Come progettare un convertitore da AC a DC in Altium Designer

Un convertitore da AC a DC, anche chiamato circuito di conversione da CA a CC, fa esattamente quello che suggerisce il nome: prende un ingresso armonico AC e lo converte in un'uscita DC. Questi circuiti possono sembrare semplici a un primo sguardo e se funzionano a bassa potenza su una breadboard, ma un vero convertitore AC/DC è più complesso di un semplice circuito trasformatore e raddrizzatore. Per trovare i componenti giusti per questi circuiti ed eseguire simulazioni di potenza accurate, è necessario utilizzare il giusto software di progettazione PCB, che includa anche potenti strumenti di progettazione di circuiti.

Qualsiasi cosa tu debba progettare, un alimentatore, un regolatore, un convertitore o altri sistemi di alimentazione, Altium Designer^® ti mette a disposizione le utility di progettazione di cui hai bisogno. L'aspetto migliore di Altium Designer è il suo ambiente di progettazione integrato, in cui tutto l'occorrente per la progettazione PCB è incluso in un unico programma. Leggi la nostra guida per saperne di più sulla progettazione di circuiti di conversione da CA a CC e sugli altri circuiti di supporto necessari per i sistemi di alimentazione.

Altium Designer

Un pacchetto di progettazione PCB unificato che integra le funzionalità di progettazione di circuiti con un potente editor PCB e un pacchetto di simulazione SPICE.

Quasi tutti i dispositivi che si collegano all'alimentazione a parete dovranno convertire l'alimentazione AC della parete in alimentazione DC da utilizzare nei circuiti integrati. Ciò significa che molti prodotti richiedono un convertitore AC DC e altri circuiti, come ad esempio un regolatore di potenza, un circuito PFC e circuiti di controllo per una conversione di potenza ad alta efficienza. Per creare un prodotto di successo, servono la giusta strategia di progettazione e l'integrazione delle diverse parti di un sistema in un prodotto completo.

I sistemi di alimentazione di livello produttivo richiedono un layout sicuro e funzionale, e anche il progetto deve essere verificato con simulazioni per garantire che funzioni come previsto. Quando si utilizza un pacchetto di progettazione integrato, è possibile creare schematici di convertitore di potenza, un layout PCB di alta qualità e simulazioni di circuito in un unico programma.

Progettare un convertitore da AC a DC

Un convertitore AC/DC si basa sulla rettifica, in cui la potenza AC in ingresso viene convertita in un'uscita DC instabile con qualche ondulazione residua. I componenti di base coinvolti in un circuito di conversione da AC a DC sono:

• Trasformatore: aumenta o diminuisce la potenza della rete fino a un valore utile per il carico nel sistema. Il rapporto nelle spire del trasformatore determinerà la tensione e la corrente in uscita al ponte diodi e al condensatore.
• Raddrizzatore a ponte diodi: questo piccolo circuito rileva il valore assoluto del segnale di ingresso CA, che fornisce un segnale variabile nel tempo con un'unica polarità. Il requisito di progettazione è che i diodi nel circuito raddrizzatore a ponte funzionino al di sopra della corrente diretta.
• Condensatore: un grande condensatore viene utilizzato come filtro per stabilizzare il segnale CA raddrizzato e produrre una tensione CC con qualche ondulazione residua. Un condensatore più grande con una resistenza in serie effettiva più piccola è il componente ideale per garantire un'elevata capacità di carica e una rapida velocità di scarica.

Questo elenco di componenti è il minimo richiesto per creare un circuito di conversione da CA a CC (un esempio è riportato di seguito). Il convertitore AC/DC che progetti dovrà essere creato in un potente editor schematico con dati di componenti reali e modelli di simulazione; in più, avrai bisogno del miglior software di progettazione per portare a termine il lavoro.

Creare schematici con componenti reali per un convertitore da CA a CC

Assicurati di utilizzare i migliori strumenti di progettazione dello schematico con librerie di componenti integrate e connessioni alla catena di approvvigionamento PCB per progettare un circuito di conversione da CA a CC. L'editor schematico di Altium Designer include un potente motore di simulazione SPICE facile da usare che acquisisce i dati elettrici direttamente dai modelli di componenti. Con l'accesso a tutto in un unico programma, puoi progettare un convertitore di alimentazione di alta qualità e verificarlo in modo rapido e semplice.

• Altium Designer include le funzioni di simulazione SPICE necessarie per verificare la progettazione di un circuito di conversione da CA a CC e garantire una conversione di potenza ad alta efficienza.

  Scopri di più sull'esecuzione di simulazioni SPICE con l'elettronica di potenza in Altium Designer.

• Quando devi progettare circuiti di conversione di potenza più complessi, usa il miglior editor di schemi gerarchici per mantenere una buona organizzazione.

  Ulteriori informazioni sulla progettazione schematica gerarchica.

• Un trasformatore viene sempre utilizzato sull'ingresso di un convertitore CA-CC, ma viene utilizzato anche con circuiti regolatori a commutazione per creare alimentatori isolati.

  Scopri di più sugli alimentatori isolati e non isolati.

Un circuito di conversione da CA a CC di base con trasformatore e raddrizzatore a ponte diodi, creato in Altium Designer.

Garantire la conversione ad alta efficienza nell'elettronica di potenza

Tutta l'elettronica di potenza dovrebbe essere progettata per garantire un'elevata efficienza di conversione dell'energia, ma spesso questo richiede più di un semplice circuito raddrizzatore a ponte a onda intera. Sono necessari componenti e circuiti aggiuntivi per garantire una conversione di potenza a basso rumore e ad alta efficienza, in particolare quando si alimenta un circuito regolatore. La conversione da CA a CC è solo una parte di una strategia di regolazione dell'alimentazione: per ridurre al minimo le perdite e il rumore durante la conversione dell'alimentazione, occorre sempre tenere in conto l'intero sistema.

La strategia di regolazione della potenza più efficiente per la maggior parte dei sistemi prevede l'uso di un regolatore a commutazione, in particolare quando si progetta un circuito di conversione da CA a CC per attingere all'alimentazione a parete. Alcuni circuiti aggiuntivi necessari per la conversione di potenza includono:

• Un circuito di correzione del fattore di potenza, o circuito PFC, per attenuare la corrente assorbita dallo stadio regolatore della tensione di uscita del convertitore di potenza.
• Un filtro EMI, di solito un filtro in modalità comune, per rimuovere le EMI condotte sui lati di ingresso e uscita del sistema.
• Un driver PWM e un ciclo di feedback per regolare i parametri del regolatore e garantire una potenza stabile al livello desiderato.
• Un regolatore di potenza a commutazione con topologia standard in grado di fornire corrente di uscita a basso rumore.

Ciascuno di questi circuiti aggiuntivi e la sezione del convertitore AC/DC devono essere registrati nel layout PCB. Non c'è motivo per cui dovresti usare programmi diversi per costruire circuiti e creare il layout dei circuiti stampati per il tuo sistema. Invece di collegare più programmi di progettazione insieme, utilizza Altium Designer, l'unico programma che include tutto l'occorrente per la progettazione elettronica.

Creare il miglior layout PCB per un sistema di conversione di alimentazione

Dopo aver acquisito gli schematici del convertitore di potenza e del regolatore di tensione in un layout di circuito stampato vuoto, è possibile iniziare a disporre i componenti e a instradare le tracce. Le migliori funzionalità di layout PCB di Altium Designer semplificano queste attività, con strumenti disponibili nello stesso programma delle utility di progettazione e simulazione dei circuiti. Utilizzando Altium Designer è possibile rimanere produttivi e progettare elettronica di altissima qualità.

• Un filtro EMI sull'ingresso del tuo circuito di conversione da CA a CC svolgerà un ruolo importante nella riduzione del rumore sull'uscita CC.

  Scopri di più sulla progettazione e simulazione di un filtro EMI per il convertitore di potenza.

• Se il convertitore da CA a CC fornisce l'alimentazione CC a un regolatore di commutazione, è probabile che sia necessario un circuito PFC per alleggerire i picchi di corrente sul segnale di ingresso.

  Ulteriori informazioni sulla progettazione e l'analisi di circuiti PFC.

• Qualsiasi rumore generato o ricevuto nel circuito regolatore può essere amplificato e propagato all'uscita. Assicurati che ciò non accada nel tuo convertitore di alimentazione.

  Ulteriori informazioni sull'analisi del margine di rumore nell'alimentatore.

Progetta il tuo circuito di conversione da CA a CC, la fase di regolazione e il layout PCB in Altium Designer.

Completare il layout e i componenti sorgente del convertitore da AC a DC

Dopo aver creato il circuito del convertitore da AC a DC e altri circuiti regolatori di potenza nel layout del PCB, è il momento di reperire i componenti e completare il progetto con una serie di file di fabbricazione. Il software di progettazione del circuito stampato dovrebbe includere un set completo di funzionalità di fabbricazione PCB per aiutarti nella preparazione della produzione. Altium Designer è la migliore opzione per il software di progettazione PCB, poiché include queste funzionalità di produzione PCB e altri strumenti di produzione in un unico programma.

Per dar vita al progetto di un convertitore di potenza è necessario inoltre esaminare la catena di fornitura e reperire i componenti per il progetto. Se hai accesso ai dati della catena di fornitura elettronica direttamente dai produttori di componenti, puoi stare certo che il tuo sistema potrà essere prodotto nei tempi e nei limiti del budget. Altium Designer include strumenti di approvvigionamento che ti aiuteranno a trovare i componenti di cui hai bisogno e a importare i dati relativi direttamente nella distinta base dei materiali.

Completa la progettazione dell'alimentatore con gli strumenti di layout PCB di Altium Designer

Il grande vantaggio di Altium Designer rispetto ad altre piattaforme di progettazione PCB deriva dalla sua interfaccia di progettazione integrata, in cui tutto ciò di cui hai bisogno per la progettazione e il layout dei circuiti di alimentazione è incluso in un unico programma. Altium Designer è molto più di un semplice software di progettazione e simulazione di circuiti: è l'applicazione di progettazione PCB più potente del settore per lo sviluppo di prodotti. Mentre altri programmi di progettazione ti costringono a utilizzare applicazioni separate per ogni attività di progettazione PCB, Altium Designer ti aiuta a rimanere produttivo e al contempo progettare tecnologia all'avanguardia.

• Altium Designer è l'unica progettazione basata su regole che ti aiuta a ideare rapidamente i circuiti del convertitore di potenza e il layout PCB in un'unica applicazione.

  Scopri di più sull'ambiente di progettazione integrato di Altium Designer.

• Un circuito di conversione da CA a CC è solo una parte di un sistema di alimentazione. Le funzionalità di progettazione e simulazione dei circuiti in Altium Designer ti aiutano a progettare qualsiasi parte dell'elettronica di potenza.

  Visualizza un esempio di progetto di regolatore di tensione in Altium Designer.

• Altium 365 ti permette di condividere i tuoi progetti e collaborare con membri del team, clienti e produttori in remoto tramite Altium Designer o sul web.

  Scopri di più sulla condivisione dei dati della tua progettazione PCB con Altium 365.

Progetta l'elettronica di potenza, procurati i componenti e crea il layout PCB con Altium Designer.

Per costruire i convertitori di potenza, non dovresti usare programmi separati per il layout, la simulazione e la progettazione di circuiti PCB. Con Altium Designer, puoi creare circuiti di alimentazione con qualsiasi topologia e convertitori di potenza utilizzando i migliori strumenti di progettazione e layout PCB. Aumenta la tua produttività e crea tecnologie all'avanguardia con Altium Designer.

La collaborazione fra Altium Designer e Altium 365 offre un valore d'integrazione senza precedenti nel settore dell'elettronica, finora relegato solamente al mondo dello sviluppo dei software, consentendo ai progettisti di lavorare da remoto e raggiungere straordinari livelli di efficienza.

Questo è solo un piccolo esempio di ciò che è possibile realizzare con Altium Designer tramite Altium 365. Scopri le promozioni Altium, richiedi una prova gratuita o per segui uno dei webinar on-demand oggi stesso!