इन दो सर्किटों को जानें, पीसीबी डिजाइन मुश्किल नहीं है!

पावर सर्किट डिज़ाइन क्यों सीखें?
बिजली आपूर्ति सर्किट एक इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, बिजली आपूर्ति सर्किट का डिज़ाइन सीधे उत्पाद के प्रदर्शन से संबंधित है।

बिजली आपूर्ति सर्किट का वर्गीकरण
हमारे इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के पावर सर्किट में मुख्य रूप से रैखिक पावर सप्लाई और उच्च-आवृत्ति स्विचिंग पावर सप्लाई शामिल हैं। सिद्धांत रूप में, रैखिक पावर सप्लाई यह निर्धारित करती है कि उपयोगकर्ता को कितनी धारा की आवश्यकता है, इनपुट कितना करंट प्रदान करेगा; स्विचिंग पावर सप्लाई यह निर्धारित करती है कि उपयोगकर्ता को कितनी शक्ति की आवश्यकता है, और इनपुट छोर पर कितनी शक्ति प्रदान की जाती है।
रैखिक विद्युत आपूर्ति सर्किट का योजनाबद्ध आरेख
रैखिक विद्युत उपकरण रैखिक अवस्था में कार्य करते हैं, जैसे कि हमारे सामान्यतः प्रयुक्त वोल्टेज नियामक चिप्स LM7805, LM317, SPX1117 इत्यादि। नीचे दिया गया चित्र 1 LM7805 विनियमित विद्युत आपूर्ति परिपथ का योजनाबद्ध आरेख है।

चित्र 1 रैखिक विद्युत आपूर्ति का योजनाबद्ध आरेख
चित्र से देखा जा सकता है कि रैखिक विद्युत आपूर्ति में सुधार, फ़िल्टरिंग, वोल्टेज विनियमन और ऊर्जा भंडारण जैसे कार्यात्मक घटक होते हैं। साथ ही, सामान्य रैखिक विद्युत आपूर्ति एक श्रृंखला वोल्टेज विनियमन विद्युत आपूर्ति होती है, आउटपुट धारा इनपुट धारा के बराबर होती है, I1=I2+I3, I3 संदर्भ छोर है, धारा बहुत छोटी होती है, इसलिए I1≈I3। हम धारा के बारे में क्यों बात करना चाहते हैं, क्योंकि पीसीबी डिज़ाइन में, प्रत्येक पंक्ति की चौड़ाई बेतरतीब ढंग से सेट नहीं की जाती है, इसे योजनाबद्ध में नोड्स के बीच धारा के आकार के अनुसार निर्धारित किया जाना है। बोर्ड को सही ढंग से बनाने के लिए धारा का आकार और धारा प्रवाह स्पष्ट होना चाहिए।

रैखिक विद्युत आपूर्ति पीसीबी आरेख
पीसीबी डिज़ाइन करते समय, घटकों का लेआउट कॉम्पैक्ट होना चाहिए, सभी कनेक्शन यथासंभव छोटे होने चाहिए, और घटकों और रेखाओं को योजनाबद्ध घटकों के कार्यात्मक संबंध के अनुसार व्यवस्थित किया जाना चाहिए। यह विद्युत आपूर्ति आरेख पहले सुधार और फिर फ़िल्टरिंग है। फ़िल्टरिंग वोल्टेज विनियमन है, और वोल्टेज विनियमन ऊर्जा भंडारण संधारित्र है। संधारित्र से होकर प्रवाहित होने के बाद, विद्युत धारा निम्नलिखित परिपथ में प्रवाहित होती है।

चित्र 2 उपरोक्त योजनाबद्ध आरेख का PCB आरेख है, और दोनों आरेख समान हैं। बाईं और दाईं तस्वीर में थोड़ा अंतर है। बाईं तस्वीर में बिजली की आपूर्ति सुधार के बाद सीधे वोल्टेज रेगुलेटर चिप के इनपुट फुट और फिर वोल्टेज रेगुलेटर कैपेसिटर तक जाती है। कैपेसिटर का फ़िल्टरिंग प्रभाव बहुत खराब है और आउटपुट भी समस्याग्रस्त है। दाईं ओर की तस्वीर अच्छी है। हमें न केवल धनात्मक विद्युत आपूर्ति के प्रवाह की समस्या पर विचार करना चाहिए, बल्कि प्रतिप्रवाह की समस्या पर भी विचार करना चाहिए। सामान्य तौर पर, धनात्मक विद्युत लाइन और ग्राउंड प्रतिप्रवाह लाइन यथासंभव एक-दूसरे के करीब होनी चाहिए।

चित्र 2 रैखिक विद्युत आपूर्ति का पीसीबी आरेख
रैखिक विद्युत आपूर्ति पीसीबी डिज़ाइन करते समय, हमें रैखिक विद्युत आपूर्ति के पावर रेगुलेटर चिप की ऊष्मा अपव्यय समस्या पर भी ध्यान देना चाहिए, ऊष्मा कैसे आती है, यदि वोल्टेज रेगुलेटर चिप का फ्रंट एंड 10V है, आउटपुट एंड 5V है, और आउटपुट करंट 500mA है, तो रेगुलेटर चिप पर 5V वोल्टेज ड्रॉप होगा, और उत्पन्न ऊष्मा 2.5W होगी; यदि इनपुट वोल्टेज 15V है, वोल्टेज ड्रॉप 10V है, और उत्पन्न ऊष्मा 5W है, इसलिए, हमें ऊष्मा अपव्यय शक्ति के अनुसार पर्याप्त ऊष्मा अपव्यय स्थान या उचित ऊष्मा सिंक अलग रखना होगा। रैखिक विद्युत आपूर्ति का उपयोग आमतौर पर उन स्थितियों में किया जाता है जहाँ दाब अंतर अपेक्षाकृत कम होता है और धारा अपेक्षाकृत कम होती है, अन्यथा, कृपया स्विचिंग विद्युत आपूर्ति सर्किट का उपयोग करें।

उच्च आवृत्ति स्विचिंग बिजली आपूर्ति सर्किट योजनाबद्ध उदाहरण
स्विचिंग पावर सप्लाई, स्विचिंग ट्यूब को हाई-स्पीड ऑन-ऑफ और कट-ऑफ के लिए नियंत्रित करने हेतु एक सर्किट का उपयोग करती है, PWM तरंग उत्पन्न करती है, और वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए विद्युत चुम्बकीय रूपांतरण विधि का उपयोग करती है। स्विचिंग पावर सप्लाई, उच्च दक्षता, कम तापीय चालकता, आमतौर पर निम्न सर्किट का उपयोग करती है: LM2575, MC34063, SP6659 इत्यादि। सिद्धांत रूप में, स्विचिंग पावर सप्लाई सर्किट के दोनों सिरों पर समान होती है, वोल्टेज व्युत्क्रमानुपाती होता है, और धारा व्युत्क्रमानुपाती होती है।

चित्र 3 LM2575 स्विचिंग पावर सप्लाई सर्किट का योजनाबद्ध आरेख
स्विचिंग पावर सप्लाई का पीसीबी आरेख
स्विचिंग बिजली की आपूर्ति के पीसीबी को डिजाइन करते समय, निम्न पर ध्यान देना आवश्यक है: फीडबैक लाइन का इनपुट बिंदु और निरंतर वर्तमान डायोड वे हैं जिनके लिए निरंतर वर्तमान दिया जाता है। जैसा कि चित्र 3 से देखा जा सकता है, जब U1 को स्विच किया जाता है, तो वर्तमान I2 प्रेरक L1 में प्रवेश करता है। प्रेरक की विशेषता यह है कि जब धारा प्रेरक से होकर बहती है, तो यह अचानक उत्पन्न नहीं हो सकती है, न ही यह अचानक गायब हो सकती है। प्रेरक में धारा के परिवर्तन की एक समय प्रक्रिया होती है। प्रेरक के माध्यम से बहने वाली स्पंदित धारा I2 की क्रिया के तहत, कुछ विद्युत ऊर्जा चुंबकीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, और धारा धीरे-धीरे बढ़ती है, एक निश्चित समय पर, नियंत्रण सर्किट U1 I2 को बंद कर देता है, प्रेरक की विशेषताओं के कारण, धारा अचानक गायब नहीं हो सकती है, इस समय डायोड काम करता है, यह वर्तमान I2 को संभाल लेता है निरंतर धारा I3, C3 के ऋणात्मक सिरे से शुरू होकर D1 और L1 से होते हुए C3 के धनात्मक सिरे में प्रवाहित होती है, जो एक पंप के बराबर है, जो संधारित्र C3 के वोल्टेज को बढ़ाने के लिए प्रेरक की ऊर्जा का उपयोग करता है। वोल्टेज डिटेक्शन की फीडबैक लाइन के इनपुट पॉइंट की भी समस्या है, जिसे फ़िल्टर करने के बाद वापस उस स्थान पर फीड किया जाना चाहिए, अन्यथा आउटपुट वोल्टेज रिपल बड़ा होगा। इन दो बिंदुओं को अक्सर हमारे कई पीसीबी डिज़ाइनर यह सोचकर नज़रअंदाज़ कर देते हैं कि एक ही नेटवर्क वहाँ समान नहीं है, वास्तव में, जगह समान नहीं है, और प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव पड़ता है। चित्र 4 LM2575 स्विचिंग पावर सप्लाई का पीसीबी आरेख है। आइए देखें कि गलत आरेख में क्या समस्या है।

चित्र 4 LM2575 स्विचिंग पावर सप्लाई का PCB आरेख
हम योजनाबद्ध सिद्धांत के बारे में विस्तार से बात क्यों करना चाहते हैं, क्योंकि योजनाबद्ध में पीसीबी की बहुत सारी जानकारी होती है, जैसे कि घटक पिन का एक्सेस पॉइंट, नोड नेटवर्क का वर्तमान आकार, आदि। योजनाबद्ध देखें, पीसीबी डिज़ाइन कोई समस्या नहीं है। LM7805 और LM2575 सर्किट क्रमशः रैखिक बिजली आपूर्ति और स्विचिंग बिजली आपूर्ति के विशिष्ट लेआउट सर्किट का प्रतिनिधित्व करते हैं। पीसीबीएस बनाते समय, इन दोनों पीसीबी आरेखों का लेआउट और वायरिंग सीधे लाइन पर होती है, लेकिन उत्पाद अलग होते हैं और सर्किट बोर्ड अलग होता है, जिसे वास्तविक स्थिति के अनुसार समायोजित किया जाता है।

सभी परिवर्तन अविभाज्य हैं, इसलिए बिजली सर्किट का सिद्धांत और बोर्ड जिस तरह से है, और हर इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद बिजली की आपूर्ति और उसके सर्किट से अविभाज्य है, इसलिए, दो सर्किट सीखें, दूसरे को भी समझा जाता है।