مخطط مصدر الطاقة هو النوع الوحيد من مخططات الدوائر الذي يجب أن ينقل حقائق فيزيائية، وليس كهربائية فحسب. في كل مكان آخر، أنت حر في وضع رمز حيثما يقرأ الرسم بأفضل شكل. في مصدر الطاقة، يخبرك موقع المكون بأي جانب من حاجز العزل يقع عليه، ويخبرك وزن الخط بمقدار التيار الذي يحمله. إذا أخطأت في ذلك، فإن الرسم لن يكون ببساطة قبيحًا — بل سيكون خطيرًا، لأن الشخص التالي سيبني ما رسمته.
يغطي هذا الدليل اتفاقيات الرسم الخاصة بالطاقة الإلكترونية: الحاجز، والمحول، وال выпряمى، والفلتر، والمحول، ومفردات وزن الخط التي تربطها ببعضها. يبني على القواعد الأساسية في الدليل الشامل لمخططات الدوائر.
قانون التخطيط: الجهد العالي على اليسار، الجهد المنخفض على اليمين
كل مصدر معزول يحتوي على عالمين منفصلين كهربائيًا. يجب أن يجعل المخطط الانقسام واضحًا للنظرة الأولى، والاتفاق هو:
- الجانب الأولي على اليسار. مدخلات الطاقة الرئيسية، القاطع، فلتر المدخل، جسر التوصيل، المكثف الرئيسي، جهاز التبديل.
- حاجز العزل كخط عمودي في المنتصف، مرسوم كخط متقطع أو متصل يمتد طول ارتفاع الورقة بالكامل.
- الجانب الثانوي على اليمين. م выпряمى الإخراج، فلتر الإخراج، تنظيم الجهد، موصل الحِمل.
- فقط المكونات التي تتجاوز الفجوة بشكل مشروع تتجاوز ذلك الخط: المحول، والمكواة البصرية (optocoupler)، ومكثف السلامة الفئة Y. لا شيء آخر. أبدًا.
تلك القاعدة الأخيرة هي التي تجعل الاتفاقية قيمة. المراجع الذي يفحص مصدرًا معزولًا يقوم أولاً بشيء واحد بالضبط: ينظر إلى الحاجز ويعد ما يتجاوزه. إذا وجد اتصال أرضي، أو مقاومة، أو سلك إشارة يتجاوزه، فإن التصميم خاطئ يتوقف عن القراءة. يجب أن يتيح رسمك هذا الفحص في خمس ثوانٍ.
ضع علامات على الجانبين. PRIMARY — 230 VAC, HAZARDOUS على اليسار، SECONDARY — SELV على اليمين. أضف مسافة التسلل المطلوبة كملاحظة نصية على الحاجز نفسه. تلك التوضيحات ليست زينة؛ إنها تعليمات لمهندس تخطيط PCB، الذي لا يستطيع استنتاج مسافات بالملليمترات من المخطط إلا إذا كتبتها.
flowchart LR
A["AC mains<br/>fuse + filter"] --> B["Bridge rectifier"]
B --> C["Bulk capacitor<br/>~325 V DC"]
C --> D["Switching device"]
D --> E["Transformer<br/>crosses barrier"]
E --> F["Output rectifier"]
F --> G["Output filter"]
G --> H["Regulation<br/>feedback via optocoupler"]
style E fill:#1e293b,stroke:#f59e0b,color:#fff
style H fill:#1e293b,stroke:#22c55e,color:#fffلاحظ جهد المكثف الرئيسي في ذلك السلسل. مدخل 230 V RMS يتحول إلى حوالي 325 V DC، ومدخل 120 V إلى حوالي 170 V. ضع علامة على ذلك القيمة على الرسم بجانب المكثف. إنها الرقم الذي يخبر الجميع في المراحل اللاحقة لماذا تم تركيب مكون 400 V هناك ولماذا لا أحد يلمس تلك العقدة بأحد قطع السوند.
الخطوط السميكة والرفيعة
في المخطط، لا يحمل وزن الخط أي معنى كهربائي — السلك الرفيع والسميك موصلاً مثاليين بنفس القدر. هذا هو السبب بالضبط في أن الاتفاقية تعمل: الوزن حر في حمل المعلومات.
| وزن الخط | الاستخدام لـ |
|---|---|
| سميك | أي مسار يحمل تيارًا كبيرًا: خطوط الإمداد، عقد التبديل، مسارات العودة للأرضي، تغذية المحركات والحِمل |
| عادي | اتصالات الإشارة والتحكم العامة |
| رفيع أو متقطع | خطوط الاستشعار، نقاط اتصال التغذية الراجعة، اختبارات الاتصال التي لا تحمل تيارًا حقيقيًا |
ضع علامة على التيار في المسارات السميكة كملاحظة نصية — 5 A max بجانب خط إمداد لا يكلفك شيئًا ويخبر مهندس التخطيط بمدى عرض النحاس المطلوب. في مصدر التبديل، ضع علامة أيضًا على عقدة التبديل، النقطة التي تتأرجح بين خط الإمداد والأرضي بتردد التبديل. إنها أكثر العقد ضوضاء في الدائرة، ووضع علامة عليها في المخطط هي الطريقة لتوصيل “اجعل هذا الشبكة قصيرة” قبل بدء التخطيط.
رموز المحولات
رمز المحول هو ملفّان متواجهان مع خطوط نواة بينهما. ثلاث تفاصيل تفصل بين رمز محول جيد ورمز غامض:
نوع النواة يظهر بخطوط بين ملفات. خطان متوازيان يعنيان نواة مغناطيسية حديدية. لا خطوط يعني نواة هوائية. ارسمها، لأن القارئ يجب أن يستطيع التمييز بين محول رئيسي ومحول اقتران RF دون رقم القطعة.
نقاط التأطير تحدد الاستقطاب. نقطة في نهاية كل ملف تعني أن هاتين النهايتين تصبحان إيجابيتين معًا. في محول سقوطي (flyback)، ملف الثانوي ملوف عمدًا في طور عكسي، والشيء الوحيد في الرسم الذي يوصل ذلك هو موقع النقاط. تخطَّ نقاط التأطير في محول سقوطي والدارة المبنية لن تعمل، لذا هذا ليس خيارًا أسلوبيًا.
النقاط الوسيطة مرسومة صراحةً. الملف الثانوي مركزي يظهر النقطة الوسيطة كسلك يخرج من نقطة المنتصف. ذلك الخط الواحد هو الفرق الكامل بين مصدر بخط إمداد واحد ومصدر بخطين.
ضع المحول عموديًا، الأولي على يسار النواة والثانوي على اليمين، بحيث ت落地 خطوط النواة مباشرة على حاجز العزل. عندما يمر الحاجز عبر النواة، يعبر الرسم عن نية التصميم دون كلمة واحدة من النص.
выпряميات الجسر
ارسم выпряمى الجسر كمعين من أربعة دايودات، وليس كأربعة دايودات مبعثرة في الورقة. المعين يُعرف فورًا ويجعل مسار التيار قابلًا للتتبع: عقدتا AC متقابلتان، وإيجابية DC مقابل سلبية DC، وكل دايود يشير في نفس الاتجاه حول الحلقة.
هناك اتجاهان مقبولان. AC على الرؤوس اليسرى واليمنى مع DC إيجابي في الأعلى وسلبي في الأسفل هو الأكثر شيوعًا. AC على الأعلى والأسفل مع DC على اليسار واليمين يقرأ جيدًا أيضًا وينتج عادةً عددًا أقل من تقاطعات الأسلاك عندما يكون المحول على اليسار.
تقاطع واحد لا يمكن تجنبه بشكل أساسي في الجسر — يجب أن يصل السلك الثاني AC إلى الرأس البعيد. ارسمه كتقاطع نظيف واضح بدون نقطة توصيل، وأبقه بعيدًا عن الرموز الأخرى، وسيقرأ كأنه متعمد. لـ جسر مُغلف مثل سلسلة KBP أو DB، رسم مستطيل مع أطراف ~، ~، + و − صحيح تمامًا وأكثر وضوحًا غالبًا، لأن القطعة هي في الواقع ذلك: مكون واحد، وليس أربعة.
ضع علامة على رقم القطعة للدايود ومتطلبات جهد العكس الأقصى. في جسر رئيسي، تتلقى الدايودات جهد الدخل الأقصى الكامل، وكتابة 1N4007, 1000 V على الرسم تمنع شخصًا ما من استبدالها بـ 1N4148 أثناء النقص.
مكثفات الترشيح
المكثف التخزيني بعد выпряمى هو المكان الذي تحدث فيه خطأان في الرسم باستمرار.
الاستقطاب. استخدم رمز المكثف المستقطب — لوح مستقيم ولوح منحني — مع اللوح المستقيم باتجاه خط الإمداد الإيجابي وعلامة + صريحة بجانبه. لا تستخدم أبدًا الرمز غير المستقطب (خطان مستقيمان) للمكثف ragazوليتي. مكثف إلكتروليتي معكوس على خط 325 V هو فشل عنيف حقًا.
تصنيف الجهد على الرسم. 2200µF 35V هو توضيح كامل؛ 2200µF ليس كذلك. التصنيف هو قرار تصميمي مشتق من الذروة الم выпряمة، وليس تفصيل شراء، لذا ينتمي إلى المخطط.
ارسم المكثف التخزيني فورًا بعد الجسر بمسار قصير ومباشر إلى كل من خط الإمداد الإيجابي ومسار العودة للأرضي. في مصدر التبديل، تلك الحلقة — المكثف الرئيسي، المفتاح، ومسار العودة — هي الحلقة عالية التيار، ورسمها ضيقة ومغلقة في المخطط هي الطريقة لإخبار مهندس التخطيط بالحفاظ عليها ضيقة في النحاس.
أضف المكثف الصغير عالي التردد متوازيًا مع المكثف الرئيسي uçuتوليتي، مرسومًا بجانبه. المكثفات Incontriultée تحتوي على حثية كبيرة جدًا لمعالجة تيار تردد التبديل؛ المكثف السيراميك بجانبه يؤدي تلك المهمة. عرض الاثنين جنبًا إلى جنب يسجل تلك النية.
دوائر محولات الجهد
عائلة 78xx لا تزال أسرع طريقة للحصول على خط إمداد نظيف، وكتلة المخطط البسيطة: مستطيل مع مدخل على اليسار ومخرج على اليمين وأرضي في الأسفل.
| التفاصيل | محول 78xx إيجابي | محول 79xx سلبي |
|---|---|---|
| طرف TO-220 1 | مدخل | أرضي |
| طوف TO-220 2 | أرضي | مدخل |
| طوف TO-220 3 | مخرج | مخرج |
| مكثف مدخل نموذجي | 0.33 µF | 2.2 µF |
| مكثف مخرج نموذجي | 0.1 µF | 1 µF |
الأطراف ليست متطابقة، وهذا هو الخطأ الشائع الوحيد في تصميمات الخط المزدوج. شخص ما يرسم 7912 بنفس ترتيب أطراف 7812 بجانبه، واللوحة تُبنى، والخط السلبي ميت. اكتب أرقام الأطراف على كلا الرمزين وتحقق منها مع ورقة البيانات في كل مرة.
ثلاثة توضيحات أخرى تنتمي إلى محول خطي:
- فجوة التخفيض. يحتاج 7805 إلى حوالي 2 V من الهامش، لذا يجب أن يبقى المدخل فوق حوالي 7 V بما في ذلك تجاعيد التموج. لاحظ الحد الأدنى لجهد الدخل على الرسم.
- التبديد. الطاقة المحروقة هي
(Vin − Vout) × I. محول 7805 يخفض 12 V إلى 5 V عند 500 mA يبدد 3.5 W ويتطلب مشتت حرارة. هذه ملاحظة على مستوى المخطط، لأنها تحدد الغلاف. - مكثفات المدخل والمخرج مجاورة للأطراف التي تخدمها، تمامًا كما مع عزل IC. محول بدون مكثف مدخله يهتز، ورسم المكثف على بعد بوصتين في زاوية هو السبب في أن يُترك خارج اللوحة.
لمصدر طاقة 12V مزدوج، يتبع التخطيط اتفاقية الجهد العمودي بدقة: خط +12V في أعلى الورقة، الأرضي في المنتصف، و−12V في الأسفل. محول مركزي يغذية جسرًا، النقطة المركزية تصبح أرضيًا، والخطان يخرجان من رؤوس الجسر الإيجابي والسلبي إلى 7812 و7912 على التوالي. بالرسم بهذه الطريقة، التناظر واضح والاتصال المفقود واضح.
SMPS ودوائر محولات الخفض
مفاتيح التبديل تحل محل حرارة المحول الخطي بمحول، ملف، وحلقة تحكم. يجب أن يجعل المخطط مرحلة الطاقة وحلقة التحكم منفصلتين بصريًا، لأنهما تتصرفان بشكل مختلف تمامًا.
ارسم مرحلة الطاقة كحلقة مغلقة. لـ محول DC-DC buck converter: مكثف مدخل، مفتاح علوي، ملف، مكثف مخرج، والمسار السفلي — إما دايود امتصاص أو MOSFET متزامن. أبقِ تلك المكونات الخمسة متجاورة فعليًا على الورقة، مكونة مستطيلًا مدمجًا. جهد الإخراج يتم تعيينه بواسطة دورة العمل، Vout ≈ D × Vin، لذا ضع علامة على نطاق دورة العمل المقصود وتردد التبديل على الرسم.
ارسم حلقة التحكم بخطوط رفيعة. مقسم التغذية الراجعة من المخرج إلى طرف FB للتحكم يحمل ميكروأمبير. رسمه رفيعًا، وتوجيهه بوضوح بعيدًا عن عقدة التبديل، يوصل أهم قيود تخطيط في الدائرة بالكامل.
حدد الحلقة الساخنة. أضف ملاحظة نصية أو حدود متقطعة حول مكثف المدخل وكلا المفتاحين. تلك الحلقة تحمل نوبات تيار التبديل، وهي السبب الرئيسي الأول لإخفاقات EMI. وهي غير مرئية إلا إذا ذكرتها.
مصدر SMPS 12V من الطاقة الرئيسية هو محول سقوطي: جسر ومكثف رئيسي على الجانب الأولي، MOSFET يبدل ملف المحول الأولي، م выпряمى سريع ومكثف إخراج على الجانب الثانوي، وتغذية راجعة من الإخراج إلى المغير الأولي عبر مكواة بصري ومرجع TL431. على الرسم، المكواة البصرية هي المكون الثاني المسموح له بتجاوز الحاجز، ورسمها متجاوزة الخط — جانب LED على الثانوي، وجانب الترانزستور على الأولي — يجعل مسار التغذية الراجعة المعزولة واضحًا.
شبكات اللامعة والقابض في مصدر التبديل تستحق التوضيح أيضًا. قابض RCD عبر الأولي يبدو كثلاث مكونات عشوائية إلا إذا وسمت الكتلة PRIMARY CLAMP ووضعت ملاحظة عن طاقة التسرب التي تمتصها.
مصادر الطاقة غير المحوّلة
مصدر القاطع capacitor يحل محل المحول بمكثف X متسلسل مع الطاقة الرئيسية. إنه صغير، رخيص، وغير معزول — كل عقدة في الدائرة، بما في ذلك ما وسمته “أرضي”، يقع عند جهد الطاقة الرئيسية.
يجب أن يعلن المخطط هذا. اتفاقيات مهمة:
- لا ترسم رمز أرضي في أي مكان في الدائرة. استخدم رمز أرض عائم وسم الشبكة
COMأوMAINS_RTN، أبدًاGNDأوEARTH. - أضف ملاحظة خطر م prohibits على الورقة: لا عزل جلفاني، لا معدات اختبار بأرضي متوصل، لا اتصالات يمكن للمستخدم الوصول إليها.
- أظهر المكثف X المتسلسل مع فئته (
X1أوX2) وتصنيف الجهد. مكثف فيلم متعدد الاستخدامات في ذلك الموقع نار. - أظهر مقاومة التفريغ عبر مكثف X ومقاومة تقييد الدفق المتسلسلة. كلاهما مكونات سلامة، ليست إضافات اختيارية.
- أظهر الدايود الزينر أو المحول اللقائي الذي يعيّن الإخراج، بالإضافة إلى المكثف التخزيني.
لأن الدائرة بالكامل تطفو عند جهد الطاقة الرئيسية، مصدر غير محوّل هو المخطط الوحيد الذي يجب أن توضيح فيه ما يجب عدم توصيله. هذا غير معتاد لمخطط دائرة، ومناسب هنا.
العكسات: الاتجاه المعاكس
دائرة عاكس الموجة المستطيلة تعمل السلسل بالعكس — DC منخفض الجهد إلى AC عالي الجهد — واتفاقيات الرسم تت逆转 معها. جانب البطارية منخفض الجهد يذهب على اليسار، المحول في المنتصف، ومخرج AC عالي الجهد على اليمين، مع الحاجز مرة أخرى عبر نواة المحول.
مرحلة التبديل إما زوج تقابل يُشغّل ملف أولي مركزي أو جسر H كامل يُشغّل ملف أولي عادي. ارسم جسر H كحرف H فعلي — مفتاحان علويان، مفتاحان سفليان، الحِمل في المنتصف — لأن الشكل هو التفسير. أضف ملاحظة وقت الموت بجانب كتلة تشغيل البوابة: إذا توصلا ساقان معًا، يقصرا مصدر الطاقة، وتلك القاعدة تعيش على المخطط كملاحظة نصية لأن لا رمز يعبر عنها.
لتصاميم SPWM، ارسم المعدل ككتلة مسمّاة بمدخلاتها ومخرجاتها معروفة بدلاً من توسيع كل مقارن. ورقة واحدة، وظيفة واحدة: المعدل يحصل على ورقته الخاصة إذا احتاجها. مثالنا التفصيلي الكامل للسلسل في دليل مخطط دائرة 12V إلى 220V AC.
قائمة التحقق لمخطط مصدر الطاقة
- حاجز العزل مرسوم كخط بطول كامل، مع المحول والمكواة البصرية ومكثف Y فقط يتجاوزونه.
- كلا الجانبين مسمّاتين بجهدهما وفئة الخطر.
- متطلبات التسلل والمسافة موضحة كنص على الحاجز.
- خطوط نواة المحول ونقاط التأطير موجودة.
- الجسر مرسوم كمعين أو مستطيل مُغلف، مع توضيح PIV للدايود.
- كل مكثف إلكتروليتي مرسوم بالرمز المستقطب، مع علامة
+، وتصنيف جهد. - أرقام أطراف المحول مكتوبة على الرمز والتحقق منها مع ورقة البيانات.
- فجوة التخفيض، التبديد، والحد الأدنى لجهد الدخل موضحة.
- مكثفات المدخل والمخرج مرسومة مجاورة للأطراف التي تخدمها.
- مسارات التيار العالي مرسومة بسمك، مع توضيح التيار.
- خطوط التغذية الراجعة والاستشعار مرسومة رفيعة والتوجه بعيدًا عن عقد التبديل.
- عقدة التبديل والحلقة الساخنة محددة صراحةً.
- القاطع وتصنيفه على المدخل، دائمًا.
يقرأ مخطط مصدر الطاقة أشخاصًا سيضعون أيديهم داخل الجهاز النهائي. كل توضيح أعلاه موجود حتى يتمكن القارئ من تحديد، دون قياس أي شيء، أي أجزاء من الدائرة ستؤذيهم.
ابدأ في رسم مخططك الخاص الآن. المحولات، выпряميات الجسر، المكثفات المستقطبة، كتل 78xx ومحولات MOSFET جميعها في المكتبة، ويمكنك تعيين أوزان الخطوط لتحديد مسارات التيار العالي كما يصفه هذا الدليل. بمجرد رسم مصدر الطاقة، الأحمال المعلقة عليه — مراحل تبديل MOSFET والحماية وشجرة طاقة وحدات التحكم الدقيقة — مغطاة في الأدلة المرافقة.