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淺(Qiǎn)談PCB的電◈源◈設計(Jì)思路

發布(Bù)時間:2020-12-02 點(Diǎn)擊數:載(Zǎi)入中...

我們電子産品(Pǐn)的電源電(Diàn)路主要有線性電源和高頻開(Kāi)關電源。 電源電路是[Shì]一(Yī)個電子(Zǐ)産品的◈重◈要組成部分,電源◇電◇路設計的好壞(Huài),直接牽連産品[Pǐn]性能的好壞。從理論上講,線性[Xìng]電源(Yuán)是用戶需要多[Duō]少電流,輸入○端○就要提供多少電流;開關電源是用戶需要多少功率[Lǜ],輸[Shū]入端就提供多少功(Gōng)率。?


線性◇電◇(Diàn)源

線性(Xìng)電源功率器件工(Gōng)作在(Zài)線性狀态,如我們▽常▽用的穩壓芯片LM7805、LM317、SPX1117等。

線性電源有整流、濾波、穩壓、儲能等功(Gōng)能元(Yuán)件組成,同時,一⋄般⋄用的線性電源[Yuán]為串聯穩壓電▾源▾,輸⋄出⋄電流等于輸入電(Diàn)流,I1=I2+I3,I3是(Shì)參考端,電流(Liú)很小,因此[Cǐ]I1≈I3。我們(Men)為什麼要講電流,是因◊為◊PCB設計時,每條線的▲寬▲度不是随(Suí)便設的(De),是要根據原理圖裡元件節點▲間▲(Jiān)的電流大小來[Lái]确定的(請[Qǐng]查《PCB設[Shè]計銅鉑厚度、線寬∆和∆[Hé]電流關系表》)。電流大(Dà)小、電流流(Liú)向要搞清楚,做闆才(Cái)恰(Qià)到好處。
▿線▿性(Xìng)電源.jpg
PCB設計時,元[Yuán]件的布⋄局⋄要緊湊,要∇讓∇所有的連線盡⋄可⋄能短,要按原理圖元件功能關系去布局元件與走[Zǒu]線。本電源圖裡就▿是▿先整流、再濾波、濾波後●才●是穩壓(Yā)、穩壓後[Hòu]才是儲能電▾容▾[Róng]、流經電容後才給後(Hòu)面的電路用電。圖二是上[Shàng]面原理圖的PCB圖,兩個圖[Tú]相似。左(Zuǒ)圖和右圖[Tú]就是走⋄線⋄有點不◊一◊樣,左圖的電源[Yuán]經整(Zhěng)流[Liú]後直接(Jiē)就到了穩(Wěn)壓∆芯∆(Xīn)片的輸入腳[Jiǎo]了,然後才是穩壓電容[Róng],這裡電▽容▽所起的(De)濾[Lǜ]波效果就差了很多(Duō),輸出也[Yě]有問題。右圖就(Jiù)是比較好的圖了。我們不僅要考慮◆正◆(Zhèng)電源的流向問題,還(Hái)▲必▲須考慮地回[Huí]流問題,一般來說(Shuō),正電[Diàn]●源●(Yuán)線和地回流線要盡可能(Néng)同進同出,彼此離近點。

設計線性電源PCB時還應注意,線性(Xìng)電源的功率穩壓芯(Xīn)片◆的◆散[Sàn]熱問題[Tí],熱◇量◇是怎麼來的(De),若穩壓芯片前端(Duān)電壓是10V,輸出(Chū)端是5V,輸出電[Diàn]流為500mA,那在穩壓芯片上就有5V的電壓降,産生[Shēng]的熱量就為2.5W;如果輸◆入◆[Rù]端電壓◆是◆15V,電壓降就是10V,産生的熱量就為5W,因此,我們(Men)布闆是要根據散(Sàn)熱功率來留出足(Zú)夠的[De]散熱空間或(Huò)合理的散◆熱◆片。線[Xiàn]性電源一般用在壓差比較小,電流比較小的場合,▽否▽則,請改用開關電源電路。

高頻開關◆電◆源

開關電源∇就∇是用通過電路控制開關管進行高速的導通[Tōng]與截止,産生PWM波形,經過電感和續流二極管,利用電磁電轉換的方式調壓。開關電源功率⋄大⋄、效率高、發熱小,我們一般用∆的∆電路有:LM2575、MC34063、SP6659等(Děng)。開關電源理論上是電路兩端功率相等,電壓成反(Fǎn)比[Bǐ],電流成反▲比▲。

開關電源PCB設◈計◈時,需(Xū)◈要◈(Yào)注意的地方是:反(Fǎn)饋線的引入點、續流二極管是給誰[Shuí]續流。從圖三可以◆看◆[Kàn]出,U1導通時,電流I2進入電▾感▾L1,電感◈的◈(De)特性是(Shì)電流在[Zài]電感裡流過時不能突然産生,●也●[Yě]不能突然消(Xiāo)失,電流(Liú)在電感裡的▿變▿化時(Shí)有一個時間(Jiān)過程的。在脈沖電[Diàn]流I2流過電(Diàn)感的作用下,有部分電(Diàn)能轉換成磁能,電流逐漸增大,到一定(Dìng)時候(Hòu),控制電路U1關斷了I2,由于電感的特性(Xìng),電流不能突然(Rán)消失,這時候二極管起作用了,它接替電流I2,所以▿叫▿[Jiào]續流二極管,可(Kě)以看出,續流二極管是(Shì)給電感用的[De],續流的電流I3是從C3的負端出發,經[Jīng]D1,L1後流入C3的正端,這裡就相當于抽水機,利用▲電▲[Diàn]感的能量,把電容C3的電(Diàn)壓提高了。還有(Yǒu)就是電壓檢測的反饋線引[Yǐn]入(Rù)點問[Wèn]題,應該是經過濾波後的[De]地方▲反▲饋回去,不然會⋄使⋄(Shǐ)輸出的電壓紋波更大。◊這◊兩點是○我○們很多PCB設計人(Rén)員經常忽視的[De]地方(Fāng),以為(Wéi)同一個網絡,接在那兒不[Bú]是一[Yī]樣,其實接的地方◆不◆(Bú)一◊樣◊,性能影響是很大的。圖四是LM2575開關電源PCB圖,大家看看錯的(De)那幅(Fú)圖是哪裡錯了。


PCBA.jpg


我們(Men)為什[Shí]麼要詳細講原理圖原理,因∆為∆(Wéi)原理圖裡包含了許[Xǔ]多畫PCB的○信○息,如元件引腳的接入點(Diǎn),節點網絡的電流大小等,看清楚了原◊理◊圖,PCB∆設∆計⋄就⋄[Jiù]不∇成∇問題了。LM7805和[Hé]LM2575電路分别表示了了[Le]線性電源[Yuán]和開[Kāi]關(Guān)電源的[De]典型布(Bù)闆電◊路◊[Lù],做PCB時,直接按這兩種PCB圖布(Bù)局▿與▿布線就行,隻∇是∇産品不同,電路[Lù]闆也(Yě)不同,根據實際情況調整[Zhěng]。◆所◆以的電[Diàn]源電路的原理及布[Bù]闆方式(Shì)都是如●此●,而每個電子産品都離(Lí)不開電源及其電路(Lù),因此,學通了⋄這⋄兩個電路,其它的○也○了然于胸了。




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