Как сконструировать преобразователь переменного тока в постоянный в Altium Designer

Преобразователь переменного тока в постоянный работает точно в соответствии со своим названием: он преобразует гармонический переменный ток на входе в постоянный ток на выходе. Эти схемы кажутся сравнительно простыми при прототипировании с малой мощностью, но реальная схема преобразователя переменного тока в постоянный сложнее, чем просто трансформатор и выпрямитель. Чтобы подобрать подходящие компоненты для этих схем и провести тщательное моделирование, требуется соответствующее программное обеспечение для проектирования печатных плат, в состав которого входят эффективные средства разработки схем.

Altium Designer располагает необходимыми инструментами для проектирования источников питания, стабилизаторов, преобразователей и других силовых систем. Главное достоинство Altium Designer — интегрированная среда проектирования, где все, что может понадобиться для проектирования печатной платы, включено в одну программу. Ознакомьтесь с нашим руководством, чтобы узнать больше о разработке преобразователей переменного тока в постоянный и других сопутствующих схем, используемых в системах электропитания.

Altium Designer

Универсальный пакет для проектирования печатных плат, объединяющий функции проектирования схем с мощным редактором печатных плат и пакетом симулятора электронных схем SPICE.

Практически любому устройству, которое подключается к электросети, требуется преобразовывать переменный ток в постоянный, который могут использовать для работы интегральные микросхемы. Это означает, что во многих изделиях необходим преобразователь переменного тока в постоянный, а также другие устройства, такие как стабилизатор мощности, система компенсации реактивной мощности и система управления для высокоэффективного преобразования энергии. Для успешной работы требуется придерживаться правильной стратегии проектирования, которая предполагает интеграцию различных компонентов системы в единый продукт.

Для серийного производства систем электропитания требуется надежная и функциональная компоновка. Кроме того, необходимо проверить правильность работы конструкции путем моделирования. Используя интегрированный пакет проектирования, можно разработать схему преобразователя мощности, выполнить высококачественную компоновку печатной платы и провести моделирование схемы в рамках одной программы.

Конструирование преобразователя переменного тока в постоянный

В преобразователе переменного тока в постоянный производится выпрямление, когда входной переменный ток преобразуется в нестабилизированный выходной постоянный ток с остаточными пульсациями. Преобразователь переменного тока в постоянный состоит из следующих основных компонентов:

• Трансформатор. Он повышает или понижает напряжение сети до величины, соответствующей нагрузке системы. Коэффициент трансформации определяет напряжение и ток, поступающие на диодный мост и конденсатор.
• Выпрямитель на диодном мосте. Эта небольшая схема использует абсолютное значение входного сигнала переменного тока, что позволяет получить изменяющийся во времени сигнал одной полярности. Согласно требованиям к конструкции ток, протекающий через диоды в схеме мостового выпрямителя, должен превышать их прямой ток.
• Конденсатор. Конденсатор большой емкости используется в качестве фильтра для стабилизации выпрямленного сигнала переменного тока и получения постоянного напряжения с некоторой остаточной пульсацией. Большой конденсатор с малым эффективным последовательным сопротивлением идеально обеспечивает высокую емкость заряда и высокую скорость разряда.

Эти компоненты составляют минимально необходимый набор для создания преобразователя переменного тока в постоянный, пример которого показан ниже. Проектируемый преобразователь переменного тока в постоянный должен создаваться в мощном редакторе схем с данными о реальных компонентах и имитационными моделями, и для этого вам потребуется лучшее программное обеспечение.

Создание схем с реальными компонентами для преобразователя переменного тока в постоянный

Для разработки преобразователя переменного тока в постоянный используйте лучшие средства проектирования схем с интегрированными библиотеками компонентов и связью с цепочкой поставок для печатных плат. Редактор схем Altium Designer оснащен мощным модулем SPICE-симуляции, который прост в использовании и получает электрические данные непосредственно от моделей компонентов. Имея доступ ко всем функциям в одной программе, вы можете быстро и легко разработать высококачественный преобразователь энергии и проверить его работу.

• Altium Designer включает в себя функции SPICE-симуляции, необходимые для проверки конструкции преобразователя переменного тока в постоянный и высокоэффективного преобразования мощности.

  Подробнее о SPICE-симуляции силовой электроники в Altium Designer.

• Если вам нужно спроектировать более сложные схемы преобразования энергии, используйте лучший редактор иерархических схем, который поможет держать все под контролем.

  Более подробно о иерархическом проектировании схем.

• Трансформатор всегда устанавливают на входе преобразователя переменного тока в постоянный, но его также используют в схемах импульсных стабилизаторов для изолированных источников питания.

  Подробнее об изолированных и неизолированных источниках питания.

Принципиальная схема преобразователя переменного тока в постоянный с трансформатором и выпрямителем на диодном мосте, созданная в Altium Designer.

Высокоэффективное преобразование в силовой электронике

Всю силовую электронику следует разрабатывать таким образом, чтобы обеспечить высокую эффективность преобразования энергии, но для этого часто требуется нечто большее, чем просто полноволновой мостовой выпрямитель. Чтобы обеспечить малошумящее и высокоэффективное преобразование энергии, особенно при подаче мощности на стабилизатор, необходимы дополнительные компоненты и схемы. Преобразование переменного тока в постоянный — это лишь одна из составляющих стратегии стабилизации мощности, поэтому с точки зрения минимизации потерь и шумов при преобразовании энергии необходимо рассматривать всю систему в целом.

Наиболее эффективной стратегией стабилизации мощности для большинства систем является использование импульсного стабилизатора, особенно при разработке схемы преобразователя переменного тока в постоянный для питания от электрической сети. Для преобразования энергии требуются некоторые дополнительные схемы:

• Схема компенсации реактивной мощности для сглаживания тока, потребляемого выходным стабилизатором напряжения в преобразователе энергии.
• Фильтр электромагнитных помех, обычно представляющий собой синфазный дроссель, для устранения наведенных электромагнитных помех на входе и выходе системы.
• ШИМ-драйвер и контур обратной связи для регулировки параметров стабилизатора и обеспечения стабильного уровня выходной мощности.
• Импульсный стабилизатор мощности стандартной топологии, способный обеспечить на выходе малошумящий ток.

Все эти дополнительные схемы и схема преобразователя переменного тока в постоянный должны быть отражены в схеме компоновки печатной платы. Нет смысла использовать разные программы для конструирования схем и разводки печатной платы системы. Вместо того чтобы связывать между собой несколько программ проектирования, используйте Altium Designer — единственную программу, которая включает в себя все необходимое для проектирования силовой электроники.

Разработка оптимальной компоновки печатной платы для преобразователя энергии

Зафиксировав схемы преобразователя энергии и стабилизатора напряжения на макете печатной платы, можно приступать к расстановке компонентов и трассировке дорожек. Лучшие функции компоновки печатных плат в Altium Designer облегчают решение этих задач, причем эти инструменты находятся в той же программе, что и утилиты для проектирования и моделирования схем. Используя Altium Designer, вы всегда будете работать продуктивно и разрабатывать электронные устройства высочайшего качества.

• Фильтр электромагнитных помех на входе преобразователя переменного тока в постоянный играет важную роль в уменьшении шума на выходе постоянного тока.

  Подробнее о проектировании и моделировании фильтра электромагнитных помех для преобразователя энергии.

• Если напряжение от преобразователя переменного тока в постоянный подается на импульсный стабилизатор, то для сглаживания скачков тока во входном сигнале, скорее всего, потребуется схема компенсации реактивной мощности.

  Подробнее о проектировании и анализе схем компенсации реактивной мощности.

• Любой шум, генерируемый стабилизатором или поступающий в него, может усиливаться и передаваться на выход. Убедитесь, что в вашем преобразователе этого не происходит.

  Подробнее об анализе защиты от шума в источнике питания.

Проектирование преобразователя переменного тока в постоянный и стабилизатора, а также компоновка печатных плат в Altium Designer.

Завершение работы над макетом преобразователя переменного тока в постоянный и подбор компонентов

После построения схем преобразователя переменного тока в постоянный и других устройств стабилизации мощности на макете печатной платы наступает время для поиска компонентов и завершения проекта в виде набора файлов для изготовления. Программное обеспечение для проектирования печатных плат должно включать в себя полный набор функций по изготовлению печатных плат, чтобы облегчить подготовку к производству. Altium Designer — лучший вариант программного обеспечения для проектирования, поскольку он включает в себя такие функции по изготовлению печатных плат и другие производственные инструменты.

Для реализации проекта преобразователя энергии также требуется проанализировать цепочку поставок и найти компоненты для своей конструкции. Имея доступ к данным о цепочках поставок электроники непосредственно от производителей компонентов, вы можете не сомневаться в том, что система будет изготовлена в срок и в рамках бюджета. Altium Designer включает в себя инструменты поиска поставщиков, которые помогут вам найти нужные компоненты и импортировать данные о поставщиках непосредственно в спецификацию.

Завершение разработки источника питания с помощью инструментов компоновки печатных плат Altium Designer

Основное преимущество Altium Designer перед другими платформами для проектирования печатных плат заключается в интегрированном интерфейсе проектирования, где есть все, что может потребоваться для проектирования и компоновки схем источников питания. Altium Designer — это не просто программное обеспечение для проектирования и моделирования схем, это самое мощное в отрасли приложение для проектирования печатных плат в процессе разработки изделий.В отличие от других программ проектирования, где для каждой задачи проектирования печатных плат приходится использовать отдельные приложения, Altium Designer помогает вам поддерживать эффективность при разработке передовых технологий.

• Altium Designer — это единственный инструмент, основанный на правилах, который помогает вам быстро разрабатывать схемы силовых преобразователей и выполнять компоновку печатных плат в одном приложении.

  Подробнее об интегрированной среде проектирования в Altium Designer.

• Схема преобразователя переменного тока в постоянный — это лишь часть системы электропитания. Функции разработки схем и моделирования в Altium Designer помогут вам при конструировании любых компонентов силовой электроники.

  См. пример проекта стабилизатора напряжения в Altium Designer.

• Altium 365 позволяет обмениваться проектами и совместно работать над ними с удаленными членами команды, клиентами и производителями через Altium Designer или через Интернет.

  Подробнее о совместном использовании данных проекта печатной платы с помощью Altium 365.

Проектирование силовой электроники, подбор компонентов и компоновка печатных плат в Altium Designer.

Вам не требуется использовать отдельные программы для разводки печатных плат, моделирования и проектирования схем, чтобы создать преобразователи энергии. Вы можете создавать схемы электропитания любой топологии и преобразователи энергии, используя лучшие инструменты проектирования и компоновки печатных плат в Altium Designer. Работайте эффективно и создавайте передовые технологии с помощью Altium Designer.

Altium Designer на Altium 365 обеспечивает беспрецедентную интеграцию в сфере производства электроники, которая до сих пор была доступна лишь в сфере разработки программного обеспечения, позволяя разработчикам работать из дома и достигать наивысшего уровня эффективности.

Мы лишь поверхностно рассмотрели некоторые возможности Altium Designer на Altium 365. Вы можете зайти на страницу продукта, чтобы посмотреть более подробное описание функций, или посетить один из Вебинаров по запросу.