12 septembrie 2019, în Blog

Una dintre cele mai fundamentale legi ale fizicii este Legea conservării energiei, care poate fi rezumată după cum urmează:

„În cadrul unui sistem închis, energia nu poate fi creată sau distrusă, ci doar schimbă forma”.

Practic, acest lucru poate fi interpretat ca un sistem izolat, care nu interacționează cu nicio forță exterioară, păstrează un nivel constant de energie internă. Această premisă a fost catalizatorul multor scheme de construire a unor sisteme energetice autosustenabile care ar putea dura permanent. Până în prezent, izolarea completă a unui sistem astfel încât să nu se câștige sau să nu se piardă energie s-a dovedit a fi dificilă. Asta înseamnă că sistemele care necesită energie trebuie să fie reîncărcate periodic, la fel ca noi.

proiectării

Având nevoie de reîncărcare

Circuitele de alimentare sunt sursa de reîncărcare pentru sistemele electronice și plăcile de circuite. Unele plăci conțin sub-circuite de alimentare; cu toate acestea, este comun ca PCB-urile să servească și ca surse de alimentare. Aceste plăci sunt de fapt convertoare, deoarece convertesc o sursă de energie de intrare într-o ieșire care îndeplinește cerințele unei sarcini, sistem sau circuit. Indiferent de sursă și de cerințele de încărcare, este întotdeauna important să faceți din construcția plăcii dvs. o parte integrantă a proiectării aspectului PCB pentru proiectarea dvs. Mai întâi, să discutăm diferitele tipuri de circuite de alimentare și apoi vom defini fundamentele proiectării sursei de alimentare care ar trebui aplicate pentru dezvoltarea lor.

Tipuri de circuite de alimentare

Fiind convertoare sau punți între o sursă electrică de intrare și o sarcină electronică, circuitele de alimentare pot fi clasificate în unul dintre grupurile din tabelul de mai jos.

Ieșiri

Așa cum se arată mai sus, circuitele de alimentare sunt utilizate în principiu pentru a schimba energia de la o stare la alta, de la AC la CC sau invers, pentru a schimba nivelurile, creșterea sau scăderea tensiunii sau a frecvenței. Sursele de alimentare AC-AC pot fi, de asemenea, utilizate pentru a izola circuitele de intrare de ieșiri. În plus față de tipurile de mai sus, circuitele de alimentare pot fi clasificate fie ca fiind reglementate sau nereglementate. Sursele de alimentare reglementate includ dispozitive pentru menținerea nivelului de tensiune de ieșire. Aceste regulatoare de tensiune nu sunt prezente în sursele de alimentare nereglementate, iar ieșirea variază în funcție de intrare și de modificările curentului de sarcină.

Circuitele de alimentare sunt, de asemenea, clasificate în funcție de funcționarea lor. Cele două tipuri operaționale de bază sunt liniare și de comutare sau de comutare.

Alimentare liniară

Exemplu schematic de alimentare liniară

Sursa de alimentare liniară de mai sus este utilizată pentru a converti o intrare de curent alternativ, partea principală a transformatorului TR1, în curent continuu pentru distribuție. Acest circuit include un regulator de tensiune, IC1, care va oferi o tensiune constantă, indiferent de sarcină, R1. Această sursă de alimentare liniară demonstrează funcționarea de bază a acestor circuite, care pot avea multe configurații diferite. Sursele de alimentare liniare sunt de obicei utilizate în sistemele cu putere redusă. Avantajele sunt simplitatea, costul redus, fiabilitatea și zgomotul redus; cu toate acestea, acestea sunt ineficiente, ceea ce devine mai mult o preocupare în aplicațiile cu putere mai mare.

Alimentare cu comutare

Alternativa la utilizarea unei surse de alimentare liniare este o sursă de alimentare cu comutare sau SMPS, prezentată în figura de mai jos.

Exemplu schematic de alimentare SMPS

O sursă de alimentare SMPS conține circuite de comutare; cum ar fi tranzistorul T1 de mai sus, care convertește curentul continuu rectificat din circuitul de punte, B1, în curent alternativ de înaltă frecvență. Nivelul de frecvență este determinat sau setat de semnalul de control care pornește și oprește tranzistorul. În circuitul de mai sus, ieșirea este netezită sau reglată de filtrul LC înainte de a fi aplicată sarcinii, R1. De obicei, circuitele SMPS sunt mai complexe decât sursele de alimentare liniare și comutarea introduce zgomot care poate crea EMI, care poate afecta traseul de urmărire în timpul aspectului PCB. Cu toate acestea, aceste surse de alimentare sunt mai eficiente și pot utiliza componente mai mici decât sursele de alimentare liniare. SMPS-urile sunt cel mai adesea pentru sistemele digitale.

Bazele proiectării sursei de alimentare

La proiectarea unui SMPS sau a unei plăci de circuite de alimentare liniare, există zone comune de îngrijorare. Acestea includ considerații termice, EMI sau zgomot și în funcție de nivelul de putere greutăți de cupru. Un alt aspect important este proiectarea filtrului de alimentare. Deși cerințele dvs. specifice de proiectare vor dicta alegeri specifice de proiectare, există fundamentele generale ale proiectării sursei de alimentare pentru PCB-uri care trebuie respectate întotdeauna, așa cum sunt enumerate mai jos.

  • Optimizați-vă designul de filtrare

Performanța circuitelor de filtrare depinde de selectarea valorilor componentei adecvate pentru componentele filtrului, inductanță, capacitate și rezistență. Deoarece valorile reale ale componentelor disponibile pot să nu se potrivească valorilor calculate, ar trebui să combinați valorile componentelor care oferă cel mai bun răspuns, determinat prin simulări.

  • Alegeți greutăți de cupru adecvate

Curentii de alimentare pot fi destul de mari; prin urmare, este imperativ să vă asigurați că lățimile urmei și grosimea sau greutățile cuprului sunt capabile să transporte curenții necesari. De asemenea, este important să vă asigurați că aspectul dvs. respectă toleranțele de degajare, astfel cum sunt stipulate în regulile DFM ale producătorului contractului (CM).

  • Potriviți selecția dvs. de material cu tipul de tablă

Pentru circuitele de mare putere, asigurați-vă că placa dvs. poate rezista la nivelurile de temperatură care vor fi generate alegând materiale cu un coeficient adecvat de expansiune termică (CTE). Pentru SMPS-uri, dacă un design de mare viteză, atunci proprietățile cum ar fi constanta dielectrică, dk, factorul de disipare, df, pierderea dielectrică, pierderea conductorului, Ploss, devin importante și ar trebui să vă ghideze selecția materialului.

  • Asigurați-vă că placa dvs. include o disipare termică adecvată

Una, dacă nu cea mai mare, preocuparea pentru plăcile de alimentare este eliminarea excesului de căldură. Este esențial ca proiectarea dvs. să includă tehnici adecvate pentru disiparea termică. De exemplu, utilizarea plăcuțelor termice și a radiatoarelor. În schimb, este important, de asemenea, pentru asamblarea PCB-ului, ca placa dvs. să aibă o rezistență termică adecvată, astfel încât să se poată obține o calitate bună a îmbinării de lipit.