Thiết kế nguồn điện chuyển mạch PCB

Trong bất kỳ thiết kế PCB nào, thiết kế vật lý của nguồn điện chuyển mạch là liên kết cuối cùng. Nếu phương pháp thiết kế không phù hợp, PCB có thể bức xạ quá nhiều nhiễu điện từ và khiến nguồn điện hoạt động không ổn định. Sau đây là phân tích các vấn đề cần chú ý trong từng bước .

Dòng thiết kế từ sơ đồ đến PCB

Thiết lập các thông số thành phần -> netlist nguyên lý đầu vào -> cài đặt tham số thiết kế -> bố trí thủ công -> đấu dây thủ công -> xác minh thiết kế -> xem xét -> đầu ra CAM.

Cài đặt tham số

Khoảng cách giữa các dây liền kề phải đảm bảo các yêu cầu về an toàn điện, và để thuận tiện cho việc vận hành và sản xuất thì khoảng cách đó phải càng rộng càng tốt. Khoảng cách tối thiểu ít nhất phải phù hợp với điện áp chịu được. Khi mật độ dây thấp, khoảng cách của các đường tín hiệu có thể được tăng lên một cách thích hợp. Đối với các đường tín hiệu có khoảng cách lớn giữa mức cao và mức thấp, khoảng cách phải càng ngắn càng tốt và tăng khoảng cách. Nói chung, Đặt khoảng cách dấu vết thành 8 triệu. Khoảng cách giữa mép lỗ trong của tấm lót và mép tấm in nên lớn hơn 1mm, điều này có thể tránh được các khuyết tật của tấm lót trong quá trình gia công. Khi các vết nối với miếng đệm mỏng, phần kết nối giữa miếng đệm và miếng đệm nên được thiết kế thành hình giọt nước, ưu điểm của việc này là miếng đệm không dễ bị bong tróc, nhưng các dấu vết và miếng đệm không dễ bị rời ra.

Bố cục thành phần

Thực tiễn đã chứng minh rằng ngay cả khi sơ đồ mạch được thiết kế chính xác và bảng mạch in không được thiết kế đúng cách, nó sẽ có ảnh hưởng xấu đến độ tin cậy của thiết bị điện tử. Ví dụ, nếu hai đường thẳng song song mỏng của bảng in gần nhau, nó sẽ gây ra độ trễ của dạng sóng tín hiệu và nhiễu phản xạ sẽ hình thành ở đầu cuối của đường truyền; nhiễu do việc xem xét nguồn điện và mặt đất không đúng cách sẽ khiến sản phẩm bị ảnh hưởng. Hiệu suất giảm, do đó khi thiết kế mạch in cần chú ý đúng phương pháp. Mỗi nguồn điện chuyển mạch có bốn vòng lặp hiện tại:

◆ Công tắc nguồn mạch AC

◆ Mạch chỉnh lưu đầu ra AC

◆ Vòng lặp dòng điện nguồn tín hiệu đầu vào

◆ Vòng đầu vào vòng lặp dòng tải đầu ra

Tụ điện đầu vào được sạc bằng dòng điện một chiều gần đúng. Tụ lọc chủ yếu đóng vai trò là chức năng lưu trữ năng lượng băng thông rộng; tương tự, tụ lọc đầu ra cũng được sử dụng để lưu trữ năng lượng tần số cao từ bộ chỉnh lưu đầu ra và loại bỏ năng lượng một chiều của vòng tải đầu ra. Do đó, các cực của tụ lọc đầu vào và đầu ra là rất quan trọng, các vòng dòng điện đầu vào và đầu ra chỉ nên được kết nối với nguồn điện từ các đầu cực của tụ lọc tương ứng; nếu kết nối giữa vòng đầu vào / đầu ra và vòng chuyển đổi nguồn / bộ chỉnh lưu thì không thể kết nối với tụ điện Thiết bị đầu cuối được kết nối trực tiếp và năng lượng AC sẽ được bức xạ ra môi trường bởi tụ lọc đầu vào hoặc đầu ra.

Vòng AC của công tắc nguồn và vòng AC của bộ chỉnh lưu chứa các dòng điện hình thang biên độ cao. Các dòng điện này có thành phần sóng hài cao và tần số của chúng lớn hơn nhiều so với tần số cơ bản của công tắc. Biên độ đỉnh có thể cao tới 5 lần biên độ dòng điện một chiều đầu vào / đầu ra liên tục. Thời gian chuyển đổi thường là Khoảng 50ns. Hai vòng này dễ bị nhiễu điện từ nhất, vì vậy các vòng AC này phải được đặt trước các đường in khác trong bộ nguồn. Ba thành phần chính của mỗi vòng là tụ lọc, công tắc nguồn hoặc chỉnh lưu, cuộn cảm hoặc máy biến áp. Đặt chúng cạnh nhau và điều chỉnh vị trí của các thành phần để làm cho đường dẫn hiện tại giữa chúng càng ngắn càng tốt.

Cách tốt nhất để thiết lập bố trí nguồn điện chuyển mạch tương tự như thiết kế điện của nó. Quy trình thiết kế tốt nhất như sau:

1. Đặt máy biến áp

2. Thiết kế vòng lặp dòng điện chuyển mạch

3. Thiết kế vòng lặp dòng chỉnh lưu đầu ra

4. Mạch điều khiển kết nối với mạch nguồn AC

Thiết kế mạch vòng nguồn dòng vào và bộ lọc đầu vào Khi thiết kế mạch vòng tải đầu ra và bộ lọc đầu ra theo đơn vị chức năng của mạch, khi bố trí tất cả các bộ phận của mạch phải đáp ứng các nguyên tắc sau:

● Đầu tiên, hãy xem xét kích thước PCB. Khi kích thước PCB quá lớn thì đường in sẽ dài, trở kháng tăng, khả năng chống nhiễu giảm, giá thành tăng, nếu kích thước PCB quá nhỏ thì tản nhiệt không tốt, các đường liền nhau dễ bị nhiễu. Hình dạng tốt nhất của bảng mạch là hình chữ nhật, tỷ lệ khung hình là 3: 2 hoặc 4: 3, các linh kiện nằm ở mép của bảng mạch, thường cách mép của bảng mạch không nhỏ hơn 2mm

● Khi đặt thiết bị, hãy cân nhắc việc hàn trong tương lai, không quá dày

● Lấy các thành phần cốt lõi của mỗi mạch chức năng làm trung tâm và bố trí xung quanh nó. Các thành phần phải được sắp xếp đồng đều, gọn gàng và chắc chắn trên PCB, giảm thiểu và rút ngắn các dây dẫn và kết nối giữa các thành phần, và tụ điện tách phải càng gần VCC của thiết bị càng tốt.

● Đối với các mạch hoạt động ở tần số cao, các thông số phân bố giữa các thành phần phải được xem xét. Nói chung, mạch điện nên được bố trí song song càng nhiều càng tốt. Bằng cách này, nó không chỉ đẹp, mà còn dễ lắp đặt và hàn, dễ sản xuất hàng loạt

● Sắp xếp vị trí của từng khối mạch chức năng theo dòng mạch, bố trí thuận tiện cho dòng tín hiệu và giữ cho tín hiệu theo cùng một hướng nhất có thể

● Nguyên tắc đầu tiên của cách bố trí là đảm bảo tốc độ định tuyến, chú ý đến kết nối của các dây dẫn bay khi di chuyển thiết bị và đặt các thiết bị có mối quan hệ kết nối với nhau

● Giảm diện tích vòng lặp nhiều nhất có thể để ngăn chặn nhiễu bức xạ của nguồn điện chuyển mạch

4. Hệ thống dây điện

Nguồn điện chuyển mạch chứa các tín hiệu tần số cao. Bất kỳ đường in nào trên PCB đều có thể hoạt động như một ăng-ten. Chiều dài và chiều rộng của đường in sẽ ảnh hưởng đến trở kháng và điện cảm của nó, do đó ảnh hưởng đến đáp ứng tần số. Ngay cả các đường in đi qua tín hiệu DC cũng có thể ghép nối với tín hiệu tần số vô tuyến từ các đường in liền kề và gây ra các sự cố về mạch (thậm chí bức xạ lại tín hiệu nhiễu). Do đó, tất cả các đường in đi qua dòng điện xoay chiều phải được thiết kế càng ngắn và càng rộng càng tốt, có nghĩa là tất cả các thành phần kết nối với đường in và các đường dây điện khác phải được đặt rất gần nhau.

Chiều dài của dòng in tỷ lệ thuận với độ tự cảm và trở kháng mà nó thể hiện, trong khi chiều rộng tỷ lệ nghịch với độ tự cảm và trở kháng của dòng in. Chiều dài phản ánh bước sóng của phản ứng của vạch in. Chiều dài càng dài, tần số mà vạch in có thể gửi và nhận sóng điện từ càng thấp và nó có thể bức xạ nhiều năng lượng tần số vô tuyến hơn. Theo kích thước của dòng điện bảng mạch in, cố gắng tăng chiều rộng của đường dây điện để giảm điện trở mạch vòng. Đồng thời, làm cho hướng của đường dây điện và đường dây nối đất phù hợp với hướng của dòng điện, giúp tăng cường khả năng chống nhiễu. Nối đất là nhánh dưới cùng của 4 vòng dòng của bộ nguồn đóng cắt, nó đóng vai trò rất quan trọng như một điểm tham chiếu chung cho mạch, là một phương pháp quan trọng để kiểm soát nhiễu. Vì vậy, vị trí đặt dây tiếp đất cần được xem xét kỹ lưỡng trong cách bố trí, việc trộn lẫn nhiều loại tiếp đất khác nhau sẽ khiến nguồn điện không ổn định.

5. Kiểm tra

Sau khi thiết kế hệ thống dây điện hoàn thành, cần phải kiểm tra kỹ xem thiết kế hệ thống dây điện có phù hợp với các quy tắc do nhà thiết kế đặt ra hay không, đồng thời, cũng cần xác nhận các quy tắc đã thiết lập có đáp ứng các yêu cầu của quy trình sản xuất ván in hay không. Khoảng cách từ các lỗ, miếng đệm thành phần và qua lỗ, qua lỗ và qua lỗ có hợp lý không và chúng có đáp ứng yêu cầu sản xuất hay không. Chiều rộng của đường dây điện và đường dây nối đất có phù hợp hay không và liệu có chỗ nào để mở rộng đường dây nối đất trong PCB hay không. Lưu ý: Có thể bỏ qua một số lỗi, ví dụ khi đặt một phần đường viền của một số đầu nối bên ngoài khung bảng, khi kiểm tra khoảng cách sẽ xảy ra sai sót; ngoài ra, mỗi khi sửa đổi hệ thống dây và vias, đồng phải được mạ lại.

Việc xem xét dựa trên "danh sách kiểm tra PCB", bao gồm các quy tắc thiết kế, định nghĩa lớp, độ rộng dòng, khoảng cách, miếng đệm và thông qua cài đặt, đồng thời cũng tập trung vào việc xem xét tính hợp lý của bố cục thiết bị, định tuyến nguồn và mạng mặt đất cũng như mạng đồng hồ tốc độ cao. Hệ thống dây điện và che chắn, vị trí và kết nối của các tụ điện tách rời, v.v.

6. Thiết kế đầu ra

Lưu ý khi xuất tệp Gerber:

● Các lớp cần xuất ra là lớp dây (lớp dưới cùng), lớp lụa (bao gồm cả in lụa trên và dưới), mặt nạ hàn (mặt nạ hàn dưới), lớp khoan (lớp dưới cùng) và cũng tạo ra các tệp khoan (NC Drill)

● Khi đặt Layer của lớp in lụa, không chọn Part Type, hãy chọn lớp trên cùng (lớp dưới cùng) và Outline, Text, Line của lớp lụa

● Khi thiết lập Layer của từng lớp, chọn BoardOutline, khi thiết lập Layer của lớp in lụa, không chọn Part Type, hãy chọn đường viền, văn bản và đường kẻ của lớp trên cùng (lớp dưới cùng) và lớp lụa.