Wie man eine Leiterplatte mit Strom versorgt

Eine Leiterplatte besteht aus mehreren Komponenten. Eines der wichtigsten davon ist der Widerstand. Außerdem gibt es Transistoren und Kondensatoren, die zum Schalten elektronischer Signale verwendet werden. Jedes dieser Bauteile ist wichtig und erfüllt einen bestimmten Zweck. Die richtige Kombination all dieser Bauteile ergibt eine funktionierende Leiterplatte.

Widerstand

Widerstände werden verwendet, um die Strommenge zu begrenzen, die durch ein Gerät fließen kann. Es gibt mehrere Parameter, die den Widerstandswert beeinflussen, darunter der Temperaturkoeffizient und die Toleranz. Der Temperaturkoeffizient gibt an, wie genau der Widerstand den Strom begrenzt, und wird in der Regel bei Anwendungen angegeben, die eine hohe Präzision erfordern. Der Temperaturkoeffizient wird durch das Widerstandsmaterial und den mechanischen Aufbau bestimmt.

Da Widerstände bei ihrer maximalen Nennleistung sehr heiß werden, werden sie im Allgemeinen mit 50% ihrer maximalen Leistung betrieben. Dieses Derating-Verfahren erhöht die Zuverlässigkeit und Sicherheit. Die maximale Nennleistung eines Widerstands hängt von der Konstruktion des Produkts und der Verwendung des Kühlkörpers ab. Große drahtgewickelte Widerstände können eine Nennleistung von bis zu tausend Watt haben.

Widerstände sind ein wichtiger Bestandteil einer Leiterplatte. Es gibt zwei Arten: durchkontaktierte und oberflächenmontierte Widerstände. Durchsteckwiderstände sind kleiner als oberflächenmontierte Widerstände und werden vor allem beim Prototyping und Breadboarding verwendet. Oberflächenmontierte Widerstände hingegen sind kleine, schwarze Rechtecke, die auf einer Leiterplatte oder auf entsprechenden Landingpads angebracht werden können. Diese Widerstände werden in der Regel mit Hilfe eines Roboters oder eines Ofens montiert und mit Lötmittel fixiert.

Linearer Regler

Linearregler werden für die Stromversorgung einer Leiterplatte verwendet. Sie haben jedoch einen relativ geringen Wirkungsgrad und sind bei vielen Anwendungen nicht sehr leistungsfähig. Der Wirkungsgrad des Reglers hängt vom Transistor im Inneren ab, der wie ein variabler Serienwiderstand funktioniert. Darüber hinaus führt die große Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung zu einer hohen Verlustleistung. Um dies zu kompensieren, wird im Datenblatt des Linearreglers ein Bypass-Kondensator angegeben.

Ein linearer Spannungsregler besteht aus drei Anschlüssen: einem Eingangsspannungsstift, einem Ausgangsspannungsstift und einem Masseanschluss. Er ist ein wesentlicher Bestandteil elektronischer Schaltungen und wird in vielen Versorgungsmanagementsystemen mit geringem Stromverbrauch verwendet. Dieser Regler ist eine gängige Wahl für die lokale Spannungsumwandlung auf einer Leiterplatte und bietet ein geringeres Rauschen als Switching-Mode-Regler. Er kann Eingangsspannungen von 1 bis 24 V und Treiberströme von bis zu 5 A liefern.

Dieser Reglertyp wird in der Regel für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch, Rauschen und Platzmangel verwendet. Er ist auch in der Unterhaltungselektronik und bei IoT-Geräten beliebt. Er kann in Hörgeräteanwendungen eingesetzt werden, bei denen niedrige Kosten wichtiger sind als die Verlustleistung.

Switch-Mode-Regler

Ein Schaltregler ist ein in elektronischen Schaltungen verwendetes Gerät, das die Netzspannung in eine höhere Ausgangsleistung umwandelt. Diese Netzteile haben mehrere Vorteile gegenüber linearen AC/DC-Netzteilen. Sie sind kompakt, verbrauchen weniger Strom und sind in vielen gängigen elektronischen Geräten zu finden. Sie werden zum Beispiel in Fernsehgeräten, Gleichstrommotorantrieben und den meisten PCs eingesetzt. Obwohl die Technologie hinter den Schaltnetzteilen relativ neu ist, werden sie immer häufiger in elektronischen Geräten eingesetzt.

Das Design einer Schaltregler-Leiterplatte sollte so optimiert werden, dass der Schaltstrom in der Schaltung minimiert wird. Sie sollte kurz genug sein, um das Layout der Leiterplatte nicht zu beeinträchtigen, und sie sollte so gestaltet sein, dass die Auswirkungen von gestrahlten und leitungsgebundenen Störungen minimiert werden. Darüber hinaus muss die Leiterplatte eine ausreichende Kupferdicke aufweisen, um die erforderlichen Ströme zu übertragen. Sie sollte mit einem angemessenen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgelegt sein. Es ist wichtig, den Leitungsverlust der Leiterplatte zu berücksichtigen, der ein entscheidender Parameter beim Entwurf eines Hochgeschwindigkeits-SMPS ist.

Der SW-Pin sollte unterhalb des Eingangskondensators verlegt werden. Die Leiterbahn sollte dünn und kurz sein, um EMI zu reduzieren und gleichzeitig einen kleinen SW-Knoten zu erhalten. In manchen Fällen kann es von Vorteil sein, den SW-Pin über ein Via mit einer Spule zu verbinden. Beachten Sie jedoch, dass Durchkontaktierungen zusätzliche EMI verursachen, so dass Sie sie nur dann verwenden sollten, wenn sie absolut notwendig sind.

Diode

Das Prinzip der Diode ist einfach: Sie lässt einen bestimmten Strom in eine Richtung fließen, während sie eine andere sperrt. Eine Diode besteht aus zwei Elementen, der Anode und der Kathode. Sie ist ein Halbleiterbauelement mit einer pfeilförmigen Gestalt. Wenn sie mit einer Last in Reihe geschaltet ist, lässt sie den Strom von der positiven zur negativen Seite fließen. Eine Diode ist ein einfaches Halbleiterbauelement mit zwei Elementen, das wie ein Transistor funktioniert, aber zwei Seiten hat, eine Anode und eine Kathode. Sie leitet den Strom in Pfeilrichtung. Wenn Sie also eine Leiterplatte mit einem Schalter haben, der eine Diode verwendet, fließt der Strom von der Kathode zur Anode.

Eine Diode ist ein Halbleiterbauelement, mit dem Sie steuern können, wie viel Strom durch den Stromkreis fließt. Wenn die Diode in die negative Position gebracht wird, ist sie in Durchlassrichtung vorgespannt, so dass die Diode Strom leitet, wenn die Spannung ihren negativen Spitzenwert erreicht. Der Strom fließt dann durch den Kondensator, der seine Ladung beibehält, wenn die Eingangsspannung ansteigt.