Pourquoi apprendre la conception de circuits de puissance
Le circuit d'alimentation est une partie importante d'un produit électronique, la conception du circuit d'alimentation est directement liée aux performances du produit.
Classification des circuits d'alimentation
Les circuits d'alimentation de nos produits électroniques comprennent principalement des alimentations linéaires et des alimentations à découpage haute fréquence.En théorie, l'alimentation linéaire correspond à la quantité de courant dont l'utilisateur a besoin, l'entrée fournira la quantité de courant ;L'alimentation à découpage correspond à la quantité d'énergie dont l'utilisateur a besoin et à la quantité d'énergie fournie à l'extrémité d'entrée.
Schéma de principe du circuit d'alimentation linéaire
Les dispositifs d'alimentation linéaire fonctionnent dans un état linéaire, comme nos puces de régulateur de tension couramment utilisées LM7805, LM317, SPX1117, etc.La figure 1 ci-dessous est le schéma de principe du circuit d'alimentation régulée LM7805.
Figure 1 Schéma de principe de l'alimentation linéaire
On peut voir sur la figure que l'alimentation linéaire est composée de composants fonctionnels tels que le redressement, le filtrage, la régulation de tension et le stockage d'énergie.Dans le même temps, l'alimentation linéaire générale est une alimentation à régulation de tension en série, le courant de sortie est égal au courant d'entrée, I1 = I2 + I3, I3 est l'extrémité de référence, le courant est très faible, donc I1≈I3 .Pourquoi voulons-nous parler du courant, car dans la conception du PCB, la largeur de chaque ligne n'est pas définie au hasard, doit être déterminée en fonction de la taille du courant entre les nœuds du schéma.La taille actuelle et le flux de courant doivent être clairs pour que la carte soit parfaite.
Schéma PCB d'alimentation linéaire
Lors de la conception du PCB, la disposition des composants doit être compacte, toutes les connexions doivent être aussi courtes que possible et les composants et les lignes doivent être disposés en fonction de la relation fonctionnelle des composants schématiques.Ce schéma d'alimentation est la première rectification, puis le filtrage, le filtrage est la régulation de tension, la régulation de tension est le condensateur de stockage d'énergie, après avoir traversé le condensateur jusqu'au circuit électrique suivant.
La figure 2 est le diagramme PCB du diagramme schématique ci-dessus, et les deux diagrammes sont similaires.L'image de gauche et l'image de droite sont un peu différentes, l'alimentation dans l'image de gauche est directement au pied d'entrée de la puce du régulateur de tension après rectification, puis au condensateur du régulateur de tension, où l'effet de filtrage du condensateur est bien pire , et la sortie est également problématique.L'image de droite est bonne.Nous devons non seulement considérer le flux du problème d'alimentation positive, mais également le problème de reflux. En général, la ligne électrique positive et la ligne de reflux au sol doivent être aussi proches que possible l'une de l'autre.
Figure 2 Schéma PCB de l'alimentation linéaire
Lors de la conception du PCB d'alimentation linéaire, nous devons également prêter attention au problème de dissipation thermique de la puce du régulateur de puissance de l'alimentation linéaire, comment la chaleur arrive, si l'extrémité avant de la puce du régulateur de tension est de 10 V, l'extrémité de sortie est de 5 V, et le courant de sortie est de 500 mA, il y a alors une chute de tension de 5 V sur la puce du régulateur et la chaleur générée est de 2,5 W ;Si la tension d'entrée est de 15 V, la chute de tension est de 10 V et la chaleur générée est de 5 W, nous devons donc réserver suffisamment d'espace de dissipation thermique ou un dissipateur thermique raisonnable en fonction de la puissance de dissipation thermique.L'alimentation linéaire est généralement utilisée dans les situations où la différence de pression est relativement faible et le courant est relativement faible, sinon, veuillez utiliser le circuit d'alimentation à découpage.
Exemple schématique de circuit d'alimentation à découpage haute fréquence
L'alimentation à découpage consiste à utiliser le circuit pour contrôler le tube de commutation pour une marche et une coupure à grande vitesse, générer une forme d'onde PWM, via l'inductance et la diode à courant continu, en utilisant la conversion électromagnétique pour réguler la tension.Alimentation à découpage, haute efficacité, faible chaleur, nous utilisons généralement le circuit : LM2575, MC34063, SP6659 et ainsi de suite.En théorie, l'alimentation à découpage est égale aux deux extrémités du circuit, la tension est inversement proportionnelle et le courant est inversement proportionnel.
Figure 3 Schéma de principe du circuit d'alimentation à découpage LM2575
Schéma PCB de l'alimentation à découpage
Lors de la conception du PCB de l'alimentation à découpage, il est nécessaire de faire attention aux points suivants : le point d'entrée de la ligne de rétroaction et la diode à courant continu sont ceux pour lesquels le courant continu est donné.Comme le montre la figure 3, lorsque U1 est allumé, le courant I2 entre dans l'inductance L1.La caractéristique de l'inducteur est que lorsque le courant traverse l'inducteur, il ne peut pas être généré soudainement, ni disparaître soudainement.Le changement de courant dans l'inducteur a un processus temporel.Sous l'action du courant pulsé I2 circulant à travers l'inductance, une partie de l'énergie électrique est convertie en énergie magnétique, et le courant augmente progressivement, à un certain moment, le circuit de commande U1 éteint I2, en raison des caractéristiques de l'inductance, le le courant ne peut pas disparaître brusquement, à ce moment la diode fonctionne, elle reprend le courant I2, on l'appelle donc la diode à courant continu, on voit que la diode à courant continu est utilisée pour l'inductance.Le courant continu I3 part de l'extrémité négative de C3 et circule dans l'extrémité positive de C3 via D1 et L1, ce qui équivaut à une pompe, utilisant l'énergie de l'inducteur pour augmenter la tension du condensateur C3.Il y a aussi le problème du point d'entrée de la ligne de rétroaction de détection de tension, qui doit être renvoyé à l'endroit après filtrage, sinon l'ondulation de la tension de sortie sera plus grande.Ces deux points sont souvent ignorés par nombre de nos concepteurs de PCB, pensant que le même réseau n'est pas le même là-bas, en fait, l'endroit n'est pas le même et l'impact sur les performances est grand.La figure 4 est le schéma PCB de l'alimentation à découpage LM2575.Voyons ce qui ne va pas avec le mauvais diagramme.
Figure 4 Schéma PCB de l'alimentation à découpage LM2575
Pourquoi voulons-nous parler du principe du schéma en détail, car le schéma contient de nombreuses informations sur le PCB, telles que le point d'accès de la broche du composant, la taille actuelle du réseau de nœuds, etc., voir le schéma, la conception du PCB n'est pas un problème.Les circuits LM7805 et LM2575 représentent respectivement le circuit typique de l'alimentation linéaire et de l'alimentation à découpage.Lors de la fabrication de PCBS, la disposition et le câblage de ces deux schémas PCB sont directement sur la ligne, mais les produits sont différents et le circuit imprimé est différent, qui est ajusté en fonction de la situation réelle.
Tous les changements sont indissociables, donc le principe du circuit d'alimentation et la façon dont la carte l'est, et chaque produit électronique est indissociable de l'alimentation et de son circuit, donc apprenez les deux circuits, l'autre est également compris.
Heure de publication : 04 juillet 2023