直流電源模塊PCB設計
2017-6-2 11:24:20??????點擊：
直流電源電路是一個電子產品的重要組成部分，直流電源電路設計的好壞，直接牽連產品性能的好壞。我們電子產品的直流電源電路主要有線性直流電源和高頻開關直流電源。從理論上講，線性直流電源是用戶需要多少電流，輸入端就要提供多少電流;開關直流電源是用戶需要多少功率，輸入端就提供多少功率。
線性直流電源
線性直流電源功率器件工作在線性狀態，如我們常用的穩壓芯片LM7805、LM317、SPX1117等。下圖一是LM7805穩壓直流電源電路原理圖。
圖一 線性直流電源原理圖
從圖上可知，線性直流電源有整流、濾波、穩壓、儲能等功能元件組成，同時，一般用的線性直流電源為串聯穩壓直流電源，輸出電流等于輸入電流，I1=I2+I3，I3是參考端，電流很小，因此I1≈I3。我們為什么要講電流，是因為PCB設計時，每條線的寬度不是隨便設的，是要根據原理圖里元件節點間的電流大小來確定的(請查《PCB設計銅鉑厚度、線寬和電流關系表》)。電流大小、電流流向要搞清楚，做板才恰到好處。
PCB設計時，元件的布局要緊湊，要讓所有的連線盡可能短，要按原理圖元件功能關系去布局元件與走線。本直流電源圖里就是先整流、再濾波、濾波后才是穩壓、穩壓后才是儲能電容、流經電容后才給后面的電路用電。圖二是上面原理圖的PCB圖，兩個圖相似。左圖和右圖就是走線有點不一樣，左圖的直流電源經整流后直接就到了穩壓芯片的輸入腳了，然后才是穩壓電容，這里電容所起的濾波效果就差了很多，輸出也有問題。右圖就是比較好的圖了。我們不僅要考慮正直流電源的流向問題，還必須考慮地回流問題，一般來說，正直流電源線和地回流線要盡可能同進同出，彼此離近點。
圖二 線性直流電源PCB圖
設計線性直流電源PCB時還應注意，線性直流電源的功率穩壓芯片的散熱問題，熱量是怎么來的，若穩壓芯片前端電壓是10V，輸出端是5V,輸出電流為500mA，那在穩壓芯片上就有5V的電壓降，產生的熱量就為2.5W;如果輸入端電壓是15V，電壓降就是10V，產生的熱量就為5W，因此，我們布板是要根據散熱功率來留出足夠的散熱空間或合理的散熱片。線性直流電源一般用在壓差比較小，電流比較小的場合，否則，請改用開關直流電源電路。
高頻開關直流電源
開關直流電源就是用通過電路控制開關管進行高速的導通與截止，產生PWM波形，經過電感和續流二極管，利用電磁電轉換的方式調壓。開關直流電源功率大、效率高、發熱小，我們一般用的電路有：LM2575、MC34063、SP6659等。開關直流電源理論上是電路兩端功率相等，電壓成反比，電流成反比。
圖三 LM2575開關直流電源電路原理圖
開關直流電源PCB設計時，需要注意的地方是:反饋線的引入點、續流二極管是給誰續流。從圖三可以看出，U1導通時，電流I2進入電感L1，電感的特性是電流在電感里流過時不能突然產生，也不能突然消失，電流在電感里的變化時有一個時間過程的。在脈沖電流I2流過電感的作用下，有部分電能轉換成磁能，電流逐漸增大，到一定時候，控制電路U1關斷了I2，由于電感的特性，電流不能突然消失，這時候二極管起作用了，它接替電流I2，所以叫續流二極管，可以看出，續流二極管是給電感用的，續流的電流I3是從C3的負端出發，經D1，L1后流入C3的正端，這里就相當于抽水機，利用電感的能量，把電容C3的電壓提高了。還有就是電壓檢測的反饋線引入點問題，應該是經過濾波后的地方反饋回去，不然會使輸出的電壓紋波更大。這兩點是我們很多PCB設計人員經常忽視的地方，以為同一個網絡，接在那兒不是一樣，其實接的地方不一樣，性能影響是很大的。圖四是LM2575開關直流電源PCB圖，大家看看錯的那幅圖是哪里錯了。
圖四 LM2575開關直流電源PCB圖
我們為什么要詳細講原理圖原理，因為原理圖里包含了許多畫PCB的信息，如元件引腳的接入點，節點網絡的電流大小等，看清楚了原理圖，PCB設計就不成問題了。LM7805和LM2575電路分別代表了線性直流電源和開關直流電源的典型布板電路，做PCB時，直接按這兩種PCB圖布局與布線就行，只是產品不同，直流電源電路板也不同，根據實際情況調整。
萬變不離其宗，所以的直流電源電路的原理及布板方式都是如此，而每個電子產品都離不開直流電源及其電路，因此，學通了這兩個電路，其它的也了然于胸了。
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