Tại sao phải học thiết kế mạch điện
Mạch cấp nguồn là một bộ phận quan trọng của một sản phẩm điện tử, việc thiết kế mạch cấp nguồn liên quan trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của sản phẩm.
Phân loại mạch cấp nguồn
Mạch điện 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 mà người dùng cần, đầu vào sẽ cung cấp bao nhiêu dòng điện; Nguồn điện chuyển đổi là lượng điện năng mà người dùng cần và lượng điện năng được cung cấp ở đầu vào.
Sơ đồ nguyên lý mạch cấp nguồn tuyến tính
Các thiết bị nguồn tuyến tính hoạt động ở trạng thái tuyến tính, chẳng hạn như các chip điều chỉnh điện áp thường được sử dụng của chúng tôi LM7805, LM317, SPX1117, v.v. Hình 1 bên dưới là sơ đồ nguyên lý của mạch cấp nguồn điều chỉnh LM7805.
Hình 1 Sơ đồ nguồn điện tuyến tính
Có thể thấy từ hình vẽ rằng nguồn điện tuyến tính bao gồm các thành phần chức năng như chỉnh lưu, lọc, điều chỉnh điện áp và lưu trữ năng lượng. Đồng thời, nguồn điện tuyến tính chung là nguồn điện 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 nên I1≈I3 . Tại sao chúng ta muốn nói về dòng điện, bởi vì thiết kế PCB, độ rộng của mỗi dòng không được đặt ngẫu nhiên mà được xác định theo kích thước của dòng điện giữa các nút trong sơ đồ. Kích thước hiện tại và dòng điện phải rõ ràng để làm cho bo mạch vừa phải.
Sơ đồ PCB cung cấp điện tuyến tính
Khi thiết kế PCB, bố cục của các thành phần phải nhỏ gọn, tất cả các kết nối phải càng ngắn càng tốt, các thành phần và đường dây phải được bố trí theo mối quan hệ chức năng của các thành phần sơ đồ. Sơ đồ cấp nguồn này là khâu 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 chạy qua tụ điện đến mạch điện sau.
Hình 2 là sơ đồ PCB của sơ đồ trên và hai sơ đồ này tương tự nhau. Hình bên trái và hình bên phải hơi khác một chút, nguồn điện trong hình bên trái được cấp trực tiếp vào chân đầu vào của chip điều chỉnh điện áp sau khi chỉnh lưu, sau đó là tụ điện điều chỉnh điện áp, trong đó hiệu ứng lọc của tụ điện kém hơn nhiều , và đầu ra cũng có vấn đề. Hình ảnh bên phải là một hình ảnh tốt. Chúng ta không chỉ phải xem xét dòng chảy của vấn đề cung cấp điện dương mà còn phải xem xét vấn đề dòng chảy ngược, nói chung, đường dây điện dương và đường dòng chảy ngược trên mặt đất phải càng gần nhau càng tốt.
Hình 2 Sơ đồ PCB của nguồn điện tuyến tính
Khi thiết kế PCB cung cấp điện tuyến tính, chúng ta cũng nên chú ý đến vấn đề tản nhiệt của chip điều chỉnh nguồn của nguồn điện tuyến tính, nhiệt lượng tỏa ra như thế nào, nếu mặt trước của chip điều chỉnh điện áp là 10V thì đầu ra là 5V, và dòng điện đầu ra là 500mA, sau đó có sự sụt giảm điện áp 5V trên chip điều chỉnh và nhiệt sinh ra là 2,5W; Nếu điện áp đầu vào là 15V, điện áp sụt giảm là 10V, nhiệt sinh ra là 5W, do đó, chúng ta cần dành đủ không gian tản nhiệt hoặc tản nhiệt hợp lý tùy 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, vui lòng sử dụng mạch cấp nguồn chuyển mạch.
Ví dụ về sơ đồ mạch cấp nguồn chuyển mạch tần số cao
Bộ nguồn chuyển mạch là sử dụng mạch để điều khiển ống chuyển mạch để bật và tắt tốc độ cao, tạo ra dạng sóngPWM, thông qua cuộn cảm và diode dòng điện liên tục, sử dụng chuyển đổi điện từ để điều chỉnh điện áp. Chuyển đổi nguồn điện, hiệu suất cao, nhiệt độ thấp, chúng tôi thường sử dụng mạch: LM2575, MC34063, SP6659, v.v. Về lý thuyết, nguồn điện chuyển mạch ở cả hai đầu mạch bằng nhau, điện áp tỷ lệ nghịch và dòng điện tỷ lệ nghịch.
Hình 3 Sơ đồ mạch cấp nguồn chuyển mạch LM2575
Sơ đồ PCB của nguồn điện chuyển mạch
Khi thiết kế PCB của bộ nguồn chuyển mạch, cần chú ý đến: điểm đầu vào của đường phản hồi và diode dòng điện liên tục là nơi cung cấp dòng điện liên tục. Như có thể thấy trong Hình 3, khi U1 được bật, dòng điện I2 đi vào cuộn cảm L1. Đặc tính của cuộn cảm là khi dòng điện chạy qua cuộn cảm không thể phát sinh đột ngột và cũng không thể biến mất đột ngột. Sự biến thiên của dòng điện trong cuộn cảm diễn ra theo thời gian. Dưới tác dụng của dòng điện xung I2 chạy qua cuộn cảm, một phần năng lượng điện được chuyển thành năng lượng từ, dòng điện tăng dần, đến một thời điểm nhất định, mạch điều khiển U1 tắt I2, do đặc tính của điện cảm, Dòng điện không thể đột ngột biến mất, lúc này diode hoạt động, nó chiếm lấy dòng điện I2 nên gọi là diode dòng điện liên tục, có thể thấy diode dòng điện liên tục được dùng để làm cuộn cảm. Dòng điện liên tục I3 bắt đầu từ cực âm của C3 và chạy vào cực dương của C3 qua D1 và L1, tương đương với một chiếc máy bơm, sử dụng năng lượng của cuộn cảm để tăng điện áp của tụ C3. Ngoài ra còn có vấn đề về điểm đầu vào của đường dây phản hồi phát hiện điện áp, cần được đưa trở lại vị trí sau khi lọc, nếu không độ gợn điện áp đầu ra sẽ lớn hơn. Hai điểm này thường bị nhiều nhà thiết kế PCB của chúng tôi bỏ qua, cho rằng cùng một mạng ở đó không giống nhau, trên thực tế, địa điểm không giống nhau và hiệu suất rất lớn. Hình 4 là sơ đồ PCB của bộ nguồn chuyển mạch LM2575. Hãy xem sơ đồ sai có gì sai.
Hình 4 Sơ đồ PCB của bộ nguồn chuyển mạch LM2575
Tại sao chúng ta muốn nói chi tiết về nguyên lý sơ đồ, vì sơ đồ chứa rất nhiều thông tin về PCB, chẳng hạn như điểm truy cập của chân thành phần, kích thước hiện tại của mạng nút, v.v., hãy xem sơ đồ, thiết kế PCB không phải là một vấn đề Các mạch LM7805 và LM2575 tương ứng là mạch bố trí điển hình của nguồn điện tuyến tính và nguồn điện chuyển mạch. Khi chế tạo PCBS, cách bố trí và nối dây của hai sơ đồ PCB này là trực tiếp trên dây chuyền, nhưng sản phẩm và bảng mạch cũng khác nhau, được điều chỉnh theo tình hình thực tế.
Mọi sự thay đổi đều không thể tách rời nên nguyên lý của mạch điện và cách thức hoạt động của bo mạch cũng như mọi sản phẩm điện tử đều không thể tách rời khỏi nguồn điện và mạch của nó, do đó, tìm hiểu hai mạch này, mạch kia cũng sẽ được hiểu.
Thời gian đăng: Jul-08-2023
