Навіщо вивчати проектування силових кіл
Схема живлення є важливою частиною електронного виробу, конструкція схеми живлення безпосередньо пов'язана з продуктивністю виробу.
Класифікація кіл живлення
Силові схеми наших електронних виробів в основному включають лінійні джерела живлення та високочастотні імпульсні джерела живлення. Теоретично, лінійне джерело живлення визначається кількістю струму, необхідного користувачеві, і вхідним струмом забезпечуватиметься така кількість струму; імпульсне джерело живлення визначається кількістю потужності, необхідної користувачеві, і кількістю потужності, що забезпечуватиметься на вході.
Принципова схема лінійного джерела живлення
Лінійні силові пристрої працюють у лінійному стані, такі як наші поширені мікросхеми регулятора напруги LM7805, LM317, SPX1117 тощо. На рисунку 1 нижче зображено принципову схему регульованого джерела живлення LM7805.
Рисунок 1. Принципова схема лінійного джерела живлення
З рисунка видно, що лінійне джерело живлення складається з таких функціональних компонентів, як випрямлення, фільтрація, регулювання напруги та накопичення енергії. Водночас, загальне лінійне джерело живлення є джерелом живлення з послідовним регулюванням напруги, вихідний струм якого дорівнює вхідному струму, I1=I2+I3, I3 – це опорний кінець, струм дуже малий, тому I1≈I3. Чому ми хочемо говорити про струм, тому що в конструкції друкованої плати ширина кожної лінії не встановлюється випадковим чином, а визначається відповідно до величини струму між вузлами схеми. Величина струму та його протікання повинні бути чіткими, щоб плата була правильною.
Схема друкованої плати лінійного блоку живлення
Під час проектування друкованої плати розташування компонентів має бути компактним, усі з'єднання мають бути якомога коротшими, а компоненти та лінії мають бути розміщені відповідно до функціонального зв'язку компонентів схеми. Ця схема живлення спочатку виконує випрямлення, потім фільтрацію, фільтрація - це регулювання напруги, регулювання напруги - це конденсатор накопичення енергії, після чого електрика протікає через конденсатор до наступного кола.
На рисунку 2 зображено схему друкованої плати, що відповідає вищезгаданій принциповій схемі, і ці дві схеми схожі. Ліве зображення та праве зображення дещо відрізняються, на лівому зображенні джерело живлення підключено безпосередньо до вхідної ножки мікросхеми регулятора напруги після випрямлення, а потім до конденсатора регулятора напруги, де фільтруючий ефект конденсатора значно гірший, а вихід також проблематичний. Зображення праворуч добре видно. Ми повинні враховувати не лише проблему потоку позитивного джерела живлення, але й проблему зворотного потоку, загалом, позитивна лінія живлення та лінія зворотного потоку заземлення повинні бути якомога ближче одна до одної.
Рисунок 2. Схема друкованої плати лінійного джерела живлення
Під час проектування друкованої плати лінійного блоку живлення слід також звернути увагу на проблему розсіювання тепла мікросхемою регулятора потужності лінійного блоку живлення, а саме на те, як виробляється тепло. Якщо вхідна напруга регулятора становить 10 В, вихідна – 5 В, а вихідний струм – 500 мА, то на мікросхемі регулятора падає напруга 5 В, а генерується тепло 2,5 Вт. Якщо вхідна напруга становить 15 В, падіння напруги становить 10 В, а генерується тепло 5 Вт, то необхідно виділити достатньо місця для розсіювання тепла або достатньо місця для радіатора відповідно до потужності розсіювання тепла. Лінійне джерело живлення зазвичай використовується в ситуаціях, коли різниця тиску відносно невелика, а струм відносно невеликий, в іншому випадку слід використовувати схему імпульсного блоку живлення.
Приклад схеми високочастотного імпульсного джерела живлення
Імпульсний блок живлення використовується для керування комутаційною лампою для високошвидкісного вмикання-вимикання та вимикання, генерації ШІМ-форми сигналу через індуктор та діод безперервного струму, використання електромагнітного перетворення для регулювання напруги. Імпульсний блок живлення має високу ефективність та низьке нагрівання, зазвичай використовується за схемою: LM2575, MC34063, SP6659 тощо. Теоретично, імпульсний блок живлення однаковий на обох кінцях кола, напруга обернено пропорційна, а струм обернено пропорційний.
Рисунок 3. Принципова схема імпульсного блоку живлення LM2575
Схема друкованої плати імпульсного блоку живлення
Під час проектування друкованої плати імпульсного блоку живлення необхідно звернути увагу на: вхід лінії зворотного зв'язку та діод безперервного струму, через які подається безперервний струм. Як видно з рисунка 3, коли U1 вмикається, струм I2 надходить в індуктивність L1. Характеристикою індуктивності є те, що коли струм протікає через неї, він не може раптово генеруватися і не може раптово зникати. Зміна струму в індуктивності має часовий процес. Під дією імпульсного струму I2, що протікає через індуктивність, частина електричної енергії перетворюється на магнітну енергію, і струм поступово зростає. У певний момент часу схема керування U1 вимикає I2. Завдяки характеристикам індуктивності струм не може раптово зникнути. У цей час діод працює, він переймає струм I2, тому його називають діодом безперервного струму. Видно, що діод безперервного струму використовується для індуктивності. Безперервний струм I3 починається з негативного кінця C3 і протікає до позитивного кінця C3 через D1 та L1, що еквівалентно накачуванню, використовуючи енергію індуктора для збільшення напруги конденсатора C3. Існує також проблема вхідної точки лінії зворотного зв'язку для виявлення напруги, яка повинна бути подана назад до місця після фільтрації, інакше пульсації вихідної напруги будуть більшими. Ці дві точки часто ігноруються багатьма нашими розробниками друкованих плат, думаючи, що там та сама мережа не та сама, насправді місце не те саме, і вплив на продуктивність великий. Рисунок 4 - це схема друкованої плати імпульсного блоку живлення LM2575. Давайте подивимося, що не так з неправильною схемою.
Рисунок 4. Схема друкованої плати імпульсного блоку живлення LM2575
Чому ми хочемо детально розглянути принцип побудови схеми? Оскільки схема містить багато інформації про друковану плату, таку як точка доступу до виводу компонента, поточний розмір мережі вузлів тощо. Дивіться схему, проектування друкованої плати не є проблемою. Схеми LM7805 та LM2575 представляють типову схему лінійного джерела живлення та імпульсного джерела живлення відповідно. Під час виготовлення друкованих плат схема та підключення цих двох схем друкованих плат безпосередньо з'єднані на лінії, але продукти та плата відрізняються, що коригується відповідно до фактичної ситуації.
Усі зміни невіддільні, тому принцип дії схеми живлення та спосіб роботи плати такі, і кожен електронний виріб невіддільний від джерела живлення та його схеми, тому вивчіть дві схеми, інша також зрозуміла.
Час публікації: 04 липня 2023 р.
