Mengapa mempelajari desain sirkuit daya
Rangkaian catu daya merupakan bagian penting dari suatu produk elektronik, desain rangkaian catu daya berhubungan langsung dengan kinerja produk.
Klasifikasi rangkaian catu daya
Rangkaian daya produk elektronik kami terutama mencakup catu daya linier dan catu daya switching frekuensi tinggi. Secara teori, catu daya linier menentukan seberapa besar arus yang dibutuhkan pengguna, dan seberapa besar arus yang dihasilkan oleh input; catu daya switching menentukan seberapa besar daya yang dibutuhkan pengguna, dan seberapa besar daya yang dihasilkan oleh input.
Diagram skema rangkaian catu daya linier
Perangkat daya linear bekerja dalam keadaan linear, seperti chip regulator tegangan yang umum kita gunakan, yaitu LM7805, LM317, SPX1117, dan sebagainya. Gambar 1 di bawah ini adalah diagram skema rangkaian catu daya teregulasi LM7805.
Gambar 1 Diagram skema catu daya linier
Gambar menunjukkan bahwa catu daya linier terdiri dari komponen-komponen fungsional seperti penyearah arus, penyaringan, pengaturan tegangan, dan penyimpanan energi. Pada saat yang sama, catu daya linier pada umumnya merupakan catu daya pengaturan tegangan seri. Arus keluaran sama dengan arus masukan, yaitu I1 = I2 + I3. I3 adalah ujung referensi, dan arusnya sangat kecil, sehingga I1 ≈ I3. Mengapa kita membahas arus? Karena dalam desain PCB, lebar setiap jalur tidak diatur secara acak, melainkan ditentukan berdasarkan besarnya arus antar node dalam skema. Besar arus dan aliran arus harus jelas agar papan sirkuit dapat bekerja dengan baik.
Diagram PCB catu daya linier
Saat merancang PCB, tata letak komponen harus ringkas, semua sambungan harus sesingkat mungkin, dan komponen serta jalur harus ditata sesuai dengan hubungan fungsional komponen skematis. Diagram catu daya ini pertama-tama melakukan penyearahan, kemudian penyaringan. Penyaringan adalah pengaturan tegangan, dan pengaturan tegangan adalah kapasitor penyimpanan energi, yang kemudian mengalir melalui kapasitor ke rangkaian listrik berikutnya.
Gambar 2 adalah diagram PCB dari diagram skematik di atas, dan kedua diagram tersebut serupa. Gambar kiri dan kanan sedikit berbeda. Catu daya pada gambar kiri terhubung langsung ke kaki input chip pengatur tegangan setelah penyearahan, lalu ke kapasitor pengatur tegangan. Efek penyaringan kapasitor jauh lebih buruk, dan outputnya juga bermasalah. Gambar kanan cukup bagus. Kita tidak hanya perlu mempertimbangkan masalah aliran catu daya positif, tetapi juga masalah aliran balik. Secara umum, jalur daya positif dan jalur aliran balik ground harus sedekat mungkin.
Gambar 2 Diagram PCB catu daya linier
Saat merancang PCB catu daya linear, kita juga harus memperhatikan masalah pembuangan panas pada chip pengatur daya catu daya linear. Bagaimana panas itu berasal? Jika tegangan awal chip pengatur tegangan 10V, tegangan keluaran 5V, dan arus keluaran 500mA, maka terjadi penurunan tegangan 5V pada chip pengatur, dan panas yang dihasilkan adalah 2,5W. Jika tegangan masukan 15V, penurunan tegangan 10V, dan panas yang dihasilkan 5W, oleh karena itu, kita perlu menyediakan ruang pembuangan panas yang cukup atau heat sink yang memadai sesuai dengan daya pembuangan panas. Catu daya linear umumnya digunakan dalam situasi di mana perbedaan tekanan dan arus relatif kecil. Jika tidak, silakan gunakan rangkaian catu daya switching.
Contoh skema rangkaian catu daya switching frekuensi tinggi
Catu daya switching menggunakan rangkaian untuk mengontrol tabung switching agar dapat menyala, mati, dan mati dengan kecepatan tinggi, menghasilkan gelombang PWM, dan mengatur tegangan melalui induktor dan dioda arus kontinu. Catu daya switching memiliki efisiensi tinggi dan suhu rendah, dan umumnya menggunakan rangkaian: LM2575, MC34063, SP6659, dan sebagainya. Secara teori, catu daya switching memiliki tegangan yang sama di kedua ujung rangkaian, berbanding terbalik dengan tegangan dan arus.
Gambar 3 Diagram skema rangkaian catu daya switching LM2575
Diagram PCB catu daya switching
Saat merancang PCB catu daya switching, perlu diperhatikan: titik input jalur umpan balik dan dioda arus kontinu adalah tempat arus kontinu diberikan. Seperti terlihat pada Gambar 3, ketika U1 dihidupkan, arus I2 masuk ke induktor L1. Karakteristik induktor adalah ketika arus mengalir melalui induktor, arus tersebut tidak dapat muncul tiba-tiba, juga tidak dapat menghilang tiba-tiba. Perubahan arus pada induktor memiliki proses waktu. Di bawah aksi arus pulsa I2 yang mengalir melalui induktansi, sebagian energi listrik diubah menjadi energi magnet, dan arus meningkat secara bertahap, pada waktu tertentu, rangkaian kontrol U1 mematikan I2, karena karakteristik induktansi, arus tidak dapat menghilang tiba-tiba, pada saat ini dioda bekerja, ia mengambil alih arus I2, sehingga disebut dioda arus kontinu, dapat dilihat bahwa dioda arus kontinu digunakan untuk induktansi. Arus kontinu I3 dimulai dari ujung negatif C3 dan mengalir ke ujung positif C3 melalui D1 dan L1, yang setara dengan pompa, menggunakan energi induktor untuk meningkatkan tegangan kapasitor C3. Ada juga masalah titik input jalur umpan balik deteksi tegangan, yang harus diumpankan kembali ke tempat setelah penyaringan, jika tidak, riak tegangan output akan lebih besar. Kedua titik ini sering diabaikan oleh banyak perancang PCB kami, berpikir bahwa jaringan yang sama tidak sama di sana, pada kenyataannya, tempatnya tidak sama, dan dampak kinerjanya besar. Gambar 4 adalah diagram PCB dari catu daya switching LM2575. Mari kita lihat apa yang salah dengan diagram yang salah.
Gambar 4 Diagram PCB catu daya switching LM2575
Mengapa kita ingin membahas prinsip skematik secara detail? Karena skematik tersebut memuat banyak informasi PCB, seperti titik akses pin komponen, ukuran jaringan node saat ini, dll., lihat skematiknya. Desain PCB tidak menjadi masalah. Rangkaian LM7805 dan LM2575 masing-masing merupakan rangkaian tata letak tipikal catu daya linear dan catu daya switching. Saat membuat PCB, tata letak dan pengkabelan kedua diagram PCB ini langsung pada jalurnya, tetapi produknya berbeda dan papan sirkuitnya pun berbeda, yang disesuaikan dengan kondisi sebenarnya.
Semua perubahan tidak dapat dipisahkan, demikian pula prinsip rangkaian daya dan cara kerja papannya, dan setiap produk elektronik tidak dapat dipisahkan dari catu daya dan rangkaiannya, oleh karena itu, pelajari kedua rangkaian tersebut, yang lain juga dipahami.
Waktu posting: 04-Jul-2023
