Miért érdemes áramkör-tervezést tanulni?
A tápegység áramköre az elektronikus termék fontos része, a tápegység áramkörének kialakítása közvetlenül összefügg a termék teljesítményével.
A tápegységi áramkörök osztályozása
Elektronikus termékeink áramkörei főként lineáris tápegységeket és nagyfrekvenciás kapcsolóüzemű tápegységeket tartalmaznak. Elméletileg a lineáris tápegység meghatározza, hogy mennyi áramra van szüksége a felhasználónak, a bemenet mennyi áramot biztosít; a kapcsolóüzemű tápegység meghatározza, hogy mennyi energiára van szüksége a felhasználónak, és mennyi teljesítmény áll rendelkezésre a bemeneten.
A lineáris tápegység áramkörének vázlatos rajza
A lineáris tápegységek lineáris állapotban működnek, mint például az általunk gyakran használt LM7805, LM317, SPX1117 feszültségszabályozó chipek és így tovább. Az alábbi 1. ábra az LM7805 szabályozott tápegység áramkörének vázlatos rajza.
1. ábra A lineáris tápegység vázlatos rajza
Az ábrából látható, hogy a lineáris tápegység olyan funkcionális komponensekből áll, mint az egyenirányítás, a szűrés, a feszültségszabályozás és az energiatárolás. Ugyanakkor az általános lineáris tápegység egy soros feszültségszabályozású tápegység, a kimeneti áram megegyezik a bemeneti árammal, I1=I2+I3, I3 a referenciaérték, az áram nagyon kicsi, tehát I1≈I3. Miért akarunk az áramról beszélni? A NYÁK-tervezésnél az egyes vonalak szélessége nem véletlenszerűen van beállítva, hanem a kapcsolási rajz csomópontjai közötti áram nagysága alapján kell meghatározni. Az áram nagyságának és az áramfolyásnak egyértelműnek kell lennie, hogy a kártya tökéletes legyen.
Lineáris tápegység NYÁK-diagramja
A NYÁK tervezésekor az alkatrészek elrendezésének kompaktnak kell lennie, minden csatlakozásnak a lehető legrövidebbnek, az alkatrészeket és a vezetékeket pedig a vázlatos alkatrészek funkcionális kapcsolatának megfelelően kell elhelyezni. Ez a tápegység-diagram az első egyenirányítás, majd a szűrés, a szűrés a feszültségszabályozás, a feszültségszabályozás az energiatároló kondenzátor, miután a kondenzátoron átfolyik az áram a következő áramkörbe.
A 2. ábra a fenti vázlatos rajz NYÁK-diagramja, és a két ábra hasonló. A bal és a jobb oldali kép kissé eltér, a bal oldali képen a tápegység közvetlenül a feszültségszabályozó chip bemeneti lábához van csatlakoztatva egyenirányítás után, majd a feszültségszabályozó kondenzátorhoz, ahol a kondenzátor szűrőhatása sokkal rosszabb, és a kimenet is problémás. A jobb oldali kép jó. Nemcsak a tápegység pozitív pólusának áramlását kell figyelembe venni, hanem a visszaáramlás problémáját is figyelembe kell venni, általánosságban a pozitív tápvezetéknek és a föld visszaáramlási vezetékének a lehető legközelebb kell lennie egymáshoz.
2. ábra Lineáris tápegység NYÁK-diagramja
A lineáris tápegység NYÁK-jának tervezésekor figyelembe kell venni a lineáris tápegység teljesítményszabályozó chipjének hőelvezetési problémáját is, azaz azt, hogy hogyan keletkezik a hő. Ha a feszültségszabályozó chip előlapja 10 V, a kimeneti vége 5 V, és a kimeneti áram 500 mA, akkor a szabályozó chipen 5 V feszültségesés keletkezik, és a keletkező hő 2,5 W. Ha a bemeneti feszültség 15 V, a feszültségesés 10 V, a keletkező hő pedig 5 W, ezért elegendő hőelvezetési helyet vagy ésszerű hűtőbordát kell elkülöníteni a hőelvezetési teljesítménynek megfelelően. A lineáris tápegységet általában olyan helyzetekben használják, ahol a nyomáskülönbség viszonylag kicsi, és az áram is viszonylag kicsi, ellenkező esetben kapcsolóüzemű tápegység áramkört kell használni.
Nagyfrekvenciás kapcsolóüzemű tápegység áramkörének vázlatos példája
A kapcsolóüzemű tápegység (Switching Power) áramköre vezérli a kapcsolócső nagysebességű be- és kikapcsolását, PWM hullámformát generál az induktor és a folyamatos áramú dióda segítségével, elektromágneses átalakítással szabályozva a feszültséget. A kapcsolóüzemű tápegység nagy hatásfokú és alacsony hőtermelésű, ezért általában az LM2575, MC34063, SP6659 és hasonló áramköröket használjuk. Elméletileg a kapcsolóüzemű tápegység áramkörének mindkét végén egyenlő a feszültség, és az áram is fordítottan arányos.
3. ábra Az LM2575 kapcsolóüzemű tápegység áramkörének vázlatos rajza
Kapcsoló tápegység NYÁK-diagramja
A kapcsolóüzemű tápegység NYÁK-jának tervezésekor figyelni kell a következőkre: a visszacsatoló vezeték bemeneti pontja és az egyenáramú dióda az, akiknek az egyenáramú áramot adják. Amint a 3. ábrán látható, az U1 bekapcsolásakor az I2 áram belép az L1 induktorba. Az induktor jellemzője, hogy amikor az áram átfolyik rajta, az nem keletkezhet hirtelen, és nem is tűnhet el hirtelen. Az induktorban az áram változása időbeli folyamatot követ. Az induktoron átfolyó I2 impulzusáram hatására az elektromos energia egy része mágneses energiává alakul, és az áram fokozatosan növekszik, egy bizonyos időpontban az U1 vezérlőáramkör kikapcsolja az I2-t, az induktivitás tulajdonságai miatt az áram nem tűnhet el hirtelen, ilyenkor a dióda működik, átveszi az I2 áramot, ezért egyenáramú diódának nevezik, látható, hogy az egyenáramú dióda az induktivitást szolgálja. Az I3 folytonos áram a C3 negatív végéről indul, és a D1 és L1 kapcsokon keresztül a C3 pozitív végébe folyik, ami egy pumpálásnak felel meg, és az induktor energiáját felhasználva növeli a C3 kondenzátor feszültségét. Probléma merül fel a feszültségérzékelés visszacsatoló vezetékének bemeneti pontjával is, amelyet a szűrés után vissza kellene vezetni a helyre, különben a kimeneti feszültség ingadozása nagyobb lesz. Ezt a két pontot sok NYÁK-tervezőnk gyakran figyelmen kívül hagyja, azt gondolva, hogy ugyanaz a hálózat nem ugyanaz ott, sőt, a hely sem ugyanaz, és a teljesítményre gyakorolt hatás nagy. A 4. ábra az LM2575 kapcsolóüzemű tápegység NYÁK-diagramja. Nézzük meg, mi a baj a rossz diagrammal.
4. ábra Az LM2575 kapcsolóüzemű tápegység NYÁK-diagramja
Miért akarunk részletesen beszélni a vázlatos elvről, mivel a vázlat sok NYÁK-információt tartalmaz, például az alkatrészcsatlakozó hozzáférési pontját, a csomópont-hálózat aktuális méretét stb., lásd a vázlatot, a NYÁK-tervezés nem jelent problémát. Az LM7805 és LM2575 áramkörök a lineáris tápegység, illetve a kapcsolóüzemű tápegység tipikus elrendezési áramkörét képviselik. NYÁK-ok gyártásakor e két NYÁK-diagram elrendezése és bekötése közvetlenül a vonalon van, de a termékek eltérőek, és az áramköri lap is eltérő, amelyet a tényleges helyzetnek megfelelően állítanak be.
Minden változás elválaszthatatlan, tehát az áramkör elve és a panel működési módja is ilyen, és minden elektronikus termék elválaszthatatlan a tápegységtől és annak áramkörétől, ezért a két áramkör megismerése után a másik is érthető.
Közzététel ideje: 2023. július 4.
