Af hverju að læra hönnun rafrása
Aflgjafarásin er mikilvægur hluti af rafeindabúnaði, hönnun aflgjafarásarinnar er í beinu samhengi við afköst vörunnar.
Flokkun aflgjafarása
Rafrásir rafeindabúnaðar okkar eru aðallega línulegir aflgjafar og hátíðni rofaaflgjafar. Í orði kveðnu er línuleg aflgjafa sú straumur sem notandinn þarfnast, inntakið mun veita hversu mikinn straum; rofaaflgjafi er sú afl sem notandinn þarfnast og hversu mikið afl er veitt á inntaksendanum.
Skýringarmynd af línulegri aflgjafarás
Línulegir aflgjafar virka í línulegu ástandi, eins og algengustu spennustýringarflísarnar okkar LM7805, LM317, SPX1117 og svo framvegis. Mynd 1 hér að neðan sýnir skýringarmynd af LM7805 stýrðu aflgjafarásinni.
Mynd 1 Skýringarmynd af línulegri aflgjafa
Á myndinni má sjá að línuleg aflgjafi samanstendur af virkum íhlutum eins og leiðréttingu, síun, spennustýringu og orkugeymslu. Á sama tíma er almennt línuleg aflgjafi raðspennustýrð aflgjafi, útgangsstraumurinn er jafn inntaksstraumnum, I1 = I2 + I3, I3 er viðmiðunarendi, straumurinn er mjög lítill, þannig að I1 ≈ I3. Hvers vegna viljum við tala um strauminn, vegna þess að í hönnun prentplötunnar er breidd hverrar línu ekki stillt af handahófi, heldur á að ákvarða hana í samræmi við stærð straumsins milli hnúta í skýringarmyndinni. Stærð straumsins og straumflæðið ættu að vera skýr til að gera borðið akkúrat rétt.
Línuleg aflgjafa PCB skýringarmynd
Við hönnun prentplötunnar ætti uppsetning íhluta að vera þétt, allar tengingar eins stuttar og mögulegt er og íhlutir og línur ættu að vera settar upp í samræmi við virkni íhlutanna. Þetta aflgjafarit er fyrst leiðréttingin, síðan síun, síun er spennustýring, spennustýring er orkugeymsluþéttirinn, eftir að rafmagnið flæðir í gegnum þéttinn í næsta hringrás.
Mynd 2 sýnir rafrásarmynd af rafrásarmyndinni hér að ofan, og myndirnar tvær eru svipaðar. Vinstri og hægri myndin eru örlítið ólíkar, aflgjafinn á vinstri myndinni er beint á inntaksfót spennustýringarflísarinnar eftir leiðréttingu, og síðan á spennustýringarþéttinn, þar sem síunaráhrif þéttisins eru mun verri og úttakið er einnig vandamál. Myndin hægra megin er góð. Við verðum ekki aðeins að taka tillit til flæðisvandamálsins í jákvæðu aflgjafanum, heldur einnig til bakflæðisvandamálsins, almennt ættu jákvæða aflslínan og bakflæðislínan í jörðu að vera eins nálægt hvor annarri og mögulegt er.
Mynd 2. PCB skýringarmynd af línulegri aflgjafa
Þegar línuleg aflgjafakort eru hönnuð ættum við einnig að huga að varmadreifingarvandamálinu í aflgjafastýringarflísinni, hvernig hitinn kemur. Ef framhlið spennustýringarflísarinnar er 10V, útgangsendinn er 5V og útgangsstraumurinn er 500mA, þá er 5V spennufall á stýringarflísinni og hitinn sem myndast er 2,5W. Ef inntaksspennan er 15V er spennufallið 10V og hitinn sem myndast er 5W, þess vegna þurfum við að setja til hliðar nægilegt rými fyrir varmadreifingu eða hæfilegan hitasvelti í samræmi við varmadreifingarafl. Línuleg aflgjafi er almennt notaður þar sem þrýstingsmunurinn er tiltölulega lítill og straumurinn tiltölulega lítill, annars skal nota rofaaflgjafarásina.
Dæmi um rafrásarkerfi fyrir hátíðni rofa aflgjafa
Rofaflæði notar rafrás til að stjórna rofapípunni til að kveikja og slökkva á hraða, mynda PWM bylgjuform, með því að nota spólu og samfellda straumdíóðu til að stjórna spennunni með rafsegulfræðilegri umbreytingu. Rofaflæði, mikil afköst, lágur hiti, við notum almennt rafrásirnar: LM2575, MC34063, SP6659 og svo framvegis. Í orði kveðnu er rofaflæði jafnt í báðum endum hringrásarinnar, spennan er í öfugu hlutfalli og straumurinn er í öfugu hlutfalli.
Mynd 3 Skýringarmynd af LM2575 rofaaflsrásinni
PCB skýringarmynd af rofaaflgjafa
Þegar prentplata rofaafls er hönnuð er nauðsynlegt að huga að eftirfarandi: inntakspunktur afturvirkrar línunnar og samfellda straumsdíóðunnar eru fyrir hverja samfellda strauminn er gefinn. Eins og sjá má á mynd 3, þegar U1 er kveikt, fer straumurinn I2 inn í spóluna L1. Einkenni spólunnar er að þegar straumurinn rennur í gegnum hana getur hann ekki myndast skyndilega né horfið skyndilega. Breytingin á straumnum í spólunni hefur tímaferli. Undir áhrifum púlsstraumsins I2 sem rennur í gegnum spanið breytist hluti af raforkunni í segulorku og straumurinn eykst smám saman. Á ákveðnum tíma slekkur stjórnrásin U1 á I2. Vegna eiginleika spansins getur straumurinn ekki horfið skyndilega. Á þessum tímapunkti virkar díóðan og tekur við straumnum I2, þess vegna er hún kölluð samfellda straumsdíóða. Það má sjá að samfellda straumsdíóðan er notuð fyrir spanið. Samfelldi straumurinn I3 byrjar frá neikvæðu enda C3 og rennur inn í jákvæða enda C3 í gegnum D1 og L1, sem jafngildir dælu, sem notar orku spólunnar til að auka spennu þéttisins C3. Það er líka vandamál með inngangspunkt afturvirkrar spennugreiningarlínunnar, sem ætti að leiða aftur á staðinn eftir síun, annars verður útgangsspennubylgjan meiri. Þessir tveir punktar eru oft hunsaðir af mörgum af PCB hönnuðum okkar, þar sem þeir halda að sama netið sé ekki það sama þar, í raun er staðurinn ekki sá sami og áhrifin á afköstin eru mikil. Mynd 4 sýnir PCB skýringarmynd af LM2575 rofaflæði. Við skulum sjá hvað er að rangri skýringarmynd.
Mynd 4. PCB skýringarmynd af LM2575 rofaflæði
Hvers vegna viljum við ræða meginregluna um rafrásarmyndina í smáatriðum? Vegna þess að rafrásarmyndin inniheldur margar upplýsingar um PCB, svo sem aðgangspunkt íhlutapinna, núverandi stærð hnútakerfisins o.s.frv., sjá rafrásarmyndina, þá er hönnun PCB ekki vandamál. LM7805 og LM2575 rafrásirnar tákna dæmigerðar rafrásir fyrir línulega aflgjafa og rofaaflgjafa, talið í sömu röð. Þegar PCBS eru gerð eru skipulag og raflögn þessara tveggja PCB skýringarmynda beint á línunni, en vörurnar eru mismunandi og rafrásarborðið er mismunandi, sem er aðlagað eftir raunverulegum aðstæðum.
Allar breytingar eru óaðskiljanlegar, þannig að meginreglan á bak við aflgjafann og hvernig borðið er virkt, og hver rafeindabúnaður er óaðskiljanlegur frá aflgjafanum og rafrásum hans, þess vegna er mikilvægt að læra um þessar tvær rafrásir, hin er einnig skilin.
Birtingartími: 8. júlí 2023
