Налаштування обмежень на джерело живлення постійного струму Розширений дизайн блоків друкованих плат
Протягом 1940-х років ВМС США покладався на телетайпні машини, що живляться від джерела постійного струму «випрямляч REC-30». У імпульсному блоці живлення шириною 100 футів використовували великий автотрансформатор, який міг приймати кілька вхідних напруг з вихідною потужністю 400 В змінного струму для труб тиратронних парів ртуті. Трубки функціонували як випрямлячі, які випрямляли і регулювали змінну напругу на виході 120 В постійного струму, відфільтрованому мережею конденсаторів та індукторів.
Джерела живлення постійного струму не є рівними
Джерела живлення постійного струму встановлюють вихідні напруги постійного струму, необхідні для широкого кола споживчих та промислових пристроїв. Хоча концепція джерела постійного струму може здатися простою, два основні типи джерел постійного струму - лінійний та комутований - відповідають вимогам цих пристроїв. У той час як лінійні джерела живлення проводять струм, джерела живлення з перемиканням перетворюють постійний струм на комутований сигнал. Випрямлячі в імпульсному режимі живлення виробляють вихідні напруги постійного струму.
Що стосується фізичних розмірів, лінійні джерела живлення, як правило, більші та важчі. Два типи джерел живлення також відрізняються тим, як конструкції вирішують електромагнітні перешкоди (ЕМІ), керування живленням та регулювання. Хоча лінійні джерела живлення продовжують працювати для деяких додатків, більшість пристроїв використовують імпульсні джерела живлення (SMPS). Живлення в режимі комутації випрямляє та фільтрує вхідну напругу змінного струму для отримання вихідних напруг постійного струму.
Блоки живлення в режимі комутації включають два типи
Більшість SMPS дотримуються широтно-імпульсного модульованого (ШІМ) підходу, що працює або в прямому режимі, або в режимі посилення. Блоки живлення прямого режиму мають на виході фільтр L-C, який створює вихідну напругу постійного струму із середньої напруги часу виходу, отриманої від фільтра. Для контролю середнього значення вольт-часу сигналу контролер імпульсного живлення змінює робочий цикл вхідної прямокутної напруги.
Блоки живлення в режимі підсилення підключають котушку індуктивності безпосередньо до джерела вхідної напруги, коли перемикач живлення вмикається. Струм індуктивності зростає з нуля і досягає свого піку одночасно з відключенням вимикача живлення. Вихідний випрямляч затискає вихідну напругу індуктора і запобігає перевищенню напруги вихідної напруги живлення. Коли енергія, що зберігається в сердечнику індуктивності, переходить до вихідного конденсатора, комутована клема індуктора падає назад до рівня вхідної напруги.
Виберіть компоненти, що відповідають специфікаціям джерела живлення
Хоча постачальники пропонують широкий спектр пасивних та активних компонентів, джерела живлення постійного струму вимагають компонентів, які відповідають специфікаціям, необхідним для досягнення хорошої стабільності джерела живлення. Наприклад, котушки індуктивності вимагають вищої температури, щоб протистояти підвищеній робочій температурі, спричиненій опором в обмотці трансформатора SMPS.
Діоди Шотткі, тиристори та МОП-транзистори, що використовуються як випрямлячі мостів, повинні обробляти пікові та вихідні струми живлення, а також рівень падіння напруги. Крім того, схеми повинні контролювати комутацію MOSFET, щоб запобігти короткому замиканню на вході ланцюга. Будь-яка конструкція джерела постійного струму повинна включати відповідні компоненти у вихідні схеми, що запобігають зворотним напругам і струмам.
Підтримання точних, надійних SPICE-моделей вищезазначених компонентів є першорядним для будь-якого дизайнера, що працює за допомогою перевірки та перевірки їх схеми. Використовуючи бібліотеку з понад 34 000 точних моделей компонентів, PSpice може забезпечити оптимізацію вашої схеми як для зручності використання, так і для отримання продуктивності перед початком виробництва.
Почніть з макета
Складні технічні деталі та функціональні вимоги, пов'язані з джерелами живлення постійного струму, кидають виклик проектним командам. У будь-якому дизайні схема встановлює функціональну та теплову поведінку, а також вимоги до електромагнітних пошкоджень до джерела живлення. Хороший макет оптимізує ефективність постачання.
Погана компоновка створює проблеми при високих рівнях струму та великих різницях між вхідними та вихідними напругами. Інші поширені проблеми живлення, пов'язані з поганою компоновкою друкованих плат, включають втрату регуляції при високих вихідних струмах, надмірний шум на виході та перемикачі сигналів, а також нестабільність ланцюга.