Por que aprender projeto de circuitos de potência
O circuito de alimentação é uma parte importante de um produto eletrônico, o design do circuito de alimentação está diretamente relacionado ao desempenho do produto.
Classificação dos circuitos de alimentação
Os circuitos de potência dos nossos produtos eletrônicos incluem principalmente fontes de alimentação lineares e fontes de alimentação chaveadas de alta frequência. Em teoria, a fonte de alimentação linear corresponde à quantidade de corrente que o usuário precisa, e a entrada fornecerá a mesma quantidade de corrente; a fonte de alimentação chaveada corresponde à quantidade de energia que o usuário precisa e à quantidade de energia fornecida na entrada.
Diagrama esquemático do circuito de alimentação linear
Dispositivos de energia linear operam em um estado linear, como nossos chips reguladores de tensão comumente usados, LM7805, LM317, SPX1117 e assim por diante. A Figura 1 abaixo é o diagrama esquemático do circuito de fonte de alimentação regulada LM7805.
Figura 1 Diagrama esquemático de uma fonte de alimentação linear
A figura mostra que a fonte de alimentação linear é composta por componentes funcionais como retificação, filtragem, regulação de tensão e armazenamento de energia. A fonte de alimentação linear geral é uma fonte de alimentação com regulação de tensão em série. A corrente de saída é igual à corrente de entrada, I1 = I2 + I3, I3 é a extremidade de referência e a corrente é muito pequena, portanto I1 ≈ I3. Por que falar sobre a corrente? No projeto da placa de circuito impresso, a largura de cada linha não é definida aleatoriamente, mas sim de acordo com a corrente entre os nós no esquema. A corrente e o fluxo de corrente devem ser claros para que a placa fique perfeita.
Diagrama de PCB de fonte de alimentação linear
Ao projetar a placa de circuito impresso (PCB), o layout dos componentes deve ser compacto, todas as conexões devem ser o mais curtas possível e os componentes e linhas devem ser dispostos de acordo com a relação funcional dos componentes esquemáticos. Este diagrama de fonte de alimentação é a primeira retificação e, em seguida, a filtragem. A filtragem é a regulação de tensão, e a regulação de tensão é o capacitor de armazenamento de energia, que, após fluir através do capacitor para o circuito subsequente, fornece energia elétrica.
A Figura 2 é o diagrama de PCB do diagrama esquemático acima, e os dois diagramas são semelhantes. As imagens da esquerda e da direita são um pouco diferentes. A fonte de alimentação na imagem da esquerda é conectada diretamente à entrada do chip regulador de tensão após a retificação, e então ao capacitor regulador de tensão, onde o efeito de filtragem do capacitor é muito pior, e a saída também é problemática. A imagem da direita é boa. Não devemos considerar apenas o fluxo do problema da fonte de alimentação positiva, mas também o problema do refluxo. Em geral, a linha de alimentação positiva e a linha de refluxo de aterramento devem estar o mais próximas possível uma da outra.
Figura 2 Diagrama de PCB de fonte de alimentação linear
Ao projetar a PCB da fonte de alimentação linear, também devemos prestar atenção ao problema de dissipação de calor do chip regulador de potência da fonte de alimentação linear, como o calor vem, se a extremidade frontal do chip regulador de tensão for de 10 V, a extremidade de saída for de 5 V e a corrente de saída for de 500 mA, então há uma queda de tensão de 5 V no chip regulador e o calor gerado é de 2,5 W; se a tensão de entrada for de 15 V, a queda de tensão for de 10 V e o calor gerado for de 5 W, portanto, precisamos reservar espaço de dissipação de calor suficiente ou dissipador de calor razoável de acordo com a potência de dissipação de calor. A fonte de alimentação linear é geralmente usada em situações onde a diferença de pressão é relativamente pequena e a corrente é relativamente pequena; caso contrário, use o circuito de fonte de alimentação comutada.
Exemplo esquemático de circuito de alimentação de comutação de alta frequência
A fonte de alimentação chaveada utiliza um circuito para controlar o tubo de comutação para ligar e desligar em alta velocidade, gerar uma forma de onda PWM através do indutor e do diodo de corrente contínua e regular a tensão por meio de conversão eletromagnética. Fonte de alimentação chaveada, de alta eficiência e baixo calor, geralmente utilizamos os circuitos: LM2575, MC34063, SP6659, etc. Em teoria, a fonte de alimentação chaveada é igual em ambas as extremidades do circuito, com tensão e corrente inversamente proporcionais.
Figura 3 Diagrama esquemático do circuito de alimentação de comutação LM2575
Diagrama de PCB da fonte de alimentação comutada
Ao projetar o PCB da fonte de alimentação de comutação, é necessário prestar atenção a: o ponto de entrada da linha de feedback e o diodo de corrente contínua são para quem a corrente contínua é fornecida. Como pode ser visto na Figura 3, quando U1 é ligado, a corrente I2 entra no indutor L1. A característica do indutor é que quando a corrente flui através do indutor, ela não pode ser gerada repentinamente, nem pode desaparecer repentinamente. A mudança de corrente no indutor tem um processo de tempo. Sob a ação da corrente pulsada I2 que flui através da indutância, parte da energia elétrica é convertida em energia magnética, e a corrente aumenta gradualmente, em um determinado momento, o circuito de controle U1 desliga I2, devido às características da indutância, a corrente não pode desaparecer repentinamente, neste momento o diodo funciona, ele assume a corrente I2, por isso é chamado de diodo de corrente contínua, pode-se ver que o diodo de corrente contínua é usado para a indutância. A corrente contínua I3 parte da extremidade negativa de C3 e flui para a extremidade positiva de C3 através de D1 e L1, o que equivale a uma bomba, utilizando a energia do indutor para aumentar a tensão do capacitor C3. Há também o problema do ponto de entrada da linha de feedback de detecção de tensão, que deve ser realimentado após a filtragem, caso contrário, a ondulação da tensão de saída será maior. Esses dois pontos são frequentemente ignorados por muitos de nossos projetistas de PCB, que pensam que a mesma rede não é a mesma ali; na verdade, o local não é o mesmo, e o impacto no desempenho é grande. A Figura 4 mostra o diagrama de PCB da fonte de alimentação chaveada LM2575. Vamos ver o que há de errado com o diagrama errado.
Figura 4 Diagrama de PCB da fonte de alimentação chaveada LM2575
Por que queremos falar sobre o princípio esquemático em detalhes? O esquema contém muitas informações sobre a placa de circuito impresso, como o ponto de acesso do pino do componente, o tamanho atual da rede de nós, etc. Veja o esquema, o projeto da placa de circuito impresso não é um problema. Os circuitos LM7805 e LM2575 representam o layout típico de uma fonte de alimentação linear e uma fonte de alimentação comutada, respectivamente. Ao fabricar PCBs, o layout e a fiação desses dois diagramas de PCB são diretamente na linha, mas os produtos e a placa de circuito impresso são diferentes, sendo ajustados de acordo com a situação real.
Todas as mudanças são inseparáveis, assim como o princípio do circuito de alimentação e a maneira como a placa é assim, e todo produto eletrônico é inseparável da fonte de alimentação e seu circuito, portanto, aprenda os dois circuitos, o outro também é compreendido.
Horário da publicação: 08/07/2023
