Kodėl verta mokytis elektros grandinės projektavimo
Maitinimo grandinė yra svarbi elektroninio gaminio dalis, o maitinimo grandinės konstrukcija yra tiesiogiai susijusi su gaminio veikimu.
Maitinimo grandinių klasifikacija
Mūsų elektroninių gaminių maitinimo grandines daugiausia sudaro linijiniai maitinimo šaltiniai ir aukšto dažnio perjungimo maitinimo šaltiniai. Teoriškai linijinis maitinimo šaltinis priklauso nuo vartotojo poreikio ir įvesties tiekiamos srovės kiekio; perjungimo maitinimo šaltinis priklauso nuo vartotojo poreikio ir įvesties tiekiamos energijos kiekio.
Linijinio maitinimo grandinės schema
Linijinės galios įtaisai veikia linijinėje būsenoje, pavyzdžiui, mūsų dažniausiai naudojami įtampos reguliatorių lustai LM7805, LM317, SPX1117 ir pan. 1 paveiksle pateikta LM7805 reguliuojamo maitinimo šaltinio grandinės schema.
1 pav. Linijinio maitinimo šaltinio schema
Iš paveikslėlio matyti, kad linijinį maitinimo šaltinį sudaro tokie funkciniai komponentai kaip išlyginimas, filtravimas, įtampos reguliavimas ir energijos kaupimas. Tuo pačiu metu bendras linijinis maitinimo šaltinis yra nuoseklus įtampos reguliavimas maitinimo šaltinis, kurio išėjimo srovė yra lygi įėjimo srovei, I1 = I2 + I3, I3 yra atskaitos srovė, srovė yra labai maža, todėl I1 ≈ I3. Kodėl norime kalbėti apie srovę? Nes PCB konstrukcijoje kiekvienos linijos plotis nėra nustatomas atsitiktinai, jis turi būti nustatomas pagal srovės dydį tarp mazgų schemoje. Srovės dydis ir srovės tekėjimas turi būti aiškūs, kad plokštė būtų tinkama.
Linijinio maitinimo šaltinio PCB schema
Projektuojant spausdintinę plokštę, komponentų išdėstymas turėtų būti kompaktiškas, visos jungtys turėtų būti kuo trumpesnės, o komponentai ir linijos turėtų būti išdėstytos pagal schemos komponentų funkcinius ryšius. Šioje maitinimo šaltinio schemoje pirmiausia atliekamas išlyginimas, o po to filtravimas. Filtravimas yra įtampos reguliavimas. Įtampos reguliavimas yra energijos kaupimo kondensatorius, po kurio elektra teka per kondensatorių į kitą grandinės elektros energiją.
2 paveiksle pateikta aukščiau pateiktos schemos PCB diagrama, ir abi diagramos yra panašios. Kairysis ir dešinysis paveikslėliai šiek tiek skiriasi, kairiajame paveikslėlyje maitinimo šaltinis yra tiesiai prie įtampos reguliatoriaus lusto įėjimo kojos po išlyginimo, o tada prie įtampos reguliatoriaus kondensatoriaus, kur kondensatoriaus filtravimo efektas yra daug blogesnis, o išėjimas taip pat problemiškas. Dešinysis paveikslėlis yra geras. Turime atsižvelgti ne tik į teigiamo maitinimo šaltinio srauto problemą, bet ir į atbulinio srauto problemą, apskritai teigiama maitinimo linija ir įžeminimo atbulinio srauto linija turėtų būti kuo arčiau viena kitos.
2 pav. Linijinio maitinimo šaltinio PCB schema
Projektuojant linijinio maitinimo šaltinio spausdintinę plokštę, taip pat reikėtų atkreipti dėmesį į linijinio maitinimo šaltinio galios reguliatoriaus lusto šilumos išsklaidymo problemą, kaip atsiranda šiluma. Jei įtampos reguliatoriaus lusto priekinė dalis yra 10 V, išėjimo pusė – 5 V, o išėjimo srovė – 500 mA, tai reguliatoriaus luste įtampa sumažėja 5 V, o generuojama šiluma yra 2,5 W. Jei įėjimo įtampa yra 15 V, įtampos kritimas yra 10 V, o generuojama šiluma yra 5 W, todėl reikia numatyti pakankamai šilumos išsklaidymo vietos arba pagrįstą šilumos kriauklę, atsižvelgiant į šilumos išsklaidymo galią. Linijinis maitinimo šaltinis paprastai naudojamas tais atvejais, kai slėgio skirtumas ir srovė yra santykinai maža, priešingu atveju naudokite impulsinio maitinimo šaltinio grandinę.
Aukšto dažnio perjungimo maitinimo šaltinio grandinės schema
Impulsinis maitinimo šaltinis skirtas valdyti perjungimo lempą greitam įjungimui, išjungimui ir išjungimui, generuoti PWM bangos formą per induktorių ir nuolatinės srovės diodą, naudojant elektromagnetinę konversiją, kad būtų galima reguliuoti įtampą. Impulsinis maitinimo šaltinis, didelis efektyvumas, maža šilumos gamyba, paprastai naudojame tokias grandines: LM2575, MC34063, SP6659 ir kt. Teoriškai impulsinis maitinimo šaltinis abiejuose grandinės galuose yra vienoda įtampa, o srovė yra atvirkščiai proporcinga.
3 pav. LM2575 perjungimo maitinimo šaltinio grandinės schema
Perjungimo maitinimo šaltinio PCB schema
Projektuojant perjungimo maitinimo šaltinio spausdintinę plokštę, reikia atkreipti dėmesį į: grįžtamojo ryšio linijos įėjimo tašką ir nuolatinės srovės diodą, kuriems duodama nuolatinė srovė. Kaip matyti iš 3 paveikslo, įjungus U1, srovė I2 patenka į induktorių L1. Induktoriaus charakteristika yra ta, kad srovei tekant per induktorių, ji negali atsirasti staiga ir negali staiga išnykti. Srovės kitimas induktoriuje vyksta laikui bėgant. Veikiant impulsinei srovei I2, tekančiai per induktorių, dalis elektros energijos paverčiama magnetine energija, o srovė palaipsniui didėja, tam tikru metu valdymo grandinė U1 išjungia I2, dėl induktyvumo savybių srovė negali staiga išnykti, šiuo metu diodas veikia, perima srovę I2, todėl jis vadinamas nuolatinės srovės diodu, matyti, kad nuolatinės srovės diodas naudojamas induktoriui. Nuolatinė srovė I3 prasideda nuo neigiamo C3 galo ir teka į teigiamą C3 galą per D1 ir L1, kas atitinka siurblį, naudojantį induktoriaus energiją kondensatoriaus C3 įtampai padidinti. Taip pat kyla problemų dėl įtampos aptikimo grįžtamojo ryšio linijos įėjimo taško, kuris po filtravimo turėtų būti grąžinamas į tą vietą, kitaip išėjimo įtampos pulsacija bus didesnė. Daugelis mūsų PCB konstruktorių dažnai ignoruoja šiuos du taškus, manydami, kad tas pats tinklas ten nėra tas pats, iš tikrųjų vieta nėra ta pati, o našumo poveikis yra didelis. 4 paveiksle pateikta LM2575 perjungimo maitinimo šaltinio PCB schema. Pažiūrėkime, kas negerai su neteisinga schema.
4 pav. LM2575 perjungimo maitinimo šaltinio PCB schema
Kodėl norime išsamiai aptarti schemos principą? Schemoje yra daug informacijos apie PCB, pvz., komponento kaiščio prieigos taškas, dabartinis mazgo tinklo dydis ir kt., žr. schemą, PCB projektavimas nėra problema. LM7805 ir LM2575 grandinės atitinkamai atspindi tipinę linijinio maitinimo šaltinio ir perjungimo maitinimo šaltinio išdėstymo grandinę. Gaminant PCB, šių dviejų PCB schemų išdėstymas ir laidų sujungimas yra tiesiai ant linijos, tačiau produktai ir plokštė skiriasi, todėl ji koreguojama atsižvelgiant į realią situaciją.
Visi pakeitimai yra neatsiejami, todėl maitinimo grandinės principas ir plokštės veikimo būdas yra toks, ir kiekvienas elektroninis gaminys yra neatsiejamas nuo maitinimo šaltinio ir jo grandinės, todėl išmokite dvi grandines, kita taip pat suprantama.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 8 d.
