뉴스 - 이 두 회로를 배우면 PCB 설계는 어렵지 않습니다!

전력 회로 설계를 배우는 이유
전원 공급 회로는 전자 제품의 중요한 부분이며, 전원 공급 회로의 설계는 제품의 성능과 직접적인 관련이 있습니다.

전원 공급 회로의 분류
전자 제품의 전원 회로는 주로 선형 전원 공급 장치와 고주파 스위칭 전원 공급 장치를 포함합니다. 이론적으로 선형 전원 공급 장치는 사용자가 필요로 하는 전류량과 입력단에서 공급되는 전류량을 나타냅니다. 스위칭 전원 공급 장치는 사용자가 필요로 하는 전력량과 입력단에서 공급되는 전력량을 나타냅니다.
선형 전원 공급 회로의 개략도
선형 전력 소자는 선형 상태로 동작하며, 일반적으로 사용되는 전압 레귤레이터 칩인 LM7805, LM317, SPX1117 등이 있습니다. 아래 그림 1은 LM7805 레귤레이터 전원 공급 회로의 개략도입니다.

그림 1 선형 전원 공급 장치의 개략도
그림에서 알 수 있듯이 선형 전원 공급 장치는 정류, 필터링, 전압 조정, 에너지 저장 등의 기능적 구성 요소로 구성됩니다. 일반적인 선형 전원 공급 장치는 직렬 전압 조정 전원 공급 장치로, 출력 전류는 입력 전류와 같습니다(I1=I2+I3). 여기서 I3은 기준 전류이므로 전류는 매우 작습니다. 따라서 I1≈I3입니다. 왜 전류에 대해 이야기해야 하는지는 PCB 설계에서 각 회로선의 폭은 임의로 설정되는 것이 아니라 회로도의 노드 간 전류 크기에 따라 결정되어야 하기 때문입니다. 회로도를 정확하게 작성하려면 전류 크기와 전류 흐름이 명확해야 합니다.

선형 전원 공급 장치 PCB 다이어그램
PCB 설계 시 부품 레이아웃은 간결해야 하고, 모든 연결은 가능한 한 짧아야 하며, 부품과 회로는 회로 구성 요소의 기능적 관계에 따라 배치되어야 합니다. 이 전원 공급 회로도는 먼저 정류 과정을 거친 후 필터링 과정을 거치며, 필터링은 전압 조정, 전압 조정은 에너지 저장 커패시터 역할을 합니다. 커패시터를 통해 전기가 흐르면 다음 회로로 전달됩니다.

그림 2는 위 회로도의 PCB 다이어그램이며, 두 다이어그램은 유사합니다. 왼쪽 그림과 오른쪽 그림은 약간 다릅니다. 왼쪽 그림의 전원 공급 장치는 정류 후 전압 조정기 칩의 입력 단자에 직접 연결되고, 그 후 전압 조정기 커패시터를 거쳐 커패시터의 필터링 효과가 훨씬 떨어지고 출력에도 문제가 있습니다. 오른쪽 그림은 좋은 예입니다. 양의 전원 공급 장치의 흐름 문제뿐만 아니라 역류 문제도 고려해야 합니다. 일반적으로 양의 전원 라인과 접지 역류 라인은 가능한 한 서로 가깝게 배치해야 합니다.

그림 2 선형 전원 공급 장치의 PCB 다이어그램
선형 전원 공급기 PCB를 설계할 때 선형 전원 공급기의 전원 레귤레이터 칩의 방열 문제, 즉 열이 어떻게 발생하는지에도 주의해야 합니다. 전압 레귤레이터 칩 프런트 엔드가 10V이고 출력단이 5V이며 출력 전류가 500mA인 경우 레귤레이터 칩에 5V 전압 강하가 발생하고 발생하는 열은 2.5W입니다. 입력 전압이 15V이고 전압 강하가 10V이고 발생하는 열은 5W이므로 방열 전력에 따라 충분한 방열 공간이나 합리적인 방열판을 확보해야 합니다. 선형 전원 공급기는 일반적으로 압력 차이가 비교적 작고 전류가 비교적 작은 상황에서 사용되며 그렇지 않은 경우 스위칭 전원 공급기 회로를 사용하십시오.

고주파 스위칭 전원 공급 회로도 예시
스위칭 전원 공급 장치는 회로를 사용하여 스위칭 튜브를 고속 온-오프 및 차단 제어하고, PWM 파형을 생성하며, 인덕터와 연속 전류 다이오드를 통해 전자기 변환 방식을 사용하여 전압을 조절합니다. 스위칭 전원 공급 장치는 효율이 높고 발열이 적으며, 일반적으로 LM2575, MC34063, SP6659 등의 회로를 사용합니다. 이론적으로 스위칭 전원 공급 장치는 회로 양단의 전압이 동일하며, 전압은 반비례하고 전류는 반비례합니다.

그림 3 LM2575 스위칭 전원 공급 회로의 개략도
스위칭 전원 공급 장치의 PCB 다이어그램
스위칭 전원 공급 장치의 PCB를 설계할 때 다음 사항에 주의해야 합니다. 피드백 라인의 입력 지점과 연속 전류 다이오드는 연속 전류가 공급되는 대상입니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 U1이 켜지면 전류 I2가 인덕터 L1에 입력됩니다. 인덕터의 특성은 전류가 인덕터를 통과할 때 갑자기 생성되거나 갑자기 사라질 수 없다는 것입니다. 인덕터의 전류 변화는 시간적 과정을 거칩니다. 인덕턴스를 통과하는 펄스 전류 I2의 작용으로 일부 전기 에너지가 자기 에너지로 변환되고 전류가 점차 증가합니다. 특정 시점에서 제어 회로 U1은 I2를 끕니다. 인덕턴스의 특성으로 인해 전류가 갑자기 사라지지 않고, 이때 다이오드가 작동하여 전류 I2를 인계받습니다. 따라서 연속 전류 다이오드라고 하며, 연속 전류 다이오드가 인덕턴스에 사용됨을 알 수 있습니다. 연속 전류 I3는 C3의 음극에서 시작하여 D1과 L1을 통해 C3의 양극으로 흐릅니다. 이는 인덕터의 에너지를 사용하여 커패시터 C3의 전압을 높이는 펌프와 같습니다. 또한 전압 검출 피드백 라인의 입력 지점에 문제가 있는데, 필터링 후 해당 위치로 피드백해야 합니다. 그렇지 않으면 출력 전압 리플이 커집니다. 많은 PCB 설계자들이 이 두 가지 점을 종종 무시합니다. 같은 네트워크라도 그 위치가 다르다고 생각하기 때문입니다. 실제로는 위치가 다르고 성능에 큰 영향을 미칩니다. 그림 4는 LM2575 스위칭 전원 공급 장치의 PCB 다이어그램입니다. 잘못된 다이어그램의 문제점을 살펴보겠습니다.

그림 4 LM2575 스위칭 전원 공급 장치의 PCB 다이어그램
회로도 원리에 대해 자세히 이야기하는 이유는 회로도에는 부품 핀의 액세스 포인트, 노드 네트워크의 현재 크기 등 많은 PCB 정보가 포함되어 있기 때문입니다. 회로도를 보면 PCB 설계는 어렵지 않습니다. LM7805와 LM2575 회로는 각각 선형 전원 공급 장치와 스위칭 전원 공급 장치의 전형적인 레이아웃 회로를 나타냅니다. PCB 제작 시 이 두 PCB 다이어그램의 레이아웃과 배선은 직접 연결되지만, 제품과 회로 기판이 다르므로 실제 상황에 맞게 조정해야 합니다.