Kāpēc mācīties strāvas ķēdes projektēšanu
Barošanas ķēde ir svarīga elektroniska produkta sastāvdaļa, un barošanas ķēdes konstrukcija ir tieši saistīta ar produkta veiktspēju.
Barošanas ķēžu klasifikācija
Mūsu elektronisko izstrādājumu barošanas ķēdes galvenokārt ietver lineāros barošanas avotus un augstfrekvences komutācijas barošanas avotus. Teorētiski lineārais barošanas avots nosaka, cik daudz strāvas lietotājam nepieciešams, un ieeja nodrošinās tik lielu strāvu; komutācijas barošanas avots nosaka, cik daudz jaudas lietotājam nepieciešams un cik daudz jaudas tiek nodrošināts ieejas galā.
Lineārā barošanas avota ķēdes shematiska diagramma
Lineārās barošanas ierīces darbojas lineārā stāvoklī, piemēram, mūsu bieži izmantotās sprieguma regulatora mikroshēmas LM7805, LM317, SPX1117 un tā tālāk. Zemāk 1. attēlā ir parādīta LM7805 regulētā barošanas avota ķēdes shematiska diagramma.
1. attēls. Lineārā barošanas avota shematiska diagramma
No attēla var redzēt, ka lineārais barošanas avots sastāv no tādiem funkcionāliem komponentiem kā taisngriešana, filtrēšana, sprieguma regulēšana un enerģijas uzkrāšana. Tajā pašā laikā vispārējais lineārais barošanas avots ir virknes sprieguma regulēšanas barošanas avots, izejas strāva ir vienāda ar ieejas strāvu, I1 = I2 + I3, I3 ir atskaites strāva, strāva ir ļoti maza, tāpēc I1≈I3. Kāpēc mēs vēlamies runāt par strāvu? Jo PCB konstrukcijā katras līnijas platums nav nejauši iestatīts, tas ir jānosaka atbilstoši strāvas lielumam starp mezgliem shēmā. Strāvas lielumam un strāvas plūsmai jābūt skaidrai, lai plate būtu tieši pareiza.
Lineārā barošanas avota PCB shēma
Projektējot PCB, komponentu izkārtojumam jābūt kompaktam, visiem savienojumiem jābūt pēc iespējas īsākiem, un komponentiem un līnijām jābūt izvietotām atbilstoši shēmas komponentu funkcionālajām attiecībām. Šī barošanas avota shēma ir pirmā labošana un pēc tam filtrēšana, filtrēšana ir sprieguma regulēšana, sprieguma regulēšana ir enerģijas uzkrāšanas kondensators, pēc tam, kad elektrība plūst caur kondensatoru uz nākamo ķēdes elektrību.
2. attēlā redzama iepriekš redzamās shematiskās diagrammas PCB diagramma, un abas diagrammas ir līdzīgas. Kreisajā un labajā attēlā barošanas avots pēc rektifikācijas ir tieši savienots ar sprieguma regulatora mikroshēmas ieejas pēdu un pēc tam ar sprieguma regulatora kondensatoru, kur kondensatora filtrēšanas efekts ir daudz sliktāks, un arī izeja ir problemātiska. Labajā attēlā redzamais attēls ir labs. Mums jāņem vērā ne tikai pozitīvā barošanas avota plūsmas problēma, bet arī pretplūsmas problēma. Kopumā pozitīvajai barošanas līnijai un zemējuma pretplūsmas līnijai jāatrodas pēc iespējas tuvāk viena otrai.
2. attēls. Lineārā barošanas avota PCB shēma
Projektējot lineārā barošanas avota shēmas plati, mums jāpievērš uzmanība arī lineārā barošanas avota jaudas regulatora mikroshēmas siltuma izkliedes problēmai, proti, kā rodas siltums. Ja sprieguma regulatora mikroshēmas priekšējais gals ir 10 V, izejas gals ir 5 V un izejas strāva ir 500 mA, tad regulatora mikroshēmā ir 5 V sprieguma kritums, un radītais siltums ir 2,5 W. Ja ieejas spriegums ir 15 V, sprieguma kritums ir 10 V un radītais siltums ir 5 W, tāpēc mums ir jāparedz pietiekami daudz siltuma izkliedes vietas vai saprātīga siltuma izkliedes jauda atbilstoši siltuma izkliedes jaudai. Lineāro barošanas avotu parasti izmanto situācijās, kad spiediena starpība ir relatīvi maza un strāva ir relatīvi maza, pretējā gadījumā, lūdzu, izmantojiet komutācijas barošanas avota ķēdi.
Augstas frekvences komutācijas barošanas avota shēmas shematisks piemērs
Komutācijas barošanas avots ir paredzēts, lai ķēdes palīdzību kontrolētu komutācijas lampas ātrgaitas ieslēgšanu, izslēgšanu un atslēgšanu, ģenerējot PWM viļņu formu, izmantojot induktoru un nepārtrauktas strāvas diodi, un izmantojot elektromagnētisko pārveidošanu, lai regulētu spriegumu. Komutācijas barošanas avotam ir augsta efektivitāte un zema siltuma izkliede, un parasti tiek izmantotas šādas ķēdes: LM2575, MC34063, SP6659 un tā tālāk. Teorētiski komutācijas barošanas avotam abos ķēdes galos ir vienāds spriegums, un strāva ir apgriezti proporcionāla.
3. attēls. LM2575 komutācijas barošanas avota shēmas shematiska diagramma
Komutācijas barošanas avota PCB shēma
Projektējot komutācijas barošanas avota shēmas plati, jāpievērš uzmanība: atgriezeniskās saites līnijas ieejas punktam un nepārtrauktās strāvas diodei ir dota nepārtrauktā strāva. Kā redzams 3. attēlā, ieslēdzot U1, strāva I2 nonāk induktorā L1. Induktora raksturīgā iezīme ir tā, ka, strāvai plūstot caur induktoru, tā nevar rasties pēkšņi, kā arī nevar pēkšņi izzust. Strāvas izmaiņām induktorā ir laika process. Impulsa strāvas I2 ietekmē, kas plūst caur induktoru, daļa elektriskās enerģijas tiek pārveidota magnētiskajā enerģijā, un strāva pakāpeniski palielinās, noteiktā laikā vadības ķēde U1 izslēdz I2, induktivitātes īpašību dēļ strāva nevar pēkšņi izzust, šajā laikā diode darbojas, tā pārņem strāvu I2, tāpēc to sauc par nepārtrauktās strāvas diodi, var redzēt, ka nepārtrauktās strāvas diode tiek izmantota induktivitātei. Nepārtrauktā strāva I3 sākas no C3 negatīvā gala un ieplūst C3 pozitīvajā galā caur D1 un L1, kas ir līdzvērtīgs sūknim, izmantojot induktora enerģiju, lai palielinātu kondensatora C3 spriegumu. Pastāv arī problēma ar sprieguma noteikšanas atgriezeniskās saites līnijas ieejas punktu, kas pēc filtrēšanas jāatgriež atpakaļ šajā vietā, pretējā gadījumā izejas sprieguma pulsācija būs lielāka. Daudzi mūsu PCB dizaineri bieži ignorē šos divus punktus, domājot, ka viens un tas pats tīkls tur nav vienāds, patiesībā vieta nav vienāda, un veiktspējas ietekme ir liela. 4. attēlā ir LM2575 komutācijas barošanas avota PCB shēma. Apskatīsim, kas ir nepareizi ar nepareizo shēmu.
4. attēls. LM2575 komutācijas barošanas avota PCB shēma.
Kāpēc mēs vēlamies detalizēti runāt par shēmas principu, jo shēmā ir daudz informācijas par PCB, piemēram, komponenta tapas piekļuves punkts, mezgla tīkla pašreizējais lielums utt., skatiet shēmu, PCB dizains nav problēma. LM7805 un LM2575 shēmas attēlo attiecīgi lineārā barošanas avota un komutācijas barošanas avota tipisko izkārtojuma shēmu. Izgatavojot PCB, šo divu PCB shēmu izkārtojums un elektroinstalācija atrodas tieši uz līnijas, taču produkti ir atšķirīgi, un shēmas plate ir atšķirīga, kas tiek pielāgota atbilstoši faktiskajai situācijai.
Visas izmaiņas ir nedalāmas, tāpēc barošanas ķēdes princips un plates veids ir tāds, un katrs elektroniskais produkts ir nedalāms no barošanas avota un tā ķēdes, tāpēc, apgūstot abas shēmas, tiek saprasta arī otra.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 8. jūlijs
