為什么要學(xué)習電源電路的設計？

電源電路是一個(gè)電子產(chǎn)品的重要組成部分，電源電路設計的好壞，直接牽連產(chǎn)品性能的好壞。

電源電路的分類(lèi)

我們電子產(chǎn)品的電源電路主要有線(xiàn)性電源和高頻開(kāi)關(guān)電源。從理論上講，線(xiàn)性電源是用戶(hù)需要多少電流，輸入端就要提供多少電流；開(kāi)關(guān)電源是用戶(hù)需要多少功率，輸入端就提供多少功率。

線(xiàn)性電源電路原理圖舉例

線(xiàn)性電源功率器件工作在線(xiàn)性狀態(tài)，如我們常用的穩壓芯片LM7805、LM317、SPX1117等。下圖1是LM7805穩壓電源電路原理圖。

圖1 線(xiàn)性電源原理圖

從圖上可知，線(xiàn)性電源有整流、濾波、穩壓、儲能等功能元件組成，同時(shí)，一般用的線(xiàn)性電源為串聯(lián)穩壓電源，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?yōu)槭裁匆v電流，是因為PCB設計時(shí)，每條線(xiàn)的寬度不是隨便設的，是要根據原理圖里元件節點(diǎn)間的電流大小來(lái)確定的。電流大小、電流流向要搞清楚，做板才恰到好處。

線(xiàn)性電源PCB圖

PCB設計時(shí)，元件的布局要緊湊，要讓所有的連線(xiàn)盡可能短，要按原理圖元件功能關(guān)系去布局元件與走線(xiàn)。本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(jīng)電容后才給后面的電路用電。

圖2是上面原理圖的PCB圖，兩個(gè)圖相似。左圖和右圖就是走線(xiàn)有點(diǎn)不一樣，左圖的電源經(jīng)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(wèn)題。右圖就是比較好的圖了。我們不僅要考慮正電源的流向問(wèn)題，還必須考慮地回流問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，正電源線(xiàn)和地回流線(xiàn)要盡可能同進(jìn)同出，彼此離近點(diǎn)。

圖2 線(xiàn)性電源PCB圖

設計線(xiàn)性電源PCB時(shí)還應注意，線(xiàn)性電源的功率穩壓芯片的散熱問(wèn)題，熱量是怎么來(lái)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(chǎn)生的熱量就為2.5W;如果輸入端電壓是15V，電壓降就是10V，產(chǎn)生的熱量就為5W，因此，我們布板是要根據散熱功率來(lái)留出足夠的散熱空間或合理的散熱片。線(xiàn)性電源一般用在壓差比較小，電流比較小的場(chǎng)合，否則，請改用開(kāi)關(guān)電源電路。

高頻開(kāi)關(guān)電源電路原理圖舉例

開(kāi)關(guān)電源就是用通過(guò)電路控制開(kāi)關(guān)管進(jìn)行高速的導通與截止，產(chǎn)生PWM波形，經(jīng)過(guò)電感和續流二極管，利用電磁電轉換的方式調壓。開(kāi)關(guān)電源功率大、效率高、發(fā)熱小，我們一般用的電路有：LM2575、MC34063、SP6659等。開(kāi)關(guān)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3 LM2575開(kāi)關(guān)電源電路原理圖

開(kāi)關(guān)電源PCB圖

開(kāi)關(guān)電源PCB設計時(shí)，需要注意的地方是:反饋線(xiàn)的引入點(diǎn)、續流二極管是給誰(shuí)續流。從圖3可以看出，U1導通時(shí)，電流I2進(jìn)入電感L1，電感的特性是電流在電感里流過(guò)時(shí)不能突然產(chǎn)生，也不能突然消失，電流在電感里的變化時(shí)有一個(gè)時(shí)間過(guò)程的。在脈沖電流I2流過(guò)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(shí)候，控制電路U1關(guān)斷了I2，由于電感的特性，電流不能突然消失，這時(shí)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(fā)，經(jīng)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(xiàn)引入點(diǎn)問(wèn)題，應該是經(jīng)過(guò)濾波后的地方反饋回去，不然會(huì )使輸出的電壓紋波更大。這兩點(diǎn)是我們很多PCB設計人員經(jīng)常忽視的地方，以為同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，接在那兒不是一樣，其實(shí)接的地方不一樣，性能影響是很大的。圖4是LM2575開(kāi)關(guān)電源PCB圖，大家看看錯的那幅圖是哪里錯了。

圖4 LM2575開(kāi)關(guān)電源PCB圖

我們?yōu)槭裁匆敿氈v原理圖原理，因為原理圖里包含了許多畫(huà)PCB的信息，如元件引腳的接入點(diǎn)，節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )的電流大小等，看清楚了原理圖，PCB設計就不成問(wèn)題了。LM7805和LM2575電路分別代表了線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源的典型布板電路，做PCB時(shí)，直接按這兩種PCB圖布局與布線(xiàn)就行，只是產(chǎn)品不同，電路板也不同，根據實(shí)際情況調整。

萬(wàn)變不離其宗，所以的電源電路的原理及布板方式都是如此，而每個(gè)電子產(chǎn)品都離不開(kāi)電源及其電路，因此，學(xué)通了這兩個(gè)電路，其它的也了然于胸了。