Structura unei surse de alimentare

În timp ce îmi amintesc de primul sistem electronic important de antrenament la care am lucrat în timpul armatei, gândurile mele se concentrează imediat asupra surselor de alimentare și a importanței acestora. Pe măsură ce pregătirea mea a progresat, accentul pus pe întreținerea acestor surse de alimentare a fost subliniat cu atenție. Nevoia de putere, în acest caz, era o chestiune de viață sau de moarte, deoarece sistemul în sine era un sistem de rachete ghidate radar.

Importanța surselor de alimentare pentru funcționalitatea tuturor dispozitivelor electronice rămâne aceeași. Dacă vă îndoiți de asta, uitați să vă încărcați smartphone-ul. Fără o sursă de alimentare, dispozitivele electronice, indiferent de complexitate, încetează să mai funcționeze. Cu toate acestea, sursele de alimentare nu sunt un scenariu unic. Unele dispozitive electronice necesită un tip de alimentare mai specific pentru a permite funcționalitatea corectă. O astfel de sursă de alimentare care se potrivește acestui criteriu unic este o sursă de alimentare duală.

unei

Caracteristici ale sursei de alimentare duble

Numele, sursă de alimentare dublă, poate fi puțin înșelător. Deși oferă două tensiuni separate, una pozitivă și una negativă, sursa de alimentare în sine este încă o sursă singulară. Diferența aici, de exemplu, este că aveți acces atât la +12 volți, cât și la -12 volți simultan dintr-o sursă singulară.

Această configurație unică de alimentare poate fi avantajoasă și face posibilă anumite funcționalități ale dispozitivului. Nevoia de surse de alimentare duble este o bază în dispozitivele precum laptopurile și televizoarele.

Multe circuite analogice electronice necesită o sursă de alimentare duală pentru o funcționalitate adecvată, iar acest lucru este valabil mai ales pentru circuitele amplificatorului operațional. O sursă de tensiune negativă este o cerință a diferitelor sisteme digitale, precum convertoarele și comparatoarele analog-digital. Cu toate acestea, pentru aceste dispozitive, cererea actuală va fi minimă și generarea unei surse de alimentare negative atât de mici, cât o autonomie, nu este nici rentabilă, nici eficientă. Acest lucru se datorează în primul rând necesității unor cantități semnificative de circuite integrate și componente discrete pentru a atinge nivelul de putere dorit.

Alimentatoare duale și amplificatoare operaționale

Amplificatoarele operaționale necesită șine duale de alimentare pentru o funcționalitate adecvată. Gama lor tipică de semnale de intrare care produc tensiune de ieșire poate fi negativă sau pozitivă și, prin urmare, necesită schimbarea.

Un semnal standard de la un amplificator operațional este relativ la masă și acesta este de obicei între cele două șine de alimentare. Prin urmare, oferta pozitivă și oferta negativă sunt, în general, simetrice în raport cu solul, dar nu de fiecare dată. Fără o sursă de alimentare dublă, semnalul de ieșire de la un amplificator operațional ar clipi la potențialul de la sol.

În timp ce observați diagrama de conectare de mai sus a unui amplificator operațional, este evident că nu există nici un pin de masă sau terminal.

Amplificatoarele operaționale necesită doar tensiunea dintre șina pozitivă și șina negativă pentru a funcționa. Este posibil să-și alimenteze nevoile de tensiune cu o singură sursă de energie care este egală cu suma. Cu toate acestea, deoarece aceste circuite necesită de obicei o referință la masă, descriem amplificatoarele operaționale ca având surse de alimentare duale.

Structura unei surse de alimentare duble

Deoarece multe dintre dispozitivele de astăzi necesită tensiuni mai mici, vom examina procesul de conversie a unei singure tensiuni într-o sursă de alimentare dublă de +5 volți și -5 volți DC. Există diverse metode disponibile care vă permit capacitatea de a împărți o singură tensiune, dar acestea nu oferă un potențial de masă virtual constant.

De exemplu, am putea folosi o pereche de baterii pentru a ne atinge obiectivul. Cu toate acestea, indiferent de eficiența proiectării circuitului nostru, inevitabil, o baterie se va epuiza mai repede decât cealaltă. Acest lucru, desigur, duce la echilibrarea problemelor cu tensiunile noastre cu polaritate duală.

Virtual Ground, atunci când se referă la amplificatoare operaționale, indică faptul că tensiunea la un anumit nod este aproape echivalentă cu tensiunea la sol sau 0 volți. Cu toate acestea, nu există o conexiune fizică la sol. Conceptul descris este util în analiza circuitelor amplificatorului operațional și simplifică multe dintre calculele necesare.

Din nou, am putea folosi și un divizor de potențial de rezistență. Cu toate acestea, în acest scenariu, o parte din energie se va disipa sub formă de căldură, iar tensiunea dublă de alimentare va avea probleme de stabilitate. Cu excepția cazului în care, desigur, nu încorporăm convertizoare de tensiune CMOS cu condensator comutat în proiectarea noastră, cum ar fi ICL7660. Aceste convertoare de tensiune monolitice CMOS cu condensator comutat sunt capabile să dubleze, să inverseze, să divizeze și chiar să înmulțească o tensiune de intrare pozitivă.

Pentru aspectul nostru, vom utiliza ICL7660 și ICL7660A pentru a crea sursa noastră de alimentare duală. De asemenea, din punct de vedere al specificațiilor, aceste convertoare de tensiune CMOS monolitice pot converti tensiuni de intrare variind de la +1,5 volți la +10 volți, cu un interval de tensiune de ieșire de la -1,5 volți la -10 volți. În plus, atât ICL7660, cât și ICL7660A conțin deja toate circuitele necesare pentru a finaliza un convertor de tensiune negativă, cu excepția celor două condensatoare externe necesare.

Diagrama de circuit de mai sus este o reprezentare a sursei de energie dublă de ± 5 volți finalizată utilizând ICL760. De asemenea, cu acest design, puteți obține tensiunea de intrare necesară + 5 volți de la orice port USB, indiferent dacă este un încărcător de perete sau un port USB al computerului.

Alte considerații privind aplicația ICL7660

Ar trebui să plasați condensatorul C2 lângă IC2 pentru a inhiba blocarea dispozitivului. De asemenea, nu aplicați mai mult de 12 volți pentru ICL7660A și 10 volți pentru ICL7660.

Evitați conectarea terminalului BT la masă atunci când utilizați tensiuni de alimentare de peste 3,5 volți.

Când utilizați condensatori polarizați, ar trebui să conectați terminalul [+] al C2 la masă și ar trebui să conectați și terminalul [+] al C1 la pinul 2 al ICL7660, precum și la ICL7660A.

Ca o recomandare, ar trebui să utilizați condensatori ESR (rezistență echivalentă în serie) în locul C1 și C2, pentru cele mai bune performanțe. "diagrama de mai sus"

Ar trebui să conectați un condensator tampon la sursa de intrare dacă lungimea firului este lungă între USB și circuit.

Există o limitare a circuitului de ieșire de 40 miliamperi pentru acest proiect de circuit. Dacă cerința dvs. de alimentare cu energie dublă este mai mare, puteți utiliza IC MAX660 în loc de U1. "diagrama de mai sus"

Cu grija adecvată pentru sursele de alimentare, va fi produsă placa de circuite imprimate.

Alimentarea dublă este un circuit avantajos și, în unele cazuri, o cerință absolută. Deși poate fi un circuit simplu în ansamblu, nu își marginalizează importanța în funcționalitatea dispozitivelor precum amplificatoare operaționale. Sursele de alimentare duble sunt o componentă esențială în multe dintre dispozitivele electronice actuale.

Când lucrați prin aspectul unei surse de alimentare, utilizați suita de instrumente de proiectare și analiză de la Cadence. Lucrul prin aspectul circuitelor dvs. este ușor cu Allegro PCB Designer și instrumentele sale de analiză a circuitelor vă vor asigura că ajung la producție în mod fiabil.

Dacă doriți să aflați mai multe despre modul în care Cadence are soluția pentru dvs., discutați cu echipa noastră de experți și cu noi.

Despre autor

Soluțiile Cadence PCB sunt un instrument complet de proiectare față în spate pentru a permite crearea rapidă și eficientă a produselor. Cadența permite utilizatorilor să scurteze cu precizie ciclurile de proiectare pentru a le transmite producției prin standardul industrial IPC-2581 modern.

Urmăriți pe Linkedin Vizitați site-ul web Mai mult conținut de Cadence PCB Solutions
Articolul anterior

Eșecul unui test de captare schematic nu este sfârșitul lumii sau designul dvs.; cu toate acestea, înseamnă că ești tu.

Articolul următor

Lanțul de aprovizionare FMEA este un mijloc eficient de a vă asigura că plăcile sunt fiabile. În acest blog, vă arătăm cum.