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實用(yòng)筆記 | 詳解電路圖和(hé)電路模擬中的(de)電源問題

什(shén)麼是電源?

電源就是任何可(kě)為電路供電的(de)設備。但是電源的(de)定義並未恰當解釋其在電路中的(de)常見作用(yòng)。記得(de)為什(shén)麼有兩種電流——交流(AC)和(hé)直流(DC)嗎?

AC 和(hé) DC 電源的(de)區別是電力電子學的(de)重要部分(fēn)。AC 在電路中會轉換方向,用(yòng)示波器測量時其繪圖成波形(通(tōng)常為正弦曲線),大(dà)多(duō)數建築物(wù)和(hé)家庭都採用(yòng) AC 電源。DC 在電路中隻沿一個方向行進,繪製出來是直線,為大(dà)多(duō)數電子電路(如我們設計的(de) PCB)提供恒壓恒流。AC 和(hé) DC 的(de)不同導緻了(le)筆記型電腦與壁裝插座之間存在著笨重的(de)外部電源。

許多(duō)電力電子設備都將電力從一種形式轉換成另一種供電路元件安全使用(yòng)的(de)形式。有時是從牆內的(de) AC 電流流向電路中的(de) DC 電流;有時則需要降低電壓以從同一電路闆內的(de)高(gāo)功率元件流入低功率元件。電力電子學中,電力從一種形式轉換成另一種形式的(de)次領域稱為轉換電子學。

圖片源自網路

逆變器 (Inverter):將電流從 DC 轉換為 AC

整流器 (Rectifier):將電流從 AC 轉換為 DC

變壓器 (Transformer):升高(gāo)或降低 AC 的(de)電壓

轉換器 (Converter):升高(gāo)或降低 DC 的(de)電壓

請注意,有時「轉換器」一詞常指將電流從一種形式轉換為另一種形式的(de)任何設備,無論是 AC 轉換為 DC 還是升壓或降壓。同時,還有一些更為特定的(de)術語,如迴圈換流器,用(yòng)於將 AC 波形轉換為較低頻率的(de) AC 波形。如果我們想對電流進行特殊處理(lǐ),則很有可(kě)能尋找到一個專用(yòng)元件。

電路圖中的(de)電源

如果我們想設計一個電源的(de)話,從哪裡開始呢(ne)?電氣電路圖通(tōng)常是一個良好的(de)開端:這是一個帶符號的(de)電路圖,說明(míng)了(le)電路中的(de)各種元件應該如何連接。現階段尚不必擔心物(wù)理(lǐ)封裝、尺寸或材料,目前涉及的(de)是電壓、電流、電阻和(hé)電容,以及創建網表,使其按照(zhào)我們期望的(de)方式運行。

在電路圖編輯器中,我們可(kě)以創建平面靜態設計或智慧階層式設計。以下(xià)是使用(yòng) OrCAD® Capture 創建的(de)電路圖示例:

可(kě)以發現,有的(de)電路圖非常複雜。有時並不能將整個電路圖放在同一頁面。傳統的(de)電路圖繪製方法是平面圖方法,它將一個大(dà)圖分(fēn)割成多(duō)個頁面,並利用(yòng)頁外連接器來追蹤頁面之間的(de)連接。更為先進的(de)方法則是採用(yòng)階層式設計法,設計人(rén)員透過點擊系統方塊符號便能展開更為詳細的(de)電路圖。在電源設計中,我們需要熟悉與電力電子相關的(de)元件符號(例如:Vcc 為電壓源)。

電路模擬中的(de)電源

一旦透過電路圖輸入工具繪製了(le)一個電路,我們便需要測試電路設計和(hé)電源電子器件的(de)可(kě)行性。過去,我們可(kě)能不得(de)不使用(yòng)試驗電路闆和(hé)實驗室裡現有的(de)物(wù)理(lǐ)元件來進行原型設計。這個過程大(dà)量耗時,十分(fēn)不適用(yòng)於複雜設計。

現在,透過使用(yòng) EDA 軟體的(de)電路模擬功能,我們可(kě)以進入無限器件擴展庫來對設計進行測試。下(xià)面簡要概述了(le)如 PSpice 等電路模擬器的(de)作用(yòng),同時, PSpice 可(kě)以很好地整合在 OrCAD Capture 的(de)工具列中:

混合訊號模擬

系統級分(fēn)析

高(gāo)功率與低功率

電氣和(hé)機械系統協同模擬

器件可(kě)靠性和(hé)設計良率

現代化(huà) EDA 軟體簡化(huà)了(le) PCB 設計過程的(de)每一步, 善用(yòng) Cadence 的(de) PCB 設計和(hé)分(fēn)析工具將幫助您更輕鬆實現 PCB 設計。

想瞭解更多(duō),歡迎聯繫 映陽科技 技術團隊。

譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)

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