În anii 1940, Marina Statelor Unite s-a bazat pe teletipuri alimentate de sursa de curent continuu „REC-30 redresor” pentru comunicare. Sursa de alimentare de comutare de 100 de kilograme, cu o lățime de doi metri, a folosit un autotransformator mare care ar putea accepta mai multe tensiuni de intrare cu o ieșire de 400 VAC pentru tuburile de tirat cu vapori de mercur. Tuburile funcționau ca redresoare care rectificau și reglau tensiunea alternativă într-o ieșire de 120 vcc filtrată de o rețea de condensatori și inductori.

Sursele de alimentare DC nu sunt create la fel

Sursele de curent continuu stabilesc tensiunile de ieșire de curent continuu necesare pentru o mare varietate de dispozitive de consum și industriale. În timp ce conceptul unei surse de curent continuu poate părea simplu, două tipuri de bază de surse de curent continuu - modul liniar și comutat - răspund cerințelor acestor dispozitive. În timp ce sursele de alimentare liniare conduc curentul, sursele de alimentare în modul comutat convertesc cc într-un semnal comutat. Redresoarele din modul de alimentare cu comutare produc tensiunile de ieșire de curent continuu.

În ceea ce privește dimensiunea fizică, sursele de alimentare liniare sunt de obicei mai mari și mai grele. Cele două tipuri de surse de alimentare diferă, de asemenea, în ceea ce privește modul în care proiectele abordează interferențele electromagnetice (EMI), manipularea puterii și reglarea. Deși sursele de alimentare liniare continuă să funcționeze pentru unele aplicații, majoritatea dispozitivelor utilizează surse de alimentare cu comutare (SMPS). O sursă de comutare rectifică și filtrează o tensiune de intrare ca pentru a obține tensiunile de ieșire de curent continuu.

Sursele de alimentare în modul comutat includ două tipuri

Majoritatea SMPS urmează o abordare modulată pe lățime de impuls (PWM) care funcționează fie în modul forward, fie în modul boost. Alimentările în mod direct au la ieșire un filtru L-C care creează o tensiune de ieșire DC din media volt-timp a ieșirii obținute din filtru. Pentru a controla media volt-timp a semnalului, regulatorul de alimentare cu comutare schimbă ciclul de funcționare al tensiunii dreptunghiulare de intrare.

Alimentările din modul Boost conectează un inductor direct pe sursa de tensiune de intrare atunci când comutatorul de alimentare este pornit. Curentul inductor crește de la zero și atinge apogeul simultan cu oprirea comutatorului de alimentare. Un redresor de ieșire blochează tensiunea de ieșire a inductorului și împiedică depășirea tensiunii de ieșire. Când energia stocată în miezul inductorului trece la condensatorul de ieșire, terminalul comutat al inductorului cade înapoi la nivelul tensiunii de intrare.

Alegeți componente care se potrivesc cu specificațiile sursei de alimentare

În timp ce furnizorii oferă o gamă largă de componente pasive și active, sursele de curent continuu necesită componente care corespund specificațiilor necesare pentru a obține o bună stabilitate a sursei de alimentare. De exemplu, inductoarele necesită o temperatură mai mare pentru a rezista la temperatura ridicată de funcționare cauzată de rezistența înfășurării transformatorului SMPS.

Diodele Schottky, tiristoarele și MOSFET-urile utilizate ca redresoare de punte trebuie să gestioneze curenții de vârf și de ieșire ai alimentării, precum și nivelul căderilor de tensiune. În plus, circuitele trebuie să controleze comutarea MOSFET pentru a preveni scurtcircuitele la intrarea circuitului. Orice proiectare a sursei de curent continuu trebuie să încorporeze componente adecvate în circuitele de ieșire care să prevină tensiunile și curenții inversi.

Menținerea modelelor SPICE precise și fiabile ale componentelor menționate mai sus este esențială pentru orice proiectant care lucrează prin validarea și verificarea circuitului lor. Utilizând o bibliotecă de peste 34.000 de modele de componente precise, PSpice se poate asigura că circuitul dvs. este optimizat atât pentru utilizare cât și pentru randament înainte de a intra în producție.

Începeți cu aspectul

Detaliile tehnice complexe și cerințele funcționale implicate în alimentarea cu curent continuu provoacă echipele de proiectare. În orice proiectare, aspectul stabilește comportamentele funcționale și termice, precum și cerințele EMI pentru sursa de alimentare. Un aspect bun optimizează eficiența aprovizionării.

Un aspect slab introduce probleme la niveluri de curent ridicate și diferențe mari între tensiunile de intrare la ieșire. Alte probleme obișnuite de alimentare cu energie asociate cu aspectele slabe ale PCB includ pierderea reglării la curenți mari de ieșire, zgomot excesiv la formele de undă de ieșire și de comutare și instabilitatea circuitului.

Dispozitivul de alimentare cu PCB închis.

La stabilirea unei surse de alimentare SMPS, proiectanții PCB trebuie să controleze circumferința comutatorului de alimentare și a buclelor redresoare de ieșire, precum și lungimea și lățimea urmelor. Menținerea circumferințelor buclei mici elimină posibilitatea ca bucla să funcționeze ca o antenă cu zgomot de joasă frecvență. Urmele mai largi asigură, de asemenea, scufundarea suplimentară a căldurii pentru întrerupător și redresoare.

Regulatoarele de comutare funcționează cu stări de alimentare „pornit” și „oprit”. Fiecare stare de alimentare „pornit” și „oprit” determină componentele de alimentare să conducă și să creeze bucla curentă. Ca rezultat, impulsuri mari de curent cu margini ascuțite curg în circuitul de alimentare cu comutare pot crea EMI. Un aspect bun al sursei de alimentare definește aspectul buclelor în funcție de fluxul curent. Cu buclele de curent care se desfășoară în aceeași direcție, circuitele de control se cuplează în puncte specifice din aspect. Cu această abordare, câmpul magnetic nu poate fi inversat de-a lungul urmelor situate între cele două semicicluri și generează EMI radiat.

Proiectele bune de PCB asigură, de asemenea, că componentele din buclă și fiecare condensator au un aspect identic și simetric. Rafinarea aspectului dvs. în acest fel asigură faptul că condensatorii paraleli împart în mod egal curentul și încălzirea. Utilizarea condensatorilor paraleli permite condensatorului de filtrare să scadă niveluri mai ridicate de curent de ondulare, reducând în același timp încălzirea componentelor.

Acordați atenție urmelor sursei de alimentare

Când lucrați cu o schemă de alimentare de curent continuu, păstrați urmele care gestionează curenți mari de comutare scurți, direcți și groși. Lățimea urmelor are un impact direct asupra capacității sursei de alimentare de a minimiza zgomotul, precum și cantitatea de cădere de tensiune. Pe măsură ce curentul mare trece prin buclă și întâlnește rezistența la urme, are loc o cădere de tensiune și radiază zgomot RF.

Utilizarea urmelor mai largi reduce propagarea zgomotului din cauza a doi factori. O relație invers proporțională care există între lățimea urmei și inductanță. Relația cu inductanța devine importantă deoarece inductanța scade răspunsul în frecvență al buclei. La frecvențe mai mici, bucla devine o antenă mai eficientă. Cu bucla care radiază doar frecvențe mai mici, mai multă energie de zgomot scapă în mediu. Există și o altă relație invers proporțională între lățimea urmelor și rezistență. Zgomotul și curentul său asociat parcurg orice cale de rezistență scăzută înapoi în locul în care își are originea generația.

Analizând câștigul de tensiune într-o gamă de unghiuri și gestionând unghiul de fază al circuitului, PSpice vă poate ajuta să planificați și să simulați lățimea corectă a urmelor în proiectele dvs. de circuite. Acest lucru este extrem de important atunci când vă îndreptați către aspect, fără lățimea adecvată a urmelor, designul dvs. poate fi scurtat cu ușurință sau nu poate îndeplini cerințele de energie.

Tehnicile de gestionare a urmelor sunt imperative atunci când vine vorba de dirijarea corectă a unei surse de alimentare.

Stabiliți temeiurile corecte

Sursele de alimentare de comutare se bazează de obicei pe următoarele motive separate la intrare, ieșire și pentru control.

Intrare la sursă de curent mare

Intrare masă buclă curent curent mare

Masă redresor de curent mare de ieșire

Iesire la masa cu curent mare

Teren de control la nivel scăzut

Orice circuit de alimentare va deveni instabil dacă terenurile se conectează incorect. Pentru un SMPS, fiecare masă cu curent ridicat servește ca un picior al buclelor curente, reprezentând în același timp cea mai mică cale de întoarcere potențială pentru curenți.

Toate componentele unei surse de curent continuu trebuie conectate la un plan de masă. Mai ales atunci când lucrați cu surse de alimentare de comutare, utilizați un plan de masă pe ambele părți ale PCB și în jurul urmelor de curent mare. O sursă de curent continuu cu un plan de masă pe ambele părți absoarbe EMI radiat, reduce zgomotul și reduce erorile buclei de masă. Planurile de la sol funcționează ca scuturi electrostatice și disipează EMI radiat în curenții turbionari. În plus, planurile de la sol separă, de asemenea, urmele planului de putere și componentele planului de putere de componentele planului de semnal.

Suita de instrumente de proiectare și analiză de la Cadence este mai mult decât capabilă să rezolve provocările oricărui proiect de sursă de alimentare. PSpice, soluția dvs. de simulare, vă va fi alături de fiecare model, simulare și speranță de toleranță necesare pentru a genera cea mai mare încredere în funcția de design.

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

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

pentru

Selectarea șocurilor de ferită și a clemelor pentru a minimiza RFI în proiectarea dvs. este o parte importantă a oricărei fabricații .

Articolul următor

Avantajul utilizării dispozitivelor Bluetooth cu consum redus de energie este durata de viață extinsă a bateriei, economisirea energiei și multe altele.