka.
Razvrstitev napajalnih vezij
Napajalna vezja naših elektronskih izdelkov vključujejo predvsem linearne napajalnike in visokofrekvenčne stikalne napajalnike. V teoriji je linearni napajalnik, koliko toka uporabnik potrebuje, koliko toka bo zagotovil vhod; Preklopno napajanje je tisto, koliko energije potrebuje uporabnik in koliko moči je na voljo na vhodnem koncu.
Shematski diagram linearnega napajalnega vezja
Naprave za linearno napajanje delujejo v linearnem stanju, kot so naši pogosto uporabljeni čipi regulatorja napetosti LM7805, LM317, SPX1117 in tako naprej. Slika 1 spodaj je shematski diagram reguliranega napajalnega vezja LM7805.
Slika 1 Shematski diagram linearnega napajanja
Iz slike je razvidno, da je linearni napajalnik sestavljen iz funkcionalnih komponent, kot so usmerjanje, filtriranje, regulacija napetosti in shranjevanje energije. Hkrati je splošno linearno napajanje napajalnik s serijsko regulacijo napetosti, izhodni tok je enak vhodnemu toku, I1=I2+I3, I3 je referenčni konec, tok je zelo majhen, tako da I1≈I3 . Zakaj želimo govoriti o toku, ker je zasnova PCB, širina vsake vrstice ni naključno nastavljena, določena glede na velikost toka med vozlišči v shemi. Trenutna velikost in tokovni tok morata biti jasna, da bo plošča prava.
Diagram PCB linearnega napajalnika
Pri načrtovanju tiskanega vezja mora biti postavitev komponent kompaktna, vse povezave naj bodo čim krajše, komponente in linije pa morajo biti razporejene glede na funkcionalno razmerje shematskih komponent. Ta diagram oskrbe z električno energijo je prvi popravek, nato pa filtriranje, filtriranje je regulacija napetosti, regulacija napetosti je kondenzator za shranjevanje energije, potem ko teče skozi kondenzator v naslednje električno vezje.
Slika 2 je diagram PCB zgornjega shematskega diagrama in oba diagrama sta podobna. Leva slika in desna slika sta nekoliko drugačni, napajalnik na levi sliki je neposredno na vhodno nogo čipa regulatorja napetosti po popravljanju, nato pa na kondenzator regulatorja napetosti, kjer je učinek filtriranja kondenzatorja veliko slabši in izhod je tudi problematičen. Slika na desni je dobra. Ne smemo upoštevati samo toka pozitivnega problema z napajanjem, ampak moramo upoštevati tudi problem povratnega toka, na splošno morata biti pozitivni napajalni vod in zemeljski povratni vod čim bližje drug drugemu.
Slika 2 Diagram PCB linearnega napajanja
Pri načrtovanju tiskanega vezja linearnega napajalnika moramo biti pozorni tudi na problem odvajanja toplote čipa regulatorja moči linearnega napajalnika, kako prihaja toplota, če je sprednji konec čipa regulatorja napetosti 10 V, je izhodni konec 5 V, in izhodni tok je 500 mA, potem pride do padca napetosti 5 V na čipu regulatorja in proizvedena toplota je 2,5 W; Če je vhodna napetost 15 V, je padec napetosti 10 V in ustvarjena toplota 5 W, zato moramo določiti dovolj prostora za odvajanje toplote ali razumno odvod toplote glede na moč odvajanja toplote. Linearni napajalnik se običajno uporablja v primerih, ko je razlika v tlaku relativno majhna in je tok relativno majhen, sicer uporabite stikalno napajalno vezje.
Primer sheme visokofrekvenčnega preklopnega napajalnika
Preklopni napajalnik je uporaba vezja za krmiljenje preklopne cevi za hitri vklop-izklop in izklop, ustvarjanje valovne oblike PWM prek induktorja in diode za neprekinjeni tok, uporaba elektromagnetne pretvorbe načina za regulacijo napetosti. Preklopno napajanje, visoka učinkovitost, nizka toplota, na splošno uporabljamo vezje: LM2575, MC34063, SP6659 itd. V teoriji je stikalno napajanje enako na obeh koncih vezja, napetost je obratno sorazmerna in tok je obratno sorazmeren.
Slika 3 Shematski diagram stikalnega napajalnega vezja LM2575
PCB shema stikalnega napajanja
Pri načrtovanju tiskanega vezja stikalnega napajalnika je treba paziti na: vhodno točko povratne povezave in diodo za neprekinjeni tok, za katero je podan neprekinjeni tok. Kot je razvidno iz slike 3, ko je U1 vklopljen, tok I2 vstopi v induktor L1. Značilnost induktorja je, da ko tok teče skozi induktor, ne more nastati nenadoma, niti ne more nenadoma izginiti. Sprememba toka v induktorju ima časovni proces. Pod delovanjem impulznega toka I2, ki teče skozi induktivnost, se del električne energije pretvori v magnetno energijo, tok pa postopoma narašča, ob določenem času krmilno vezje U1 izklopi I2, zaradi značilnosti induktivnosti, tok ne more nenadoma izginiti, v tem času dioda deluje, prevzame tok I2, zato se imenuje neprekinjena dioda, vidi se, da se za induktivnost uporablja neprekinjena dioda. Neprekinjeni tok I3 se začne z negativnega konca C3 in teče v pozitivni konec C3 skozi D1 in L1, kar je enakovredno črpalki, ki uporablja energijo induktorja za povečanje napetosti kondenzatorja C3. Obstaja tudi problem vhodne točke povratne linije zaznavanja napetosti, ki bi jo morali po filtriranju vrniti nazaj na mesto, sicer bo valovanje izhodne napetosti večje. Ti dve točki mnogi naši oblikovalci tiskanih vezij pogosto ignorirajo, saj mislijo, da isto omrežje tam ni isto, pravzaprav mesto ni isto in vpliv na zmogljivost je velik. Slika 4 je diagram PCB stikalnega napajalnika LM2575. Poglejmo, kaj je narobe z napačnim diagramom.
Slika 4 Diagram PCB stikalnega napajalnika LM2575
Zakaj želimo podrobno govoriti o principu sheme, ker shema vsebuje veliko informacij o tiskanem vezju, kot je dostopna točka zatiča komponente, trenutna velikost omrežja vozlišč itd., glejte shemo, zasnova PCB ni problem. Vezji LM7805 in LM2575 predstavljata tipično shemo linearnega napajalnika oziroma stikalnega napajalnika. Pri izdelavi PCBS sta postavitev in ožičenje teh dveh diagramov PCB neposredno na liniji, vendar so izdelki različni in vezje je drugačno, kar se prilagodi glede na dejansko stanje.
Vse spremembe so neločljive, zato je načelo napajalnega tokokroga in način, kako je plošča takšna, in vsak elektronski izdelek je neločljiv od napajalnika in njegovega vezja, zato se naučite dveh tokokrogov, razume se tudi drugo.
Čas objave: 4. julij 2023
