Tot ce trebuie să știți despre proiectarea sursei de alimentare PCB Advanced PCB Design Blog Blog Cadence
Alimentare cu zgomot redus
Indiferent dacă următorul dispozitiv funcționează cu baterie, un element solar sau se conectează la perete, va trebui să proiectați un circuit pentru a regla puterea care duce la dispozitivul dvs. Proiectarea sursei de alimentare PCB poate cuprinde mai mult decât o sursă de alimentare reală; sistemele care variază de la calculatoare personale la electrocasnice au nevoie de o sursă de alimentare pentru a converti alimentarea de curent alternativ de la perete la curent continuu cu conținut redus de zgomot.
Proiectarea sursei de alimentare PCB înseamnă mai mult decât simpla conversie între puterea de curent alternativ și curent continuu. Există probleme de integritate a puterii și a semnalului de luat în considerare, precum și probleme de gestionare termică care apar cu aparatele electronice de mare putere. De fapt, semnalul și integritatea puterii sunt strâns legate datorită modului în care funcționează circuitele integrate, iar unele surse de alimentare pot produce EMI semnificativ radiat care afectează alte părți ale unei circuite.
Nicio sursă de alimentare sau sistemul conectat la aceasta nu este imun la integritatea semnalului sau la problemele de integritate a puterii, dar implementarea unor proceduri simple de proiectare poate ajuta la prevenirea unei reproiectări. Aceste bune practici includ totul, de la aranjarea corectă a componentelor până la decuplarea/ocolirea și designul stivuirii.
Opțiuni de proiectare a sursei de alimentare PCB
Primul pas în alimentarea cu energie electrică este să alegeți tipul de alimentare pe care doriți să îl utilizați pentru dispozitivul dvs. Sursele de alimentare nereglementate sunt o opțiune necorespunzătoare pentru conversia energiei de curent alternativ de la o priză de perete la o tensiune continuă. Ieșirea din aceste surse va conține o formă de undă, deoarece ieșirea nu este netezită cu un regulator. Aplicațiile moderne utilizează o sursă de alimentare reglată, unde această creștere este minimizată.
Există două opțiuni principale pentru reglarea ieșirii de curent continuu de la sursele de alimentare: utilizarea unui regulator liniar sau a unui regulator de comutare, care uneori se numește o sursă de alimentare cu comutare. Aceste tipuri de surse de alimentare trec ieșirea continuă de la un redresor cu undă completă la un circuit de reglare, care netezește forma de undă ondulată care este suprapusă la ieșirea continuă dorită. Aceste regulatoare pot fi, de asemenea, utilizate pentru a regla direct o sursă de curent continuu ca o baterie. Regulatoarele liniare au un zgomot foarte redus, dar tind să fie voluminoase datorită utilizării radiatoarelor sau a altor măsuri de răcire active necesare pentru gestionarea termică. Disiparea semnificativă a căldurii în aceste surse de alimentare este responsabilă pentru eficiența lor scăzută.
În schimb, o sursă de alimentare cu regim de comutare oferă o eficiență mult mai mare pe o gamă largă de curenți, permițând acestor surse de alimentare să ia un factor de formă mai mic. Cu toate acestea, aceste surse de alimentare utilizează un circuit PWM pentru a netezi și regla tensiunea de ieșire, ceea ce necesită utilizarea unei componente de comutare activă (în mod normal, un MOSFET). Aceasta înseamnă că sistemul radiază EMI puternic, iar ieșirea va conține vârfuri datorate zgomotului de comutare. Acest zgomot de comutare poate apărea ca un semnal de apel la ieșire (adică EMI condus), iar acest zgomot trebuie să fie filtrat de la ieșire.
Cele mai bune practici pentru proiectarea sursei de alimentare PCB
Pentru aplicații cu putere redusă, regulatoarele liniare și regulatoarele de comutare sunt disponibile ca circuite integrate. Aceste circuite integrate sunt ideale pentru dispozitive mobile sau alte dispozitive care se pot conecta la o priză de perete, dar necesită un consum redus de energie. Indiferent de consumul de energie din dispozitivul dvs., există câteva considerații de bază pentru proiectarea PCB-ului de luat în considerare pentru a asigura integritatea puterii și integritatea semnalului.
Aspect 3D cu conexiune de alimentare la margine
În funcție de tipul regulatorului utilizat în sursa dvs. de alimentare, există câteva circuite pe care ar trebui să le luați în considerare adăugarea la placa dvs. și există câteva opțiuni simple de aspect care pot ajuta la suprimarea EMI-urilor efectuate și radiate. În caz extrem, cum ar fi cu o sursă de curent mare sau, în general, cu un regulator de comutare, poate fi necesar să includeți ecranare în placa dvs. pentru a asigura integritatea semnalului în circuitele din apropiere.
Integritate termică și de putere în proiectarea sursei de alimentare PCB
Proiectarea sursei de alimentare PCB înseamnă mai mult decât simpla conversie a energiei. Asigurarea integrității puterii la ieșirea din sursa de alimentare va ajuta la rezolvarea unor probleme de integritate a semnalului. Gestionarea termică este, de asemenea, importantă în sursele de alimentare, deoarece componentele vor disipa căldura în timpul procesului de conversie. Luați în considerare următoarele puncte în timpul proiectării sursei de alimentare PCB.
Alegerea unui regulator în proiectarea sursei de alimentare PCB
Ieșirea de la regulatoarele liniare și de comutare include un anumit zgomot, deși sursa și efectele zgomotului pe circuitele din aval vor varia. Un regulator liniar are mai puțin zgomot, dar este și mai puțin eficient și disipă mai multă căldură. În schimb, un regulator de comutare înlocuiește ondulația la intrare pentru zgomotul de comutare la ieșire. Cu toate acestea, este ușor să controlați tensiunea de ieșire de la un regulator de comutare (de exemplu, ca un convertor Buck-Boost) prin ajustarea ciclului de funcționare al semnalului PWM, care oferă acțiune de comutare. Regulatorul de comutare va disipa mult mai puțină căldură datorită eficienței sale foarte mari.