Teknik PCB - Bagaimana mendarat dalam bentangan bekalan kuasa PCB yang terpisah

Kebanyakan desainer yang menggunakan bekalan kuasa desktop mungkin akan menggunakan PSU terkawal (menukar) yang dipalam ke dinding. Semua yang diperlukan untuk menyediakan bekalan kuasa yang stabil pada tahap DC atau AC tertentu dibangun ke dalam unit, dan bunyi adalah relatif rendah. Sebagai desainer, anda tidak perlu melakukannya kecuali untuk menyambung beberapa petunjuk ke papan sirkuit. apa saja. Malangnya, sistem yang sebenar dengan seksyen kuasa terintegrasi, atau bahkan modul pengatur kuasa yang and a mahu terintegrasi ke dalam sistem yang lebih besar, tidak semudah itu, dan beberapa rancangan suai diperlukan untuk memastikan ia berfungsi dengan betul.

Aspek penting untuk mengintegrasikan bekalan kuasa ke dalam sistem adalah tetapan yang betul dan sambungan pendaratan, walaupun untuk bekalan kuasa terpisah. Jika anda mengintegrasikan bekalan kuasa terpisah dengan selain sirkuit utama pada papan sirkuit, anda masih perlu mendarat dalam sistem. Peraturan-peraturan ini bahkan berlaku pada PCB bagi pencari DC yang terisolasi atau penyesuaian kuasa DC, kerana rancangan mungkin perlu disambungkan kembali ke bumi, bergantung pada masalah aplikasi dan keselamatan. Oleh kerana sambungan tanah yang teruk boleh menyebabkan masalah bunyi dan bahkan bahaya keselamatan, mari kita melihat praktek terbaik untuk mencipta sambungan tanah di bahagian pengkondisi kuasa apabila mengubah kuasa AC ke kuasa DC di papan sirkuit.

Struktur mendarat dalam bekalan kuasa terpisah

Anggap and a sedang merancang sistem yang perlu melakukan penukaran kuasa (AC ke DC), pengkondisi, dan penghantaran ke sirkuit dalam rancangan. Jika anda mempertimbangkan pembangunan sebenar sistem, terdapat tiga pilihan yang berbeza untuk tanah:

Mendarat: Ini adalah sambungan elektrik mendarat yang sebenar yang wujud sebagai wayar keselamatan (PE) pada garis AC 3-wayar.

Pendaratan Chassis: Ini berlaku untuk penyamaran dengan komponen logam, di mana logam dalam penyamaran digunakan untuk mencipta sambungan tanah.

Tanah isyarat: Kadang-kadang ini digambarkan dengan salah sebagai tanah analog dan tanah digital (jangan pisahkan tanah anda seperti ini). Tanah isyarat biasanya merujuk kepada apa-apa selain tanah atau chassis.

Persediaan kuasa yang dibina dengan sambungan penukar (seperti penukar AC-DC, penukar penukar DC-DC, atau kombinasi kedua-dua sistem ini) akan dibina dengan penukar untuk mengembalikan kekosongan ini dalam bentangan PCB. Alasan adalah mudah: kecuali anda hanya beroperasi dengan tenaga rendah dan arus rendah, anda biasanya mahu mengisolasi dalam rancangan anda untuk melindungi pengguna daripada bahaya keselamatan.

Untuk berbagai alasan, sistem mendarat ini tidak sentiasa ditempatkan pada satu pesawat tanah. Ini berlaku untuk menukar bekalan kuasa, terutama bekalan kuasa yang lebih kompleks, seperti penyukar resonan LLC. Alasan pendaratan sangat penting ialah ia menentukan tekanan yang diukur apabila komponen berfungsi dalam sistem. Apabila saya tulis "tegangan yang diukur oleh komponen", ia bermakna bahawa isyarat 5V yang ditakrif pada kawasan terendah tertentu dalam sistem mungkin tidak boleh diukur pada 5V apabila ia diukur pada kawasan terendah lain dalam sistem.

Dalam figur ini, jika terdapat perbezaan potensi antara dua kawasan pendaratan, isyarat dari kawasan pendaratan kiri (GND1) mungkin diukur dengan salah pada kawasan pendaratan kanan (GND2).

Masalah ini dalam bekalan kuasa tukar terpisah dipanggil "ofset tanah" dan boleh menyebabkan masalah bunyi. Ini sangat penting kerana ofset tanah dalam sistem mungkin hanya sebahagian kecil dari tekanan yang anda mahu menyediakan secara pasti dalam bekalan kuasa terhubung dengan pengubah.

Guna grounding kondensator untuk mengekalkan izolasi DC

Untungnya, ada penyelesaian sederhana: sambungkan pesawat bersama dengan kondensator. Kondensator kelas Y adalah pilihan yang baik untuk rancangan tekanan/semasa yang lebih tinggi. Anda boleh melakukannya dengan mudah dalam skema: hanya mencari komponen yang diperlukan kondensator anda, dan kemudian jembatan rangkaian tanah dengan menyambung secara langsung. Lokasi biasa untuk melakukan ini dalam bentangan PCB adalah dekat dengan pengubah.

Walaupun masih berkesan dalam penukaran AC-DC, satu kaedah yang lebih rumit adalah untuk menggunakan kondensator antara keretapi kuasa dan sisi AC sistem. Hapuskan ofset tanah diantara setiap sisi dengan melukis dan melepaskan beberapa aliran semasa.

Tentang mendarat dalam rancangan elektronik dan bentangan PCB

Sumber tenaga terpisah dan tidak terpisah: pilihan yang betul

Takrifkan tanah kuasa: sistem, chassis dan tanah dalam PCB

Bagaimana untuk melalui ruang pesawat tanah

Sistem kuasa melaksanakan algoritma kawalan dan perlu membenarkan balas balik dari output ke input supaya kuasa output boleh dikesan. Ini bermakna bahawa anda perlu secara fizikal menjalankan baris dari output di sisi pengatur ke sisi input yang mengandungi unsur penukaran. Pertanyaannya ialah: jika output anda adalah DC, tetapi anda mahu menyimpan izolasi, apa cara terbaik untuk menyediakannya?

Jawapan adalah untuk menggunakan optokoupler. Ia tidak sesuai untuk meletakkan jejak pada kosong, kerana jejak akan menerima bunyi luaran, dan bekalan kuasa tukar akan menghasilkan banyak bunyi. Sambungan pengubah juga tidak boleh digunakan kerana anda menyesuaikan DC. Dalam skema di bawah, optokoupler melampaui pengasingan antara pesawat tanah, jadi kita telah menyimpan pengasingan yang diperlukan dalam bekalan kuasa ini.

Optocouplers membenarkan anda untuk menghantar isyarat melalui ruang pesawat tanah tanpa perlukan kabel.

Selepas meletakkan optokoupler, anda boleh lalui output ke pengendali kuasa. Pemegang mikro dengan output PWM adalah pilihan yang baik untuk pemegang bekalan kuasa suai, walaupun beberapa syarikat menghasilkan pemegang pemacu gerbang MOSFET yang mempunyai input feedback dan boleh dikonfigur dengan beberapa resistor luaran. Jika anda merancang peraturan kuasa yang sangat tepat atau anda sedang eksperimen dengan algoritma kawalan, ini adalah penyelesaian sederhana untuk mencapai pengesan output. Kemudian anda boleh guna algoritma kawalan piawai untuk menyesuaikan frekuensi kawalan PWM untuk memastikan efisiensi maksimum atau secara khusus mengesan output kuasa yang diperlukan.

Bagaimana mendarat dalam bentangan PCB bagi bekalan kuasa terpisah adalah sangat penting untuk keselamatan