источник питания

Всестороннее понимание конструкции питания печатной платы

каталог

Познакомьтесь с источниками питания для печатных плат и их важностью.

В приложениях PCB Power, независимо от того, какой метод питания используется устройством, необходимо разработать схему для регулирования подачи питания на устройство. Чтобы оборудование функционировало должным образом, не влияя на эффективность и не теряя мощности, необходимо проводить большие токи.
В то же время с увеличением плотности и сложности схемотехники возрастает и сложность конструкции источника питания. Разработка источника питания, который может обеспечить требуемую мощность для каждого компонента печатной платы (передатчика, микросхемы, конденсатора и т. д.), является сложной задачей для разработчика печатной платы, поскольку каждый компонент имеет разные требования к мощности. Только идеальная конструкция блока питания может обеспечить нормальную работу последующихсхем печатных плат, дизайн-макет и производство для использования.

Проектирование силовой печатной платы начинается с расчета ширины дорожки и порога максимального тока, с которым должна работать силовая печатная плата. Во-вторых, конструкция силовой печатной платы также должна включать подходящий материал Во-вторых, конструкция силовой печатной платы должна также включать правильный выбор материалов, которые могут управлять более тяжелыми компонентами.
Плата должна не только выдерживать вес, но и удерживаться на месте с максимальным захватом, чтобы в случае с ручками управления, мощными реле и прочными кабельными разъемами тупые физические усилия не повредили печатную плату.
Как правило, для силовых электронных цепей требуются пути с низким сопротивлением и высокой пропускной способностью по току. В результате некоторым силовым преобразователям приходится иметь дело с помехами и шумами из-за интенсивного трафика и высокоскоростного переключения, которое влияет на остальные аналоговые и цифровые схемы.

При самых высоких напряжениях особое внимание уделяется вопросам управления тепловым режимом, связанным с мощной электроникой и необходимыми функциями безопасности. Такие как заземление, изоляция питания, рассеивание тепла и электростатический разряд. Печатные платы блоков питания должны учитывать проблемы с питанием и целостностью сигнала, поскольку принцип работы микросхем тесно связан с целостностью сигнала и питания, а некоторые блоки питания могут генерировать значительные излучаемые электромагнитные помехи, которые влияют на другие части платы. Печатные платы блоков питания должны учитывать проблемы с питанием и целостностью сигнала, поскольку принцип работы микросхем тесно связан с целостностью сигнала и питания, а некоторые блоки питания могут генерировать значительные излучаемые электромагнитные помехи, которые влияют на другие части платы. Но реализация некоторых необходимых процедур расчета импеданса помочь предотвратить изменение конструкции. IPC® регулирует функции безопасности печатной платы блока питания. Продукты бытовой электроники должны включать в себя функции безопасности высшего уровня, чтобы обеспечить безопасность пользователей.
В конструкциях силовых печатных плат обычно используется медь большой толщины, превышающая или равная 2 унциям. Однако во многих случаях требуются паяные перемычки для обеспечения адекватной пропускной способности по току. Искровые разрядники часто включаются для предотвращения повреждения цепи ковчегом.

Конструкция питания печатной платы. Тип питания.

Первым шагом в создании блока питания для печатной платы является выбор типа блока питания, подходящего для использования в вашем устройстве или проекте. Нерегулируемые источники питания — лучший выбор для преобразования мощности переменного тока из настенной розетки в напряжение постоянного тока. Выходной сигнал этого источника питания будет содержать пульсирующую форму волны, потому что выходной сигнал не сглажен регулятором напряжения. В современных приложениях часто используются регулируемые источники питания для минимизации пульсаций.

Существует два основных варианта регулирования выхода постоянного тока источника питания: линейные регуляторы и импульсные источники питания.
Линейные регуляторы— Имеют очень низкий уровень шума, но имеют тенденцию быть громоздкими из-за использования радиаторов или других мер активного охлаждения, необходимых для управления температурным режимом. Замечательное тепловыделение этих блоков питания превосходно.
Импульсные источники питания— обеспечивают более высокую эффективность в более широком диапазоне токов, что позволяет использовать эти источники питания в меньших форм-факторах. Однако в этих источниках питания используется схема ШИМ для сглаживания и регулирования выходного напряжения, что требует использования активных переключающих элементов (обычно MOSFET). Это означает, что система излучает сильные электромагнитные помехи. Этот шум переключения будет выглядеть как звонкий сигнал (т. е. кондуктивные электромагнитные помехи) на выходе, и его необходимо отфильтровать на выходе.

power supply (1)

Соображения по проектированию источника питания печатной платы:

Из-за повышенной плотности и сложности конструкции блока питания печатной платы. Источник питания печатной платы не ограничивается преобразованием энергии, и обеспечение целостности питания и характеристик рассеивания тепла при выходной мощности также является важным фактором при проектировании источника питания печатной платы. Разработчики печатных плат имеют больше возможностей настройки конструкции и компоновки питания печатной платы. Дизайнеры должны следовать определенным правилам, которые помогут справиться с распространенными проблемами, связанными с ними, такими как: включая электромагнитные помехи, проектирование трасс для работы с большими токами, уменьшение токовых петель, выбор компонентов и следующие макеты таблиц.
Некоторые важные вещи перечислены ниже:

Есть два варианта выбора регулятора мощности, линейные регуляторы и переключатели режимов работы регуляторов. Линейные регуляторы обеспечивают низкий уровень шума, но рассеивают больше тепла и требуют системы охлаждения. Импульсные стабилизаторы очень эффективны в широком диапазоне токов, и выходное напряжение импульсного стабилизатора легко контролировать, регулируя рабочий цикл ШИМ-сигнала, который управляет действием переключения.

Линейный режим требует- входное напряжение должно быть выше желаемого выходного напряжения, что приводит к значительным потерям мощности и рассеиванию тепла линейного регулятора, что снижает эффективность линейного регулятора. Если вы планируете использовать линейный регулятор для конструкции вашей печатной платы, вам необходимо выполнить термический анализ до начала производства, и рекомендуется использовать регулятор с низким падением напряжения. Регуляторы линейного режима просты, недороги и обеспечивают исключительно бесшумное выходное напряжение.

Импульсные регуляторы преобразуют— одно напряжение в другое путем временного накопления энергии в катушке индуктивности, а затем высвобождения этой энергии при разных напряжениях в разное время переключения. Выход этих высокоэффективных регуляторов можно регулировать путем изменения рабочего цикла широтно-импульсной модуляции (PWM). PWM-переключение импульсных регуляторов генерирует во время работы шумы EMI (электромагнитные помехи), и мы можем контролировать шум, чтобы свести его к минимуму с помощью мер по уменьшению электромагнитных помех (таких как уменьшение токовых контуров, фильтрация, заземление). However, switching power поставки по-прежнему необходимо изолировать от критических сигналов. Прежде чем включать в свою конструкцию импульсные регуляторы, следует учитывать меры по электромагнитной совместимости (EMC).

Помимо выбора подходящих материалов терморегулирования в качестве подложек печатных плат (например, алюминиевые подложки, Толстые медные печатные платы, Печатные платы с высоким TG, etc.). Тепловые характеристики часто определяют производительность блока питания. Хорошо известно, что электронные компоненты во время работы выделяют тепло, а электронные схемы работают более эффективно при более низких температурах. Чтобы обеспечить эффективную работу оборудования, проектировщикам следует рассмотреть соответствующие методы охлаждения.

Выбор правильного регулятора напряжения в первую очередь может уменьшить рассеивание тепла в цепи. Как сказано выше: импульсные регуляторы очень эффективны, они рассеивают меньше тепла. Если выбран линейный регулятор, рекомендуется использовать радиатор или другой метод охлаждения, если это разрешено. Если нагрев устройства высокий, в конструкцию можно включить вентиляторы для обеспечения внешнего принудительного охлаждения. Если вы преобразуете питание от сетевой розетки в постоянный ток, простым решением будет установка вентилятора на корпус и питание его входящим сигналом переменного тока. При использовании источника питания постоянного тока вам необходимо использовать сигнал PWM для запуска вентилятора для охлаждения ваших компонентов.

Рассеяние тепла может быть неравномерным по всей печатной плате. Укладка слоев при проектировании печатной платы также играет роль в управлении температурным режимом. Правильная конструкция силовой платы на многослойной плате помогает контролировать температуру, поскольку внутренние медные слои помогают равномерно распределять тепло по плате. Использование тепловых переходов и площадок под компонентами, которые рассеивают много тепла, может помочь быстро отвести тепло от этих компонентов.

Сочетание методов охлаждения, методов охлаждения и тщательного планирования производства позволяет создать эффективные и управляемые конструкции источников питания.

Выходной шум от регулируемых или нерегулируемых источников питания может повлиять на последующие компоненты и кондуктивные электромагнитные помехи. Излучение электромагнитных помех может возникать от любого шнура питания, входящего в силовой шкаф или выходящего из него. Большие пульсации напряжения и коммутационный шум в импульсных стабилизаторах могут создавать серьезные шумовые эффекты на выходных уровнях последующих компонентов, особенно когда источник питания подает большие токи.

Разработчики печатных плат хотят, чтобы уровни электромагнитных помех в источниках питания оставались ниже определенных спектральных пределов. Поэтому на выходе источника питания используется фильтр EML для уменьшения кондуктивных шумов. Фильтрация используется для удаления этих высокочастотных компонентов с выхода источника питания и преобразования их в выход постоянного тока.
Крайне важно, чтобы проектировщики тщательно размещали компоненты схемы фильтра, чтобы предотвратить передачу энергии компонентами на соединяющие их дорожки.

Когда питание распределяется между отдельными компонентами через печатную плату, различные активные компоненты могут вызывать дребезг и звон на земле на шинах питания. Это может привести к ошибкам скорости передачи данных, когда большое количество микросхем переключаются одновременно или когда напряжение недостаточно, поскольку это влияет на мощность, получаемую компонентами, и на разность потенциалов между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ в цифровом сигнале. Это может привести к падению напряжения вблизи контактов питания компонентов. Обходным решением может быть использование развязывающих и развязывающих конденсаторов рядом с контактами питания компонента, чтобы оптимизировать короткие всплески потребляемого тока устройства.

The concept of decoupling Концепция развязки заключается в уменьшении импеданса между питанием и землей. Развязывающие конденсаторы действуют как вспомогательные источники питания для переходных колебаний в силовой шине, когда микросхемы на шине переключаются. В то же время подается ток, необходимый для микросхемы. и действует как локальный источник заряда для поддержки событий переключения.
Все развязывающие конденсаторы должны быть подключены близко к контактам источника питания микросхемы, а другой конец подключен к заземляющей пластине с низким импедансом. Короткие дорожки к развязывающим конденсаторам и заземляющим переходам необходимы для минимизации дополнительной последовательной индуктивности этого соединения.

Байпасные конденсаторы могут эффективно снижать колебания мощности на шине и используются для подавления межсистемных или внутрисистемных шумов в сети. Они размещаются ближе к устройству или микросхеме подключаются между питанием и землей, чтобы компенсировать изменения потенциалов питания и земли, когда многие микросхемы переключаются одновременно.
При выборе установки развязывающих конденсаторов следует учитывать несколько аспектов. Эти факторы включают выбор правильного номинала конденсатора, диэлектрического материала, геометрии и расположения конденсатора относительно микросхемы. Типичными номиналами развязывающих конденсаторов являются керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ.

Проектировщик должен обеспечить целостность электропитания конструкции источника питания. Целостность электропитания — это качество электроэнергии, подаваемой в цепь. Это мера того, насколько эффективно мощность передается от источника к нагрузке внутри системы, гарантируя, что все схемы и устройства запитаны должным образом для достижения желаемой производительности печатной платы.

Проектирование целостности электропитания сводится к управлению шумом источника питания. Существуют инструменты моделирования, которые могут помочь измерить качество электроэнергии в цепях. Помощь в установке развязывающих конденсаторов и, следовательно, в выявлении горячих точек в цепи с высоким током.

JHDPCB универсальный производитель печатных плат. Независимо от типа печатной платы, сборки печатной платы, небольших или больших объемов, мы будем использовать наши сильные стороны и опыт для обеспечения высокого качества. Строгий стандартизированный производственный процесс, богатый опыт и первоклассное точное оборудование гарантируют, что производство печатных плат и сборка печатных плат всех клиентов являются экономически эффективными. По любым вопросам, связанным с печатными платами, вы можете связаться с нашим профессиональным персоналом по обслуживанию клиентов.Добро пожаловать на jhdpcb.ru для более подробной информации.

Leave a Comment