Aprenda esses dois circuitos, o design de PCB não é difícil!

Por que aprender projeto de circuito de potência

O circuito de alimentação é uma parte importante de um produto eletrônico, o projeto do circuito de alimentação está diretamente relacionado ao desempenho do produto.

Classificação dos circuitos de alimentação

Os circuitos de energia de nossos produtos eletrônicos incluem principalmente fontes de alimentação lineares e fontes de alimentação comutadas de alta frequência.Em teoria, a fonte de alimentação linear é a quantidade de corrente que o usuário precisa, a entrada fornecerá quanta corrente;A fonte de alimentação chaveada é a quantidade de energia que o usuário precisa e a quantidade de energia fornecida na extremidade de entrada.

Diagrama esquemático do circuito de fonte de alimentação linear

Dispositivos de energia linear funcionam 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 regulado LM7805.

Figura 1 Diagrama esquemático da fonte de alimentação linear

Pode-se observar na figura que a fonte de alimentação linear é composta por componentes funcionais como retificação, filtragem, regulação de tensão e armazenamento de energia.Ao mesmo tempo, a fonte de alimentação linear geral é uma fonte de alimentação de regulação de tensão em série, a corrente de saída é igual à corrente de entrada, I1 = I2 + I3, I3 é a extremidade de referência, a corrente é muito pequena, então I1≈I3 .Por que queremos falar sobre a corrente, porque no design da PCB, a largura de cada linha não é definida aleatoriamente, deve ser determinada de acordo com o tamanho da corrente entre os nós do esquema.O tamanho e o fluxo da corrente devem ser claros para deixar a placa correta. 

Diagrama PCB da fonte de alimentação linear

Ao projetar a PCB, o layout dos componentes deve ser compacto, todas as conexões devem ser tão curtas quanto 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, a regulação de tensão é o capacitor de armazenamento de energia, depois de fluir através do capacitor para a eletricidade do circuito seguinte.

A Figura 2 é o diagrama PCB do diagrama esquemático acima e os dois diagramas são semelhantes.A imagem da esquerda e a imagem da direita são um pouco diferentes, a fonte de alimentação na imagem da esquerda é diretamente para o pé de entrada do chip regulador de tensão após a retificação e, em seguida, para o capacitor regulador de tensão, onde o efeito de filtragem do capacitor é muito pior , e a saída também é problemática.A imagem à direita é boa.Não devemos apenas considerar o fluxo do problema da fonte de alimentação positiva, mas também considerar o problema do refluxo, em geral, a linha de energia positiva e a linha de refluxo do solo devem estar o mais próximas possível uma da outra.

Figura 2 Diagrama PCB da 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 10V, a extremidade de saída é 5V, e a corrente de saída é de 500mA, então há uma queda de tensão de 5V no chip regulador e o calor gerado é de 2,5W;Se a tensão de entrada for 15V, a queda de tensão será 10V e o calor gerado será 5W, 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 alimentação de comutação.

Exemplo esquemático de circuito de fonte de alimentação de comutação de alta frequência

A fonte de alimentação de comutação consiste em usar o circuito para controlar o tubo de comutação para ligar e desligar em alta velocidade, gerar forma de onda PWM, através do indutor e do diodo de corrente contínua, o uso da conversão eletromagnética da forma de regular a tensão.Fonte de alimentação comutada, alta eficiência, baixo calor, geralmente usamos o circuito: LM2575, MC34063, SP6659 e assim por diante.Em teoria, a fonte de alimentação chaveada é igual em ambas as extremidades do circuito, a tensão é inversamente proporcional e a corrente é inversamente proporcional.

Figura 3 Diagrama esquemático do circuito de alimentação chaveada LM2575

Diagrama PCB de comutação da fonte de alimentação

Ao projetar a PCB da fonte de alimentação chaveada, é necessário prestar atenção: 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 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 gradativamente, em um determinado momento, o circuito de controle U1 desliga I2, devido às características da indutância, o 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 observar que o diodo de corrente contínua é utilizado para a indutância.A corrente contínua I3 começa na 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 ao local após a filtragem, caso contrário a ondulação da tensão de saída será maior.Esses dois pontos são muitas vezes ignorados por muitos de nossos projetistas de PCB, pensando 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 é o diagrama PCB da fonte de alimentação chaveada LM2575.Vamos ver o que há de errado com o diagrama errado.

Figura 4 Diagrama PCB da fonte de alimentação chaveada LM2575

Por que queremos falar detalhadamente sobre o princípio do esquemático, porque o esquemático contém muitas informações do PCB, como o ponto de acesso do pino do componente, o tamanho atual da rede do nó, etc., veja o esquemático, design do PCB Não é um problema.Os circuitos LM7805 e LM2575 representam o circuito de layout típico de fonte de alimentação linear e fonte de alimentação chaveada, respectivamente.Ao fazer PCBS, o layout e a fiação desses dois diagramas de PCB estão diretamente na linha, mas os produtos são diferentes e a placa de circuito é diferente, que é ajustada de acordo com a situação real.

Todas as mudanças são indissociáveis, portanto o princípio do circuito de alimentação e a forma como a placa é assim, e todo produto eletrônico é indissociável da fonte de alimentação e de seu circuito, portanto, aprenda os dois circuitos, o outro também se entende.