Jak napájet desku plošných spojů

Deska s plošnými spoji obsahuje několik komponent. Jednou z nejdůležitějších je rezistor. Dále jsou zde tranzistory a kondenzátory, které se používají k přepínání elektronických signálů. Každá z těchto součástek je důležitá a slouží k určitému účelu. Správná kombinace všech těchto součástek povede k vytvoření funkční desky s plošnými spoji.

Rezistor

Odpory se používají k omezení velikosti proudu, který může zařízením protékat. Hodnotu odporu ovlivňuje několik parametrů, včetně teplotního koeficientu a tolerance. Teplotní koeficient udává, jak přesně bude rezistor omezovat proud, a obvykle se udává v aplikacích vyžadujících vysokou přesnost. Teplotní koeficient je dán odporovým materiálem a také jeho mechanickou konstrukcí.

Protože rezistory jsou při svém maximálním jmenovitém výkonu velmi horké, používají se obvykle při 50% svého maximálního výkonu. Tento postup snižování napětí zvyšuje spolehlivost a bezpečnost. Maximální jmenovitý výkon rezistoru se liší podle konstrukce výrobku a použití chladiče. Velké drátové rezistory mohou mít jmenovitý výkon až tisíc wattů.

Rezistory jsou důležitou součástí desky s plošnými spoji. Existují dva typy: průchozí a povrchové. Průchozí rezistory jsou menší než rezistory pro povrchovou montáž a používají se především při tvorbě prototypů a při zapojování do desek. Naproti tomu rezistory pro povrchovou montáž jsou malé černé obdélníky určené k umístění na desku plošných spojů nebo krycí podložky. Tyto rezistory se obvykle montují pomocí robota nebo pece a na místě jsou zajištěny pájkou.

Lineární regulátor

Lineární regulátory se používají k napájení desky s plošnými spoji. Jsou však relativně málo účinné a v mnoha aplikacích mají nízký výkon. Účinnost regulátoru závisí na tranzistoru uvnitř, který funguje jako proměnný sériový odpor. Navíc velký rozdíl vstupního a výstupního napětí vede k velkému rozptylu výkonu. Pro kompenzaci tohoto je v datasheetu lineárního regulátoru uveden obtokový kondenzátor.

Lineární regulátor napětí se skládá ze tří svorek: vývodu vstupního napětí, vývodu výstupního napětí a uzemnění. Je to základní součást elektronických obvodů a používá se v mnoha systémech řízení napájení s nízkou spotřebou energie. Tento regulátor je běžnou volbou pro místní převod napětí na desce plošných spojů a poskytuje nižší šum než spínané regulátory. Může poskytovat vstupní napětí od 1 do 24 V a řídicí proudy až 5 A.

Tento typ regulátoru se obvykle používá v aplikacích s nízkým proudem, citlivých na hluk a omezenými prostorovými možnostmi. Je také oblíbený ve spotřební elektronice a zařízeních internetu věcí. Lze jej použít v aplikacích naslouchacích přístrojů, kde je důležitější nízká cena než rozptýlený výkon.

Regulátor spínacího režimu

Spínaný regulátor je zařízení používané v elektronických obvodech, které převádí síťové napětí na vyšší výkon. Tyto napájecí zdroje mají oproti lineárním zdrojům AC-DC několik výhod. Jsou kompaktní, snižují spotřebu energie a lze je nalézt v mnoha běžných elektronických zařízeních. Používají se například v televizorech, pohonech stejnosměrných motorů a ve většině osobních počítačů. Přestože technologie spínaných napájecích zdrojů je relativně nová, stávají se běžnou součástí elektroniky.

Návrh desky plošných spojů spínacího regulátoru by měl být optimalizován tak, aby se minimalizoval spínací proud v obvodu. Měla by být dostatečně krátká, aby neovlivňovala uspořádání desky plošných spojů, a měla by být navržena tak, aby minimalizovala účinky vyzařovaného i vedeného rušení. Kromě toho musí mít deska s plošnými spoji dostatečnou tloušťku mědi, aby mohla přenášet požadované proudy. Měla by být navržena s vhodným koeficientem tepelné roztažnosti. Je důležité vzít v úvahu ztráty na vodiči desky plošných spojů, což je při návrhu vysokorychlostního SMPS rozhodující parametr.

Vývod SW by měl být veden pod vstupním kondenzátorem. Trasa by měla být tenká a krátká, aby se snížilo elektromagnetické rušení a zároveň se zachoval malý SW uzel. V některých případech může být výhodné použít průchodku pro připojení SW kolíku k induktoru. Mějte však na paměti, že průchodky zvyšují EMI, takže se jim raději vyhněte, pokud to není nezbytně nutné.

Dioda

Princip diody je jednoduchý: umožňuje průchod určitého proudu jedním směrem a zároveň blokuje jiný směr. Dioda má dva prvky, anodu a katodu. Jedná se o polovodičové zařízení šípovitého tvaru. Je-li zapojena do série se zátěží, umožňuje průtok proudu z kladné strany na zápornou. Dioda je jednoduchá dvouprvková polovodičová součástka, která funguje jako tranzistor, ale má dvě strany, anodu a katodu. Vede elektrický proud ve směru šipky, takže pokud máte desku s obvody se spínačem, který používá diodu, proud bude téct z katody na anodu.

Dioda je polovodičová součástka, která umožňuje řídit velikost proudu protékajícího obvodem. Když je dioda umístěna v záporné poloze, je předpólovaná, takže když napětí dosáhne svého záporného vrcholu, dioda vede proud. Proud pak protéká kondenzátorem, který si udržuje svůj náboj, když vstupní napětí stoupá.