در طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ، طراحی فیزیکی از برد PCB آخرین لینک است اگر روش طراحی نامناسب باشد، PCB ممکن است تداخل الکترومغناطیسی بیش از حد ایجاد کند و باعث شود منبع تغذیه ناپایدار کار کند. موارد زیر در تحلیل هر مرحله نیاز به توجه دارند:

جریان طراحی از شماتیک به PCB

ایجاد پارامترهای مؤلفه – «لیست اصلی ورودی – «تنظیمات پارامتر طراحی -» طرح‌بندی دستی – «سیم‌کشی دستی- «طراحی تأیید» – بررسی – «خروجی CAM».

طرح جزء

تمرین ثابت کرده است که حتی اگر طرح شماتیک مدار درست باشد و برد مدار چاپی به درستی طراحی نشده باشد، بر قابلیت اطمینان تجهیزات الکترونیکی تأثیر منفی خواهد گذاشت. به عنوان مثال، اگر دو خط موازی نازک برد چاپ شده نزدیک به هم باشند، باعث تاخیر در شکل موج سیگنال و نویز بازتابی در انتهای خط انتقال می شود. تداخل ناشی از در نظر گرفتن نادرست منبع تغذیه و خط زمین باعث آسیب دیدن محصول می شود. عملکرد کاهش می یابد، بنابراین هنگام طراحی برد مدار چاپی باید به اتخاذ روش صحیح توجه شود. هر منبع تغذیه سوئیچینگ دارای چهار حلقه جریان است:

(1) مدار AC سوئیچ برق

(2) مدار AC یکسو کننده خروجی

(3) حلقه جریان منبع سیگنال ورودی

(4) بار خروجی حلقه ورودی حلقه فعلی

خازن ورودی با جریان DC تقریبی شارژ می شود. خازن فیلتر عمدتا به عنوان ذخیره انرژی باند پهن عمل می کند. به طور مشابه، خازن فیلتر خروجی نیز برای ذخیره انرژی با فرکانس بالا از یکسو کننده خروجی و حذف انرژی DC حلقه بار خروجی استفاده می شود. بنابراین پایانه های خازن های فیلتر ورودی و خروجی بسیار مهم است. مدارهای جریان ورودی و خروجی فقط باید به ترتیب از پایانه های خازن فیلتر به منبع تغذیه متصل شوند. اگر اتصال بین مدار ورودی/خروجی و مدار سوئیچ/یکسو کننده قدرت را نتوان به خازن وصل کرد ترمینال مستقیماً متصل است و انرژی AC توسط خازن فیلتر ورودی یا خروجی به محیط تابش می شود.

مدار AC سوئیچ برق و مدار AC یکسو کننده دارای جریان های ذوزنقه ای با دامنه بالا هستند. مولفه های هارمونیک این جریان ها بسیار زیاد است. فرکانس بسیار بیشتر از فرکانس اصلی سوئیچ است. دامنه پیک می تواند تا 5 برابر دامنه جریان پیوسته ورودی/خروجی DC باشد. زمان انتقال معمولاً تقریباً 50 ns است.

این دو حلقه بیشتر مستعد تداخل الکترومغناطیسی هستند، بنابراین این حلقه های AC باید قبل از سایر خطوط چاپ شده در منبع تغذیه قرار گیرند. سه جزء اصلی هر حلقه عبارتند از خازن های فیلتر، کلیدهای برق یا یکسو کننده ها، سلف ها یا ترانسفورماتورها. آنها را در کنار یکدیگر قرار دهید و موقعیت اجزا را تنظیم کنید تا مسیر فعلی بین آنها تا حد امکان کوتاه شود. بهترین راه برای ایجاد طرح منبع تغذیه سوئیچینگ مشابه طراحی الکتریکی آن است. بهترین فرآیند طراحی به شرح زیر است:

ترانسفورماتور را قرار دهید

طراحی حلقه جریان سوئیچ برق

طراحی حلقه جریان یکسو کننده خروجی

مدار کنترل متصل به مدار برق AC

حلقه منبع جریان ورودی و فیلتر ورودی را طراحی کنید. حلقه بار خروجی و فیلتر خروجی را با توجه به واحد عملکردی مدار طراحی کنید. هنگام چیدمان تمام اجزای مدار، اصول زیر باید رعایت شود:

(1) ابتدا، اندازه PC B را در نظر بگیرید. وقتی اندازه PC B خیلی بزرگ باشد، خطوط چاپی طولانی خواهند بود، امپدانس افزایش می یابد، توانایی ضد نویز کاهش می یابد و هزینه افزایش می یابد. اگر اندازه PC B خیلی کوچک باشد، اتلاف گرما خوب نخواهد بود و خطوط مجاور به راحتی مختل می شوند. بهترین شکل برد مدار مستطیل شکل است، نسبت ابعاد آن 3: 2 یا 4: 3 است و اجزای واقع در لبه برد مدار معمولاً کمتر از 2 میلی متر از لبه برد مدار قرار ندارند.

(2) هنگام قرار دادن دستگاه، لحیم کاری بعدی را در نظر بگیرید، نه خیلی متراکم.

(3) جزء اصلی هر مدار عملکردی را به عنوان مرکز در نظر بگیرید و در اطراف آن قرار دهید. قطعات باید به طور یکنواخت، منظم و فشرده بر روی PC B چیده شوند، سیم ها و اتصالات بین قطعات را به حداقل رسانده و کوتاه کنند و خازن جداکننده باید تا حد امکان به VCC دستگاه نزدیک شود.

(4) برای مدارهایی که در فرکانس های بالا کار می کنند، پارامترهای توزیع شده بین اجزا باید در نظر گرفته شود. به طور کلی، مدار باید تا حد امکان موازی باشد. به این ترتیب نه تنها زیباست، بلکه نصب و جوشکاری آن آسان است و تولید انبوه نیز آسان است.

(5) موقعیت هر واحد مدار عملکردی را با توجه به جریان مدار ترتیب دهید، به طوری که طرح برای گردش سیگنال راحت باشد و سیگنال تا حد امکان در همان جهت نگه داشته شود.

(6) اولین اصل چیدمان اطمینان از نرخ سیم کشی، توجه به اتصال سرنخ های پرنده هنگام حرکت دستگاه و قرار دادن دستگاه های متصل در کنار هم است.

(7) ناحیه حلقه را تا حد امکان کاهش دهید تا تداخل تشعشع منبع تغذیه سوئیچینگ را مهار کنید.

تنظیمات پارامتر

فاصله بین سیم های مجاور باید بتواند الزامات ایمنی الکتریکی را برآورده کند و به منظور تسهیل عملیات و تولید، فاصله باید تا حد امکان گسترده باشد. حداقل فاصله باید حداقل برای ولتاژ قابل تحمل مناسب باشد. هنگامی که تراکم سیم کشی کم است، فاصله خطوط سیگنال را می توان به طور مناسب افزایش داد. برای خطوط سیگنال با فاصله زیاد بین سطوح بالا و پایین، فاصله باید تا حد امکان کوتاه باشد و فاصله باید افزایش یابد. فاصله ردیابی را روی 8 میل تنظیم کنید.

فاصله از لبه سوراخ داخلی پد تا لبه تخته چاپی باید بیشتر از 1 میلی متر باشد تا از عیوب پد در هنگام پردازش جلوگیری شود. هنگامی که ردهای متصل به پدها نازک هستند، اتصال بین پدها و ردپاها باید به شکل قطره طراحی شود. مزیت این کار این است که لنت ها به راحتی جدا نمی شوند، اما ردپاها و لنت ها به راحتی جدا نمی شوند.

سیم کشی

منبع تغذیه سوئیچینگ حاوی سیگنال های فرکانس بالا است. هر خط چاپی روی PC B می تواند به عنوان یک آنتن عمل کند. طول و عرض خط چاپی بر امپدانس و اندوکتانس آن تأثیر می گذارد و در نتیجه بر پاسخ فرکانسی تأثیر می گذارد. حتی خطوط چاپی که سیگنال‌های DC را ارسال می‌کنند، می‌توانند به سیگنال‌های فرکانس رادیویی از خطوط چاپی مجاور متصل شوند و باعث مشکلات مدار شوند (و حتی سیگنال‌های تداخلی دوباره منتشر کنند). بنابراین، تمام خطوط چاپی که جریان AC را از خود عبور می دهند باید به گونه ای طراحی شوند که تا حد امکان کوتاه و عریض باشند، به این معنی که تمام اجزای متصل به خطوط چاپی و سایر خطوط برق باید بسیار نزدیک قرار گیرند.

طول خط چاپی متناسب با اندوکتانس و امپدانسی است که نشان می دهد، در حالی که عرض با اندوکتانس و امپدانس خط چاپی متناسب است. طول منعکس کننده طول موج پاسخ خط چاپی است. هر چه طول آن بیشتر باشد، فرکانس ارسال و دریافت امواج الکترومغناطیسی خط چاپی کمتر است و می تواند انرژی فرکانس رادیویی بیشتری را ساطع کند. با توجه به جریان مدار چاپی، سعی کنید عرض خط برق را افزایش دهید تا مقاومت حلقه کاهش یابد. در عین حال، جهت خط برق و خط زمین را با جهت جریان مطابقت دهید که به افزایش توانایی ضد نویز کمک می کند. ارت شاخه پایینی چهار حلقه جریان منبع تغذیه سوئیچینگ است. به عنوان یک نقطه مرجع مشترک برای مدار نقش مهمی ایفا می کند. این یک روش مهم برای کنترل تداخل است.

بنابراین محل قرارگیری سیم ارت باید در چیدمان به دقت مورد توجه قرار گیرد. مخلوط کردن زمین های مختلف باعث ناپایداری منبع تغذیه می شود.

در طراحی سیم زمین باید به نکات زیر توجه کرد:

1. زمین تک نقطه ای را به درستی انتخاب کنید. به طور کلی، ترمینال مشترک خازن فیلتر باید تنها نقطه اتصال برای اتصال سایر نقاط اتصال به زمین AC با جریان بالا باشد. با توجه به اینکه جریان برگشتی به زمین در هر قسمت از مدار تغییر می کند، باید به نقطه اتصال به زمین این سطح متصل شود. امپدانس خط جریان واقعی باعث تغییر پتانسیل زمین هر قسمت از مدار و ایجاد تداخل می شود. در این منبع تغذیه سوئیچینگ، سیم کشی آن و اندوکتانس بین دستگاه ها تأثیر کمی دارد و جریان گردشی تشکیل شده توسط مدار زمین تأثیر بیشتری بر تداخل دارد. با اتصال به پایه زمین، سیم های زمین چندین جزء حلقه جریان یکسو کننده خروجی نیز به پایه های زمین خازن های فیلتر مربوطه متصل می شوند تا منبع تغذیه پایدارتر کار کند و به راحتی خود تحریک نشود. دو دیود یا یک مقاومت کوچک را به هم وصل کنید، در واقع می توان آن را به یک تکه فویل مسی نسبتاً متمرکز متصل کرد.

2. سیم ارت را تا حد امکان ضخیم کنید. اگر سیم اتصال زمین بسیار نازک باشد، پتانسیل زمین با تغییر جریان تغییر می کند، که باعث می شود سطح سیگنال زمان بندی تجهیزات الکترونیکی ناپایدار شود و عملکرد ضد نویز بدتر شود. بنابراین، لازم است اطمینان حاصل شود که هر ترمینال اتصال زمین جریان بزرگ از سیم های چاپ شده تا حد امکان کوتاه و پهن استفاده کرده و عرض سیم های برق و زمین را تا حد امکان افزایش دهید. بهترین کار این است که سیم های زمین پهن تر از سیم های برق باشد. رابطه آنها این است: سیم سیگنال “سیم برق” سیم زمین. عرض باید بیشتر از 3 میلی متر باشد و سطح زیادی از لایه مسی را نیز می توان به عنوان سیم زمین استفاده کرد و مکان های استفاده نشده روی برد مدار چاپی به عنوان سیم زمین به زمین متصل می شود. هنگام انجام سیم کشی جهانی، اصول زیر نیز باید رعایت شود:

(1) جهت سیم کشی: از منظر سطح لحیم کاری، چیدمان اجزا باید تا حد امکان مطابق با نمودار شماتیک باشد. جهت سیم کشی بهتر است با جهت سیم کشی نمودار مدار مطابقت داشته باشد، زیرا معمولاً پارامترهای مختلفی روی سطح لحیم کاری در طول فرآیند تولید مورد نیاز است. بازرسی، بنابراین برای بازرسی، اشکال زدایی و تعمیرات اساسی در تولید راحت است (توجه: به فرض برآورده شدن عملکرد مدار و الزامات نصب کل دستگاه و طرح پانل اشاره دارد).

(2) هنگام طراحی نمودار سیم کشی، سیم کشی نباید تا حد امکان خم شود و عرض خط روی قوس چاپی نباید ناگهان تغییر کند. گوشه سیم باید ≥90 درجه باشد و خطوط باید ساده و واضح باشند.

(3) مدارهای متقاطع در مدار چاپی مجاز نیستند. برای خطوطی که ممکن است از هم عبور کنند، می توانید از “دریل کردن” و “سیم پیچ” برای حل مشکل استفاده کنید. یعنی اجازه دهید یک سرب خاص از شکاف زیر مقاومت‌ها، خازن‌ها و پین‌های تریودی دیگر “متحرک” کند، یا از انتهای سرب خاصی که ممکن است عبور کند، “باد” کند. در شرایط خاص، مدار چقدر پیچیده است، می توان طراحی را ساده کرد. از سیم برای پل زدن برای حل مشکل مدار متقاطع استفاده کنید. با توجه به تخته یک طرفه، اجزای درون خطی روی سطح p و دستگاه های نصب سطحی در سطح پایین قرار دارند. بنابراین، دستگاه‌های درون خطی می‌توانند در حین چیدمان با دستگاه‌های نصب سطحی همپوشانی داشته باشند، اما باید از همپوشانی پدها اجتناب شود.

3. زمین ورودی و زمین خروجی این منبع تغذیه سوئیچینگ یک DC-DC ولتاژ پایین است. برای برگشت ولتاژ خروجی به اصلی ترانسفورماتور، مدارهای دو طرف باید دارای یک زمین مرجع مشترک باشند، بنابراین پس از گذاشتن مس روی سیم‌های زمین در دو طرف، باید به یکدیگر متصل شوند تا یک زمین مشترک ایجاد شود.

معاینه

پس از اتمام طراحی سیم کشی، لازم است به دقت بررسی شود که آیا طرح سیم کشی با قوانین تعیین شده توسط طراح مطابقت دارد یا خیر، و در عین حال، لازم است تأیید شود که آیا قوانین تعیین شده مطابق با الزامات فرآیند تولید تخته چاپی است یا خیر. . به طور کلی، خطوط و خطوط، خطوط و پدهای مؤلفه و خطوط را بررسی کنید. اینکه آیا فواصل از سوراخ‌های عبوری، پدهای اجزاء و سوراخ‌های عبوری، از سوراخ‌ها و سوراخ‌های عبوری معقول است و آیا آنها الزامات تولید را برآورده می‌کنند. آیا عرض خط برق و خط زمین مناسب است و آیا جایی برای تعریض خط زمین در PCB وجود دارد یا خیر. توجه: برخی از خطاها را می توان نادیده گرفت. به عنوان مثال، هنگامی که بخشی از طرح کلی برخی از کانکتورها در خارج از چارچوب برد قرار می گیرد، هنگام بررسی فاصله، خطاهایی رخ می دهد. علاوه بر این، هر بار که سیم‌کشی و ویاها اصلاح می‌شوند، مس باید دوباره پوشش داده شود.