Lernen Sie diese beiden Schaltkreise kennen, PCB-Design ist nicht schwierig!

Warum Stromkreisdesign lernen?
Die Stromversorgungsschaltung ist ein wichtiger Bestandteil eines elektronischen Produkts. Das Design der Stromversorgungsschaltung steht in direktem Zusammenhang mit der Leistung des Produkts.

Klassifizierung von Stromversorgungskreisen
Die Stromkreise unserer elektronischen Produkte bestehen hauptsächlich aus linearen Netzteilen und Hochfrequenz-Schaltnetzteilen. Theoretisch gibt das lineare Netzteil an, wie viel Strom der Benutzer benötigt und wie viel Strom der Eingang liefert. Das Schaltnetzteil gibt an, wie viel Strom der Benutzer benötigt und wie viel Strom am Eingangsende bereitgestellt wird.
Schematische Darstellung der linearen Stromversorgungsschaltung
Lineare Stromversorgungsgeräte arbeiten in einem linearen Zustand, wie beispielsweise unsere häufig verwendeten Spannungsreglerchips LM7805, LM317, SPX1117 usw. Abbildung 1 unten zeigt das schematische Diagramm der geregelten Stromversorgungsschaltung LM7805.

Abbildung 1 Schematische Darstellung der linearen Stromversorgung
Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass das lineare Netzteil aus Funktionskomponenten wie Gleichrichtung, Filterung, Spannungsregelung und Energiespeicher besteht. Gleichzeitig handelt es sich bei einem linearen Netzteil im Allgemeinen um ein Netzteil mit Reihenspannungsregelung. Der Ausgangsstrom entspricht dem Eingangsstrom, I1 = I2 + I3. I3 ist das Referenzende, der Strom ist sehr klein, also I1 ≈ I3. Warum wir über den Strom sprechen möchten: Beim PCB-Design ist die Breite jeder Leitung nicht zufällig festgelegt, sondern wird anhand der Stromstärke zwischen den Knoten im Schaltplan bestimmt. Stromstärke und Stromfluss sollten klar sein, damit die Platine optimal funktioniert.

Leiterplattendiagramm der linearen Stromversorgung
Beim Entwurf der Leiterplatte sollte das Layout der Komponenten kompakt sein, alle Verbindungen sollten so kurz wie möglich sein und die Komponenten und Leitungen sollten entsprechend der funktionalen Beziehung der schematischen Komponenten angeordnet sein. Dieses Stromversorgungsdiagramm ist zuerst die Gleichrichtung und dann die Filterung. Die Filterung ist die Spannungsregelung, die Spannungsregelung ist der Energiespeicherkondensator, nachdem Strom durch den Kondensator zum folgenden Stromkreis fließt.

Abbildung 2 zeigt das PCB-Diagramm des obigen Schaltplans. Die beiden Diagramme sind ähnlich. Das linke und das rechte Bild unterscheiden sich geringfügig. Die Stromversorgung im linken Bild erfolgt direkt am Eingangsanschluss des Spannungsreglerchips nach der Gleichrichtung und anschließend am Spannungsreglerkondensator. Die Filterwirkung des Kondensators ist deutlich schlechter und auch der Ausgang ist problematisch. Das rechte Bild ist gut. Wir müssen nicht nur den Fluss des positiven Stromversorgungsproblems berücksichtigen, sondern auch das Rückflussproblem. Generell sollten die positive Stromleitung und die Masse-Rückflussleitung so nah wie möglich beieinander liegen.

Abbildung 2 PCB-Diagramm der linearen Stromversorgung
Beim Entwurf der Leiterplatte für lineare Netzteile sollten wir auch auf die Wärmeableitung des Leistungsreglerchips des linearen Netzteils achten. Wie entsteht die Wärme? Wenn die Eingangsspannung des Spannungsreglerchips 10 V beträgt, die Ausgangsspannung 5 V und der Ausgangsstrom 500 mA, entsteht ein Spannungsabfall von 5 V am Reglerchip, was zu einer Wärmeentwicklung von 2,5 W führt. Bei einer Eingangsspannung von 15 V beträgt der Spannungsabfall 10 V und die Wärmeentwicklung 5 W. Daher müssen wir entsprechend der Wärmeableitungsleistung ausreichend Platz zur Wärmeableitung oder einen geeigneten Kühlkörper vorsehen. Lineare Netzteile werden im Allgemeinen in Situationen eingesetzt, in denen der Druckunterschied relativ gering und der Strom relativ gering ist. Andernfalls verwenden Sie bitte ein Schaltnetzteil.

Beispiel für einen Schaltkreis für ein Hochfrequenz-Schaltnetzteil
Ein Schaltnetzteil verwendet eine Schaltung zur Steuerung der Schaltröhre für schnelles Ein-/Ausschalten und Ausschalten, erzeugt eine PWM-Wellenform und regelt die Spannung über Induktoren und Dauerstromdioden mittels elektromagnetischer Umwandlung. Schaltnetzteile sind hocheffizient und erzeugen wenig Wärme. Wir verwenden üblicherweise folgende Schaltungen: LM2575, MC34063, SP6659 usw. Theoretisch ist die Spannung an beiden Enden des Schaltnetzteils gleich, die Spannung ist umgekehrt proportional und der Strom ist umgekehrt proportional.

Abbildung 3 Schematische Darstellung der Schaltnetzteilschaltung LM2575
PCB-Diagramm des Schaltnetzteils
Beim Entwurf der Leiterplatte eines Schaltnetzteils muss Folgendes beachtet werden: Der Eingangspunkt der Rückkopplungsleitung und die Dauerstromdiode sind diejenigen, an die der Dauerstrom angelegt wird. Wie in Abbildung 3 zu sehen ist, fließt beim Einschalten von U1 der Strom I2 in die Induktivität L1. Die Eigenschaft der Induktivität besteht darin, dass der Strom, wenn er durch die Induktivität fließt, weder plötzlich erzeugt noch plötzlich verschwindet. Die Stromänderung in der Induktivität unterliegt einem zeitlichen Ablauf. Unter der Einwirkung des gepulsten Stroms I2, der durch die Induktivität fließt, wird ein Teil der elektrischen Energie in magnetische Energie umgewandelt, und der Strom steigt allmählich an. Nach einer bestimmten Zeit schaltet die Steuerschaltung U1 I2 ab. Aufgrund der Eigenschaften der Induktivität kann der Strom nicht plötzlich verschwinden. In diesem Moment wird die Diode aktiviert und übernimmt den Strom I2. Daher wird sie als Dauerstromdiode bezeichnet. Wie man sieht, wird die Dauerstromdiode für die Induktivität verwendet. Der Dauerstrom I3 fließt vom Minuspol von C3 über D1 und L1 zum Pluspol von C3. Dies entspricht einer Pumpe, die die Energie der Induktivität nutzt, um die Spannung des Kondensators C3 zu erhöhen. Ein weiteres Problem ist der Eingangspunkt der Rückkopplungsleitung zur Spannungserkennung. Diese sollte nach der Filterung zurückgeführt werden, da sonst die Welligkeit der Ausgangsspannung zunimmt. Viele unserer PCB-Designer ignorieren diese beiden Punkte oft, da sie denken, dass das gleiche Netzwerk nicht dasselbe ist. Tatsächlich ist die Stelle nicht dieselbe, und die Auswirkungen auf die Leistung sind erheblich. Abbildung 4 zeigt das PCB-Diagramm des Schaltnetzteils LM2575. Sehen wir uns an, was an diesem falschen Diagramm falsch ist.

Abbildung 4 PCB-Diagramm des Schaltnetzteils LM2575
Warum möchten wir das Prinzip des Schaltplans im Detail besprechen? Der Schaltplan enthält viele PCB-Informationen, wie z. B. den Zugriffspunkt des Komponentenstifts, die aktuelle Größe des Knotennetzwerks usw. Siehe den Schaltplan. Das PCB-Design ist kein Problem. Die Schaltkreise LM7805 und LM2575 stellen typische Layoutschaltungen für lineare bzw. Schaltnetzteile dar. Bei der Herstellung von PCBS sind Layout und Verdrahtung dieser beiden PCB-Diagramme direkt aufeinander abgestimmt, aber die Produkte und die Leiterplatten unterscheiden sich, was an die tatsächliche Situation angepasst wird.

Alle Änderungen sind untrennbar miteinander verbunden, so auch das Prinzip des Stromkreises und die Funktionsweise der Platine. Jedes elektronische Produkt ist untrennbar mit der Stromversorgung und seinem Stromkreis verbunden. Lernen Sie daher die beiden Stromkreise kennen, um auch den anderen zu verstehen.