למה ללמוד עיצוב מעגלי חשמל
מעגל אספקת החשמל הוא חלק חשוב ממוצר אלקטרוני, העיצוב של מעגל אספקת החשמל קשור ישירות לביצועי המוצר.
סיווג מעגלי אספקת חשמל
מעגלי הכוח של המוצרים האלקטרוניים שלנו כוללים בעיקר ספקי כוח ליניאריים וספקי כוח מיתוג בתדר גבוה.בתיאוריה, ספק הכוח הליניארי הוא כמה זרם צריך המשתמש, הקלט יספק כמה זרם;החלפת ספק כוח היא כמה כוח המשתמש צריך, וכמה כוח מסופק בקצה הקלט.
תרשים סכמטי של מעגל אספקת חשמל ליניארי
התקני כוח ליניארי עובדים במצב ליניארי, כמו שבבי מווסת המתח הנפוצים שלנו LM7805, LM317, SPX1117 וכן הלאה.איור 1 להלן הוא התרשים הסכמטי של מעגל אספקת הכוח המוסדר LM7805.
איור 1 תרשים סכמטי של ספק כוח ליניארי
ניתן לראות מהאיור כי ספק הכוח הליניארי מורכב ממרכיבים פונקציונליים כגון תיקון, סינון, ויסות מתח ואגירת אנרגיה.במקביל, ספק הכוח הליניארי הכללי הוא ספק כוח לוויסות מתח סדרתי, זרם המוצא שווה לזרם הכניסה, I1=I2+I3, I3 הוא קצה הייחוס, הזרם קטן מאוד, כך I1≈I3 .למה אנחנו רוצים לדבר על הזרם, כי עיצוב PCB, הרוחב של כל קו אינו מוגדר באופן אקראי, אמור להיקבע בהתאם לגודל הזרם בין הצמתים בסכמטי.הגודל הנוכחי וזרימת הזרם צריכים להיות ברורים כדי להפוך את הלוח למדויק.
דיאגרמת PCB של ספק כוח ליניארי
בעת תכנון ה-PCB, פריסת הרכיבים צריכה להיות קומפקטית, כל החיבורים צריכים להיות קצרים ככל האפשר, והרכיבים והקווים צריכים להיות מונחים בהתאם ליחס הפונקציונלי של הרכיבים הסכמטיים.תרשים אספקת חשמל זה הוא התיקון הראשון, ולאחר מכן סינון, סינון הוא ויסות המתח, ויסות המתח הוא קבל אחסון האנרגיה, לאחר שזורם דרך הקבל לחשמל המעגל הבא.
איור 2 הוא דיאגרמת PCB של הדיאגרמה הסכמטית לעיל, ושתי הדיאגרמות דומות.התמונה השמאלית והתמונה הימנית מעט שונות, אספקת הכוח בתמונה השמאלית היא ישירות לרגל הכניסה של שבב מווסת המתח לאחר תיקון, ולאחר מכן קבל וסת המתח, שבו אפקט הסינון של הקבל הוא הרבה יותר גרוע. , וגם הפלט בעייתי.התמונה מימין טובה.עלינו לשקול לא רק את הזרימה של בעיית אספקת החשמל החיובית, אלא גם לשקול את בעיית הזרימה האחורית, באופן כללי, קו החשמל החיובי וקו הזרימה האחורית הקרקע צריכים להיות קרובים זה לזה ככל האפשר.
איור 2 דיאגרמת PCB של ספק כוח ליניארי
בעת תכנון ה-PCB של ספק הכוח הליניארי, עלינו לשים לב גם לבעיית פיזור החום של שבב ווסת החשמל של ספק הכוח הליניארי, כיצד מגיע החום, אם הקצה הקדמי של שבב וסת המתח הוא 10V, קצה הפלט הוא 5V, וזרם המוצא הוא 500mA, אז יש נפילת מתח של 5V על שבב הרגולטור, והחום שנוצר הוא 2.5W;אם מתח הכניסה הוא 15V, ירידת המתח היא 10V, והחום שנוצר הוא 5W, לכן, עלינו להפריש מספיק מקום לפיזור חום או גוף קירור סביר בהתאם להספק פיזור החום.בדרך כלל נעשה שימוש באספקת חשמל ליניארית במצבים שבהם הפרש הלחץ קטן יחסית והזרם קטן יחסית, אחרת, אנא השתמש במעגל אספקת המתח המיתוג.
דוגמה סכמטית למעגל אספקת חשמל מיתוג בתדר גבוה
מיתוג אספקת החשמל הוא להשתמש במעגל כדי לשלוט בצינור המיתוג עבור הדלקה וכיבוי במהירות גבוהה, יצירת צורת גל PWM, דרך המשרן ודיודת הזרם הרציף, שימוש בהמרה אלקטרומגנטית של הדרך לווסת מתח.החלפת אספקת חשמל, יעילות גבוהה, חום נמוך, בדרך כלל אנו משתמשים במעגל: LM2575, MC34063, SP6659 וכן הלאה.בתיאוריה, ספק הכוח המיתוג שווה בשני קצוות המעגל, המתח הוא פרופורציונלי הפוך, והזרם הוא פרופורציונלי הפוך.
איור 3 דיאגרמה סכמטית של מעגל אספקת חשמל מיתוג LM2575
דיאגרמת PCB של מיתוג ספק כוח
בעת תכנון ה-PCB של ספק הכוח המיתוג, יש לשים לב: נקודת הכניסה של קו המשוב ודיודת הזרם הרציף הם עבורם ניתן הזרם הרציף.כפי שניתן לראות מאיור 3, כאשר U1 מופעל, הזרם I2 נכנס למשרן L1.המאפיין של המשרן הוא שכאשר הזרם זורם דרך המשרן, הוא לא יכול להיווצר בפתאומיות, וגם לא יכול להיעלם בפתאומיות.לשינוי הזרם במשרן יש תהליך זמן.תחת פעולת זרם פועם I2 הזורם דרך השראות, חלק מהאנרגיה החשמלית מומרת לאנרגיה מגנטית, והזרם גדל בהדרגה, בזמן מסוים, מעגל הבקרה U1 מכבה את I2, בשל מאפייני השראות, זרם לא יכול להיעלם פתאום, בשלב זה הדיודה עובדת, היא משתלטת על הנוכחי I2, אז זה נקרא דיודת הזרם הרציף, ניתן לראות שדיודת הזרם הרציף משמשת עבור השראות.הזרם הרציף I3 מתחיל מהקצה השלילי של C3 וזרם אל הקצה החיובי של C3 דרך D1 ו-L1, המקביל למשאבה, תוך שימוש באנרגיה של המשרן כדי להגביר את המתח של הקבל C3.ישנה גם בעיה של נקודת הכניסה של קו המשוב של זיהוי המתח, שאותה יש להחזיר למקום לאחר הסינון, אחרת אדוות מתח המוצא תהיה גדולה יותר.רבים ממעצבי ה-PCB שלנו מתעלמים משתי הנקודות הללו, מתוך מחשבה שאותה רשת אינה זהה שם, למעשה, המקום אינו זהה, וההשפעה על הביצועים גדולה.איור 4 הוא דיאגרמת ה-PCB של ספק הכוח המחליף LM2575.בואו נראה מה לא בסדר בתרשים השגוי.
איור 4 תרשים PCB של LM2575 מיתוג ספק כוח
למה אנחנו רוצים לדבר על העיקרון הסכמטי בפירוט, כי הסכימה מכילה הרבה מידע PCB, כגון נקודת הגישה של פין הרכיב, הגודל הנוכחי של רשת הצומת וכו', ראה את הסכימה, עיצוב PCB אינה בעיה.המעגלים LM7805 ו-LM2575 מייצגים את מעגל הפריסה הטיפוסי של ספק כוח ליניארי ואספקת חשמל מיתוג, בהתאמה.בעת ביצוע PCBS, הפריסה והחיווט של שני דיאגרמות PCB אלה נמצאים ישירות על הקו, אך המוצרים שונים ולוח המעגלים שונה, אשר מותאם בהתאם למצב בפועל.
כל השינויים אינם ניתנים להפרדה, ולכן העיקרון של מעגל החשמל והאופן שבו הלוח הוא כך, וכל מוצר אלקטרוני הוא בלתי נפרד מהספק והמעגל שלו, לכן, למד את שני המעגלים, גם השני מובן.
זמן פרסום: יולי-04-2023