Neden güç devresi tasarımı öğrenilmeli?
Güç kaynağı devresi bir elektronik ürünün önemli bir parçasıdır, güç kaynağı devresinin tasarımı ürünün performansı ile doğrudan ilgilidir.
Güç kaynağı devrelerinin sınıflandırılması
Elektronik ürünlerimizin güç devreleri çoğunlukla doğrusal güç kaynakları ve yüksek frekanslı anahtarlama güç kaynaklarından oluşur. Teorik olarak, doğrusal güç kaynağı kullanıcının ihtiyaç duyduğu akım miktarını, girişin sağlayacağı akım miktarını; anahtarlama güç kaynağı ise kullanıcının ihtiyaç duyduğu güç miktarını ve giriş ucunda sağlanan güç miktarını belirtir.
Doğrusal güç kaynağı devresinin şematik diyagramı
Doğrusal güç cihazları, yaygın olarak kullanılan voltaj regülatör çiplerimiz LM7805, LM317, SPX1117 vb. gibi doğrusal bir durumda çalışır. Aşağıdaki Şekil 1, LM7805 regüleli güç kaynağı devresinin şematik diyagramıdır.
Şekil 1 Doğrusal güç kaynağının şematik diyagramı
Şekilden görülebileceği gibi, doğrusal güç kaynağı doğrultucu, filtreleme, voltaj regülasyonu ve enerji depolama gibi işlevsel bileşenlerden oluşur. Aynı zamanda, genel doğrusal güç kaynağı bir seri voltaj regülasyonlu güç kaynağıdır. Çıkış akımı giriş akımına eşittir, I1=I2+I3, I3 referans ucudur ve akım çok küçüktür, yani I1≈I3'tür. Akımdan bahsetmemizin nedeni, PCB tasarımında her bir hattın genişliğinin rastgele ayarlanmaması ve şematikteki düğümler arasındaki akımın büyüklüğüne göre belirlenmesidir. Kartın tam olarak doğru olması için akım büyüklüğü ve akım akışı net olmalıdır.
Doğrusal güç kaynağı PCB diyagramı
PCB tasarımı yapılırken, bileşenlerin yerleşimi kompakt olmalı, tüm bağlantılar mümkün olduğunca kısa olmalı ve bileşenler ile hatlar, şematik bileşenlerin işlevsel ilişkilerine göre yerleştirilmelidir. Bu güç kaynağı şeması ilk doğrultucuyu, ardından filtrelemeyi, filtreleme voltaj regülasyonunu, voltaj regülasyonunu ise enerji depolama kondansatörünü temsil eder ve ardından kondansatörden geçen elektrik, bir sonraki devreye aktarılır.
Şekil 2, yukarıdaki şematik diyagramın PCB diyagramıdır ve iki diyagram birbirine benzerdir. Soldaki resim ve sağdaki resim biraz farklıdır. Soldaki resimdeki güç kaynağı, doğrultma işleminden sonra doğrudan voltaj regülatör çipinin giriş ayağına, ardından voltaj regülatör kapasitörüne bağlıdır; burada kapasitörün filtreleme etkisi çok daha kötüdür ve çıkış da sorunludur. Sağdaki resim iyi bir örnektir. Sadece pozitif güç kaynağı probleminin akışını değil, aynı zamanda geri akış problemini de göz önünde bulundurmalıyız; genel olarak pozitif güç hattı ve toprak geri akış hattı birbirine mümkün olduğunca yakın olmalıdır.
Şekil 2 Doğrusal güç kaynağının PCB diyagramı
Doğrusal güç kaynağı PCB'sini tasarlarken, doğrusal güç kaynağının güç regülatör çipinin ısı dağılımı sorununa, ısının nasıl geldiğine, voltaj regülatör çipinin ön ucu 10V, çıkış ucu 5V ve çıkış akımı 500mA ise, regülatör çipinde 5V'luk bir voltaj düşüşü olur ve üretilen ısı 2,5W'tır; giriş voltajı 15V ise, voltaj düşüşü 10V ve üretilen ısı 5W'tır, bu nedenle ısı dağılımı gücüne göre yeterli ısı dağılımı alanı veya makul bir ısı emici ayırmamız gerekir. Doğrusal güç kaynağı genellikle basınç farkının nispeten küçük ve akımın nispeten küçük olduğu durumlarda kullanılır, aksi takdirde lütfen anahtarlama güç kaynağı devresini kullanın.
Yüksek frekanslı anahtarlama güç kaynağı devre şeması örneği
Anahtarlamalı güç kaynağı, anahtarlama tüpünü yüksek hızlı açma-kapama ve kesme için kontrol eden bir devredir. Endüktör ve sürekli akım diyotu aracılığıyla PWM dalga formu üretir ve elektromanyetik dönüşüm yöntemini kullanarak voltajı düzenler. Anahtarlamalı güç kaynağı, yüksek verimlilik ve düşük ısı sağlar. Genellikle şu devreleri kullanırız: LM2575, MC34063, SP6659 vb. Teorik olarak, anahtarlamalı güç kaynağı devrenin her iki ucunda da eşittir, voltaj ters orantılıdır ve akım ters orantılıdır.
Şekil 3 LM2575 anahtarlama güç kaynağı devresinin şematik diyagramı
Anahtarlama güç kaynağının PCB diyagramı
Anahtarlama güç kaynağının PCB'sini tasarlarken şunlara dikkat etmek gerekir: geri besleme hattının giriş noktası ve sürekli akım diyotu, sürekli akımın verildiği noktalardır. Şekil 3'te görülebileceği gibi, U1 açıldığında, I2 akımı L1 indüktörüne girer. İndüktörün özelliği, akım indüktörden geçerken aniden oluşamayacağı veya aniden kaybolamayacağıdır. İndüktördeki akımın değişimi zamansal bir süreçtir. Endüktans üzerinden akan darbeli I2 akımının etkisi altında, elektrik enerjisinin bir kısmı manyetik enerjiye dönüşür ve akım kademeli olarak artar, belirli bir anda, kontrol devresi U1 I2'yi kapatır, endüktansın özellikleri nedeniyle akım aniden kaybolamaz, bu sırada diyot çalışır ve I2 akımını devralır, bu nedenle sürekli akım diyotu olarak adlandırılır, sürekli akım diyotunun endüktans için kullanıldığı görülebilir. Sürekli I3 akımı, C3'ün negatif ucundan başlayıp D1 ve L1 üzerinden C3'ün pozitif ucuna akar; bu, indüktörün enerjisini kullanarak C3 kondansatörünün voltajını artıran bir pompaya eşdeğerdir. Ayrıca, voltaj algılama geri besleme hattının giriş noktasının, filtrelemeden sonra yerine geri beslenmesi gerektiği sorunu da vardır, aksi takdirde çıkış voltajı dalgalanması daha büyük olacaktır. Bu iki nokta, birçok PCB tasarımcımız tarafından genellikle göz ardı edilir; aynı ağın orada aynı olmadığını, aslında yerin aynı olmadığını ve performans etkisinin büyük olduğunu düşünürler. Şekil 4, LM2575 anahtarlama güç kaynağının PCB diyagramıdır. Yanlış diyagramda neyin yanlış olduğunu görelim.
Şekil 4 LM2575 anahtarlama güç kaynağının PCB diyagramı
Şema prensibini neden ayrıntılı olarak ele almak istiyoruz? Çünkü şema, bileşen pininin erişim noktası, düğüm ağının akım boyutu vb. gibi birçok PCB bilgisi içeriyor. Şemaya bakın, PCB tasarımı sorun değil. LM7805 ve LM2575 devreleri, sırasıyla doğrusal güç kaynağı ve anahtarlama güç kaynağının tipik devre düzenini temsil eder. PCBS üretirken, bu iki PCB diyagramının düzeni ve kablolaması doğrudan hat üzerindedir, ancak ürünler ve devre kartı farklıdır ve bu, gerçek duruma göre ayarlanır.
Bütün değişimler birbirinden ayrılamaz, bu nedenle güç devresinin çalışma prensibi ve kartın çalışma şekli de öyledir ve her elektronik ürün de güç kaynağı ve devresinden ayrılamaz, bu nedenle iki devreyi öğrenince diğeri de anlaşılır.
Gönderi zamanı: 04-Tem-2023
