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PCBA功率最大化的方法:并聯(lián)使用阻抗

PCB打樣 ? 2020-09-16 20:55 ? 次閱讀

重要要點(diǎn)

l為什么阻抗設(shè)計(jì)對(duì)PCBA布局很重要?

l什么是PCBA最大功率傳輸?

l如何并聯(lián)使用阻抗以實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸。

我聽說所有問題都是可以解決的,并且我同意,只要您具備必要的知識(shí),充足的時(shí)間和正確的工具即可。缺少這些都會(huì)導(dǎo)致脫軌或延遲到達(dá)終點(diǎn)線。但是,可以肯定地說,沒有足夠的工具是最麻煩的。對(duì)于許多被迫在今年沒有貿(mào)易所需工具的情況下,這一事實(shí)是顯而易見的,因?yàn)槲覀兌寂υ谏a(chǎn)率和安全性之間尋求平衡。但是對(duì)于我們中的某些人而言,真正必不可少的工具已經(jīng)變得更加清晰。

PCBA的設(shè)計(jì)師和工程師很幸運(yùn),可以使用這些工具來創(chuàng)建出色的電路板。所需要的是一臺(tái)計(jì)算機(jī),一部手機(jī),以及最后但并非最不重要的咖啡。這三個(gè)基本的C是行業(yè)必不可少的工具。其中最關(guān)鍵的是計(jì)算機(jī),或更準(zhǔn)確地說是您使用的電路設(shè)計(jì)軟件。正如這些簡(jiǎn)單或通用的設(shè)備使您能夠設(shè)計(jì)電路板一樣,通用的組件也可以確定電路板的運(yùn)行狀況。讓我們看一下用來并聯(lián)形成阻抗的組件如何影響PCBA上的功率傳輸。

為什么阻抗設(shè)計(jì)對(duì)電路板布局很重要?

回顧電路分析理論,可以在兩個(gè)領(lǐng)域中開發(fā)電路布局。那就是時(shí)域和頻域。在時(shí)域中,分析必須將微分和積分計(jì)算用于常見的組件屬性,例如電阻電容和電感。在頻域中,這些分量的特性可以表示為相量或基于頻率的矢量,這些矢量的幅值和相移會(huì)偏離某個(gè)參考角或基本角,可以使用基本算術(shù)運(yùn)算對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。下表說明了這些關(guān)系。

1.png?

如上表第三欄中所示,電阻器電感器電容器的電壓都可以通過簡(jiǎn)單地將組件電流乘以分別包含電阻,電感或電容的參數(shù)來確定。此參數(shù)是組件的阻抗,可以是下面的極性或相量形式。

2.png

對(duì)于電路板布局,最常見的是關(guān)注走線,層或連接的阻抗。這些中的任何一個(gè)都可以表示為電阻和電抗的矢量和。后者由電容和電感組成,如:

3.png?

注意組件阻抗之間的角度關(guān)系表示一個(gè)直角三角形,允許我們使用畢達(dá)哥拉斯定理并為任何阻抗獲得通用相量形式,如下所示:

4.png?

這是用于確定阻抗的簡(jiǎn)單封閉式方程式。阻抗對(duì)于電路板布局的重要性在于,它可以用來控制PCBA布局的電壓和電流,如下式所示:

V = I·Z

這對(duì)于最小化PCBA功耗非常重要。

最小化PCBA上的功率損耗

設(shè)計(jì)電路板時(shí)最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一是最大化信號(hào)完整性,這是決定電路板操作質(zhì)量的基本決定因素。如果組件,設(shè)備和模塊無法準(zhǔn)確識(shí)別信號(hào),則您的主板將無法正確執(zhí)行其指定功能。盡管頻率(速度)確實(shí)很重要,特別是對(duì)于帶寬受限的高頻信號(hào)傳輸,但信號(hào)強(qiáng)度或功率可能更重要。設(shè)計(jì)電路板布局以最大程度地降低功率損耗是主要考慮因素。

PCBA布局的任何信號(hào)路徑之間或之間可能會(huì)發(fā)生功率損耗。最小化與這些損耗相關(guān)的不良影響(例如錯(cuò)誤行為和功能喪失)的最佳方法是使沿著電路走線和傳輸路徑的功率傳輸最大化。最大功率傳輸適用于所有類型的板信號(hào)傳輸,并且通常取決于源與目標(biāo)(負(fù)載),電路或路徑(傳輸線)和目標(biāo)電路之間的阻抗匹配。

通過將源表示為等效的戴維寧串聯(lián)電路或諾頓并聯(lián)電路,可以輕松確定阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),在這種情況下,無功效應(yīng)已被設(shè)計(jì)抵消。簡(jiǎn)化結(jié)果如下所示:

5.jpg

通過以上電路配置和負(fù)載要求,您的電路板傳輸線可以設(shè)計(jì)為最大功率傳輸。現(xiàn)在,讓我們看一下如何使用設(shè)計(jì)工具來最大化并行傳輸阻抗的功率。

通過并聯(lián)阻抗最大化功率

布線電路板時(shí)的一種常見情況是,需要在長(zhǎng)度不相等的源和目標(biāo)之間運(yùn)行并行信號(hào)走線,這可能是由于需要繞組件或其他電路板元件布線所致。為了在這些情況下最大化功率傳輸和信號(hào)完整性,有必要施加彎曲,這是較短路徑的延伸,以使傳輸線具有相似的阻抗,如下圖所示。

精確匹配走線阻抗要求您的PCB設(shè)計(jì)套件不僅包括匹配走線長(zhǎng)度的自動(dòng)布線功能,還包括分析走線阻抗值的能力。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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