Tại sao nên học thiết kế mạch điện
Mạch cấp nguồn là một bộ phận quan trọng của sản phẩm điện tử, thiết kế của mạch cấp nguồn có liên quan trực tiếp đến hiệu suất của sản phẩm.
Phân loại mạch cung cấp điện
Mạch nguồn của các sản phẩm điện tử của chúng tôi chủ yếu bao gồm nguồn điện tuyến tính và nguồn điện chuyển mạch tần số cao. Về lý thuyết, nguồn điện tuyến tính là lượng dòng điện người dùng cần, đầu vào sẽ cung cấp bao nhiêu dòng điện; nguồn điện chuyển mạch là lượng điện người dùng cần, và lượng điện được cung cấp ở đầu vào.
Sơ đồ mạch cấp nguồn tuyến tính
Các thiết bị nguồn tuyến tính hoạt động ở trạng thái tuyến tính, chẳng hạn như các chip ổn áp thường dùng của chúng tôi là LM7805, LM317, SPX1117, v.v. Hình 1 bên dưới là sơ đồ mạch nguồn được điều chỉnh bằng LM7805.
Hình 1 Sơ đồ nguồn điện tuyến tính
Từ hình vẽ, có thể thấy bộ nguồn tuyến tính được cấu thành từ các thành phần chức năng như chỉnh lưu, lọc, điều chỉnh điện áp và lưu trữ năng lượng. Đồng thời, bộ nguồn tuyến tính thông thường là bộ nguồn điều chỉnh điện áp nối tiếp, dòng điện đầu ra bằng dòng điện đầu vào, I1 = I2 + I3, I3 là đầu tham chiếu, dòng điện rất nhỏ, do đó I1 ≈ I3. Tại sao chúng ta lại muốn nói về dòng điện, bởi vì trong thiết kế PCB, độ rộng của mỗi đường không được thiết lập ngẫu nhiên, mà được xác định theo kích thước dòng điện giữa các nút trong sơ đồ mạch. Kích thước dòng điện và lưu lượng dòng điện phải rõ ràng để bo mạch chính xác.
Sơ đồ PCB nguồn điện tuyến tính
Khi thiết kế PCB, bố cục linh kiện phải gọn gàng, tất cả các kết nối phải càng ngắn càng tốt, và các linh kiện và đường dây phải được bố trí theo mối quan hệ chức năng của các linh kiện sơ đồ. Sơ đồ nguồn điện này là chỉnh lưu đầu tiên, sau đó lọc, lọc là điều chỉnh điện áp, điều chỉnh điện áp là tụ điện lưu trữ năng lượng, sau khi tụ điện chạy qua mạch điện tiếp theo.
Hình 2 là sơ đồ PCB của sơ đồ mạch điện trên, hai sơ đồ khá giống nhau. Hình bên trái và hình bên phải hơi khác nhau một chút, nguồn điện trong hình bên trái sau khi chỉnh lưu sẽ được cấp trực tiếp đến chân ngõ vào của chip ổn áp, sau đó đến tụ điện ổn áp, tại đó hiệu ứng lọc của tụ kém hơn nhiều, và đầu ra cũng có vấn đề. Hình bên phải là một ví dụ tốt. Chúng ta không chỉ cần xem xét vấn đề dòng điện của nguồn điện dương mà còn phải xem xét vấn đề dòng ngược, nói chung, đường dây nguồn dương và đường dây dòng ngược nối đất nên càng gần nhau càng tốt.
Hình 2 Sơ đồ PCB của nguồn điện tuyến tính
Khi thiết kế PCB nguồn điện tuyến tính, chúng ta cũng nên chú ý đến vấn đề tản nhiệt của chip điều chỉnh công suất của nguồn điện tuyến tính, nhiệt đến như thế nào, nếu đầu vào của chip điều chỉnh điện áp là 10V, đầu ra là 5V và dòng điện đầu ra là 500mA, thì sẽ có độ sụt áp 5V trên chip điều chỉnh và nhiệt sinh ra là 2,5W; nếu điện áp đầu vào là 15V, độ sụt áp là 10V và nhiệt sinh ra là 5W, do đó, chúng ta cần dành đủ không gian tản nhiệt hoặc tản nhiệt hợp lý theo công suất tản nhiệt. Nguồn điện tuyến tính thường được sử dụng trong các trường hợp chênh lệch áp suất tương đối nhỏ và dòng điện tương đối nhỏ, nếu không, hãy sử dụng mạch nguồn chuyển mạch.
Ví dụ về sơ đồ mạch cấp nguồn chuyển mạch tần số cao
Nguồn điện chuyển mạch sử dụng mạch điều khiển đèn chuyển mạch để bật-tắt và ngắt tốc độ cao, tạo ra dạng sóng PWM, thông qua cuộn cảm và diode dòng điện liên tục, sử dụng phương pháp biến đổi điện từ để điều chỉnh điện áp. Nguồn điện chuyển mạch có hiệu suất cao, tỏa nhiệt thấp, thường sử dụng mạch: LM2575, MC34063, SP6659, v.v. Về lý thuyết, nguồn điện chuyển mạch bằng nhau ở cả hai đầu mạch, điện áp tỷ lệ nghịch và dòng điện tỷ lệ nghịch.
Hình 3 Sơ đồ mạch nguồn chuyển mạch LM2575
Sơ đồ PCB của nguồn điện chuyển mạch
Khi thiết kế PCB của nguồn điện chuyển mạch, cần chú ý đến: điểm đầu vào của đường phản hồi và diode dòng điện liên tục là nơi dòng điện liên tục được cung cấp. Như có thể thấy từ Hình 3, khi U1 được bật, dòng điện I2 đi vào cuộn cảm L1. Đặc điểm của cuộn cảm là khi dòng điện chạy qua cuộn cảm, nó không thể phát sinh đột ngột, cũng không thể biến mất đột ngột. Sự thay đổi dòng điện trong cuộn cảm có một quá trình thời gian. Dưới tác động của dòng điện xung I2 chạy qua cuộn cảm, một phần năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng từ tính và dòng điện tăng dần, tại một thời điểm nhất định, mạch điều khiển U1 tắt I2, do đặc điểm của độ tự cảm, dòng điện không thể đột ngột biến mất, tại thời điểm này diode hoạt động, nó tiếp nhận dòng điện I2, vì vậy nó được gọi là diode dòng điện liên tục, có thể thấy rằng diode dòng điện liên tục được sử dụng cho độ tự cảm. Dòng điện liên tục I3 bắt đầu từ cực âm của C3 và chảy vào cực dương của C3 thông qua D1 và L1, tương đương với một máy bơm, sử dụng năng lượng của cuộn cảm để tăng điện áp của tụ điện C3. Ngoài ra còn có vấn đề về điểm đầu vào của đường phản hồi phát hiện điện áp, cần phải được đưa trở lại vị trí sau khi lọc, nếu không gợn điện áp đầu ra sẽ lớn hơn. Hai điểm này thường bị nhiều nhà thiết kế PCB của chúng tôi bỏ qua, nghĩ rằng cùng một mạng không giống nhau ở đó, trên thực tế, vị trí không giống nhau và tác động đến hiệu suất là rất lớn. Hình 4 là sơ đồ PCB của bộ nguồn chuyển mạch LM2575. Hãy xem sơ đồ sai ở đâu.
Hình 4 Sơ đồ PCB của bộ nguồn chuyển mạch LM2575
Tại sao chúng ta lại muốn nói chi tiết về nguyên lý sơ đồ mạch, bởi vì sơ đồ mạch chứa rất nhiều thông tin về PCB, chẳng hạn như điểm truy cập của chân linh kiện, kích thước dòng điện của mạng lưới nút, v.v., hãy xem sơ đồ mạch, thiết kế PCB không phải là vấn đề. Mạch LM7805 và LM2575 lần lượt đại diện cho mạch bố trí điển hình của nguồn điện tuyến tính và nguồn điện chuyển mạch. Khi chế tạo PCB, bố trí và đấu dây của hai sơ đồ PCB này được thực hiện trực tiếp trên đường dây, nhưng sản phẩm và bảng mạch khác nhau, điều này được điều chỉnh theo tình hình thực tế.
Mọi thay đổi đều không thể tách rời, vì vậy nguyên lý của mạch điện và cách hoạt động của bo mạch cũng vậy, và mọi sản phẩm điện tử đều không thể tách rời khỏi nguồn điện và mạch điện của nó, do đó, khi tìm hiểu hai mạch điện này, chúng ta cũng sẽ hiểu được mạch kia.
Thời gian đăng: 04-07-2023
