Все, що вам потрібно знати про дизайн джерела живлення друкованих плат
Блок живлення з низьким рівнем шуму
Незалежно від того, чи працює ваш наступний пристрій від батареї, сонячного елемента чи підключається до стіни, вам потрібно буде розробити схему регулювання потужності, що надходить до вашого пристрою. Дизайн блоку живлення друкованої плати може охоплювати не лише фактичне джерело живлення; системи від персональних комп’ютерів до побутової техніки потребують джерела живлення для перетворення джерела змінного струму від стіни до джерела постійного струму з низьким вмістом шуму.
Дизайн блоку живлення друкованої плати - це більше, ніж просто перетворення між джерелом змінного та постійного струму. Є проблеми з цілісністю живлення та сигналу, які слід розглянути, а також проблеми з управлінням тепловою енергією, що виникають із потужною електронікою. Насправді цілісність сигналу та живлення тісно пов’язані з тим, як працюють мікросхеми, а деякі джерела живлення можуть створювати значні випромінювані ЕМІ, які впливають на інші частини друкованої плати.
Жодне джерело живлення або підключена до нього система не застраховані від цілісності сигналу або проблем з цілісністю живлення, але впровадження деяких простих процедур проектування може допомогти запобігти переробці. Ці найкращі практики включають все, від правильного розташування компонентів до роз’єднання/обходу та дизайну стека.
Варіанти дизайну джерела живлення друкованої плати
Першим кроком у питанні є вибір типу джерела живлення, який ви хочете використовувати для свого пристрою. Нерегульовані джерела живлення - це забруднений варіант перетворення джерела змінного струму від настінної розетки до напруги постійного струму. Вихід з цих джерел буде містити пульсаційну форму хвилі, оскільки вихід не згладжується регулятором. Сучасні програми використовують регульоване джерело живлення, де ця пульсація зведена до мінімуму.
Існує два основних варіанти регулювання виходу постійного струму від джерел живлення: використання лінійного регулятора або імпульсного регулятора, який іноді називають джерелом живлення в режимі перемикання. Ці типи джерел живлення передають вихід постійного струму від повноволнового випрямляча до схеми регулювання, яка згладжує форму хвильової хвилі, яка накладається на бажаний вихід постійного струму. Ці регулятори також можуть використовуватися для безпосереднього регулювання джерела постійного струму, такого як акумулятор. Лінійні регулятори мають дуже низький рівень шуму, але вони, як правило, громіздкі через використання радіаторів або інших активних заходів охолодження, необхідних для теплового управління. Значна тепловіддача цих джерел живлення відповідає за їх низький ККД.
Навпаки, імпульсний режим живлення забезпечує набагато вищу ефективність у широкому діапазоні струму, що дозволяє цим джерелам живлення приймати менший форм-фактор. Однак ці джерела живлення використовують схему ШІМ для згладжування та регулювання вихідної напруги, що вимагає використання активного комутаційного компонента (зазвичай це MOSFET). Це означає, що система випромінює сильні електромагнітні випромінювання, і на виході будуть міститися спайки через шум перемикання. Цей шум перемикання може з'являтися як сигнал дзвінка на виході (тобто проводиться ЕМІ), і цей шум потрібно фільтрувати з виходу.
Найкращі практики проектування живлення друкованих плат
Для застосувань низької потужності лінійні регулятори та комутаційні регулятори доступні у вигляді інтегральних схем. Ці мікросхеми ідеально підходять для мобільних пристроїв або інших пристроїв, які можуть підключатися до розетки, але вимагають низького енергоспоживання. Незалежно від енергоспоживання вашого пристрою, є кілька основних міркувань щодо дизайну друкованих плат, які слід врахувати, щоб забезпечити цілісність живлення та цілісність сигналу.
3D-макет із підключенням живлення по краю
Залежно від типу регулятора, який використовується у вашому блоці живлення, є деякі схеми, які ви повинні розглянути, додаючи до вашої плати, і є кілька простих варіантів компонування, які можуть допомогти придушити провідну та випромінювану ЕМІ. У крайньому випадку, наприклад, з джерелом живлення з високим струмом або, як правило, з комутаційним регулятором, можливо, вам доведеться включити екранування в свою плату, щоб забезпечити цілісність сигналу в сусідніх схемах
Теплова і цілісна цілісність у проектуванні джерела живлення друкованих плат
Дизайн блоку живлення друкованої плати - це більше, ніж просто перетворення енергії. Забезпечення цілісності живлення на виході з вашого джерела живлення допоможе вирішити деякі проблеми з цілісністю сигналу. Теплорегулювання також має важливе значення в джерелах живлення, оскільки компоненти будуть розсіювати тепло в процесі перетворення. Розгляньте наступні моменти під час проектування джерела живлення на друкованій платі.
Вибір регулятора в дизайні джерела живлення друкованих плат
Вихідні дані лінійних та комутаційних регуляторів включають певний шум, хоча джерело та вплив шуму на ваші подальші ланцюги будуть відрізнятися. Лінійний регулятор має менше шуму, але він також менш ефективний і розсіює більше тепла. На противагу цьому, імпульсний регулятор замінює пульсації на вході для перемикання шуму на виході. Однак легко управляти вихідною напругою від імпульсного регулятора (тобто як перетворювач підвищення напруги), регулюючи робочий цикл ШІМ-сигналу, який забезпечує комутаційну дію. Комутаційний регулятор буде розсіювати набагато менше тепла завдяки своїй дуже високій ефективності.