ในการออกแบบแหล่งจ่ายไฟสลับ การออกแบบทางกายภาพของ PCB บอร์ด เป็นลิงค์สุดท้าย หากวิธีการออกแบบไม่เหมาะสม PCB อาจแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามากเกินไปและทำให้แหล่งจ่ายไฟทำงานไม่เสถียร ต่อไปนี้คือประเด็นที่ต้องให้ความสนใจในการวิเคราะห์แต่ละขั้นตอน:

ขั้นตอนการออกแบบจากแผนผังไปยัง PCB

การสร้างพารามิเตอร์ส่วนประกอบ – “หลักการป้อนข้อมูล netlist” – “การตั้งค่าพารามิเตอร์การออกแบบ -” เค้าโครงแบบแมนนวล – “การเดินสายแบบแมนนวล” – “การออกแบบการตรวจสอบ -” การตรวจสอบ – “เอาต์พุต CAM

เค้าโครงส่วนประกอบ

การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าแม้ว่าการออกแบบแผนผังวงจรจะถูกต้องและแผงวงจรพิมพ์ไม่ได้ออกแบบมาอย่างเหมาะสม แต่จะส่งผลเสียต่อความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่น หากเส้นคู่ขนานบางสองเส้นของแผ่นพิมพ์อยู่ใกล้กัน จะทำให้เกิดความล่าช้าของรูปคลื่นสัญญาณและเสียงสะท้อนที่ปลายสายส่ง การรบกวนที่เกิดจากการพิจารณาแหล่งจ่ายไฟและสายดินที่ไม่เหมาะสมจะทำให้ผลิตภัณฑ์เสียหาย ประสิทธิภาพการทำงานลดลง ดังนั้นเมื่อออกแบบแผงวงจรพิมพ์ ควรให้ความสนใจกับการนำวิธีการที่ถูกต้องมาใช้ แหล่งจ่ายไฟสลับแต่ละตัวมีสี่ลูปปัจจุบัน:

(1) สวิตช์ไฟ วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

(2) วงจรเรียงกระแสเอาต์พุตวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

(3) แหล่งสัญญาณอินพุตลูปปัจจุบันลูป

(4) โหลดเอาต์พุตลูปปัจจุบันลูปอินพุตลูป

ตัวเก็บประจุอินพุตถูกชาร์จโดยกระแสไฟตรงโดยประมาณ ตัวเก็บประจุกรองส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นที่เก็บพลังงานบรอดแบนด์ ในทำนองเดียวกัน ตัวเก็บประจุตัวกรองเอาต์พุตยังใช้เพื่อเก็บพลังงานความถี่สูงจากวงจรเรียงกระแสเอาต์พุตและกำจัดพลังงาน DC ของลูปโหลดเอาต์พุต ดังนั้นขั้วของตัวเก็บประจุตัวกรองอินพุตและเอาต์พุตจึงมีความสำคัญมาก วงจรกระแสอินพุตและเอาต์พุตควรเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟจากขั้วของตัวเก็บประจุตัวกรองตามลำดับเท่านั้น หากการเชื่อมต่อระหว่างวงจรอินพุต/เอาต์พุตกับวงจรสวิตช์/วงจรเรียงกระแสไฟไม่สามารถเชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุได้ ขั้วต่อจะเชื่อมต่อโดยตรง และพลังงาน AC จะถูกแผ่ออกสู่สิ่งแวดล้อมโดยตัวเก็บประจุตัวกรองอินพุตหรือเอาต์พุต

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับของสวิตช์ไฟและวงจรไฟฟ้ากระแสสลับของวงจรเรียงกระแสมีกระแสสี่เหลี่ยมคางหมูแอมพลิจูดสูง ส่วนประกอบฮาร์มอนิกของกระแสเหล่านี้สูงมาก ความถี่นั้นมากกว่าความถี่พื้นฐานของสวิตช์มาก แอมพลิจูดสูงสุดอาจสูงถึง 5 เท่าของแอมพลิจูดของกระแสตรงอินพุต/เอาต์พุตต่อเนื่อง เวลาในการเปลี่ยนโดยปกติคือประมาณ 50 ns

สองลูปนี้มีแนวโน้มว่าจะเกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้มากที่สุด ดังนั้นจะต้องวางลูป AC เหล่านี้ก่อนบรรทัดอื่นๆ ที่พิมพ์ในแหล่งจ่ายไฟ ส่วนประกอบหลักสามส่วนของแต่ละลูปคือตัวเก็บประจุกรอง สวิตช์ไฟหรือวงจรเรียงกระแส ตัวเหนี่ยวนำหรือหม้อแปลง วางไว้ใกล้กันและปรับตำแหน่งของส่วนประกอบเพื่อให้เส้นทางปัจจุบันระหว่างกันสั้นที่สุด วิธีที่ดีที่สุดในการสร้างเลย์เอาต์ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งนั้นคล้ายกับการออกแบบทางไฟฟ้า กระบวนการออกแบบที่ดีที่สุดมีดังนี้:

วางหม้อแปลงไฟฟ้า

ออกแบบสวิตช์ไฟ วงจรกระแส

ออกแบบวงจรเรียงกระแสเอาต์พุตวงจรปัจจุบัน

วงจรควบคุมที่ต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

ออกแบบลูปแหล่งกระแสอินพุตและตัวกรองอินพุต ออกแบบลูปโหลดเอาต์พุตและฟิลเตอร์เอาต์พุตตามหน่วยการทำงานของวงจร เมื่อจัดวางส่วนประกอบทั้งหมดของวงจรต้องเป็นไปตามหลักการดังต่อไปนี้:

(1) ขั้นแรก พิจารณาขนาดของ PC B. เมื่อขนาด PC B ใหญ่เกินไป เส้นที่พิมพ์จะยาว อิมพีแดนซ์จะเพิ่มขึ้น ความสามารถในการป้องกันเสียงรบกวนจะลดลง และต้นทุนจะเพิ่มขึ้น ถ้าขนาด PC B เล็กเกินไป การกระจายความร้อนจะไม่ดี และเส้นที่อยู่ติดกันจะถูกรบกวนได้ง่าย รูปร่างที่ดีที่สุดของแผงวงจรคือสี่เหลี่ยมผืนผ้า อัตราส่วนกว้างยาว 3: 2 หรือ 4: 3 และส่วนประกอบที่อยู่บนขอบของแผงวงจรโดยทั่วไปจะอยู่ห่างจากขอบแผงวงจรไม่น้อยกว่า 2 มม.

(2) เมื่อวางอุปกรณ์ให้พิจารณาการบัดกรีที่ตามมาไม่หนาแน่นเกินไป

(3) ใช้องค์ประกอบหลักของวงจรการทำงานแต่ละวงจรเป็นศูนย์กลางและจัดวางรอบ ๆ ส่วนประกอบควรได้รับการจัดวางอย่างเท่าเทียมกัน เรียบร้อย และกะทัดรัดบน PC B ย่อและย่อสายนำและการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบต่างๆ และตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนควรอยู่ใกล้กับ VCC ของอุปกรณ์มากที่สุด

(4) สำหรับวงจรที่ทำงานด้วยความถี่สูง ต้องพิจารณาพารามิเตอร์แบบกระจายระหว่างส่วนประกอบ โดยทั่วไปควรจัดวงจรแบบขนานให้มากที่สุด ด้วยวิธีนี้ ไม่เพียงแต่สวยงามเท่านั้น แต่ยังติดตั้งและเชื่อมได้ง่าย และง่ายต่อการผลิตในปริมาณมาก

(5) จัดเรียงตำแหน่งของวงจรการทำงานแต่ละหน่วยตามการไหลของวงจร เพื่อให้รูปแบบสะดวกต่อการหมุนเวียนของสัญญาณ และสัญญาณจะถูกเก็บไว้ในทิศทางเดียวกันมากที่สุด

(6) หลักการแรกของเลย์เอาต์คือเพื่อให้แน่ใจว่ามีอัตราการเดินสาย ให้ความสนใจกับการเชื่อมต่อของสายจูงที่บินได้เมื่อเคลื่อนย้ายอุปกรณ์ และประกอบอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน

(7) ลดพื้นที่ลูปให้มากที่สุดเพื่อลดการรบกวนทางรังสีของแหล่งจ่ายไฟสลับ

การตั้งค่าพารามิเตอร์

ระยะห่างระหว่างสายไฟที่อยู่ติดกันต้องสามารถเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยทางไฟฟ้า และเพื่อความสะดวกในการใช้งานและการผลิต ระยะห่างควรกว้างที่สุด ระยะห่างขั้นต่ำต้องเหมาะสมอย่างน้อยสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ยอมรับได้ เมื่อความหนาแน่นของสายไฟต่ำ ระยะห่างของสายสัญญาณจะเพิ่มขึ้นอย่างเหมาะสม สำหรับสายสัญญาณที่มีช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างระดับสูงและต่ำ ระยะห่างควรสั้นที่สุดและเพิ่มระยะห่าง ตั้งค่าระยะห่างการติดตามเป็น 8mil

ระยะห่างจากขอบของรูด้านในของแพดถึงขอบของบอร์ดที่พิมพ์ควรมากกว่า 1 มม. เพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของแพดระหว่างการประมวลผล เมื่อร่องรอยที่เชื่อมต่อกับแผ่นอิเล็กโทรดนั้นบาง การเชื่อมต่อระหว่างแผ่นอิเล็กโทรดกับรอยควรได้รับการออกแบบให้มีรูปร่างหยด ข้อดีของสิ่งนี้คือแผ่นอิเล็กโทรดไม่ลอกง่าย แต่รอยและแผ่นอิเล็กโทรดไม่สามารถถอดออกได้ง่าย

การเดินสายไฟ

แหล่งจ่ายไฟสลับมีสัญญาณความถี่สูง บรรทัดที่พิมพ์บน PC B สามารถทำหน้าที่เป็นเสาอากาศได้ ความยาวและความกว้างของเส้นที่พิมพ์จะส่งผลต่ออิมพีแดนซ์และการเหนี่ยวนำ ซึ่งส่งผลต่อการตอบสนองความถี่ แม้แต่เส้นที่พิมพ์ผ่านสัญญาณ DC ก็ยังสามารถเชื่อมต่อกับสัญญาณความถี่วิทยุจากเส้นที่พิมพ์ที่อยู่ติดกัน และทำให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับวงจรได้ ดังนั้น เส้นที่พิมพ์ทั้งหมดที่ผ่านกระแสไฟ AC ควรได้รับการออกแบบให้สั้นและกว้างที่สุด ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับสายที่พิมพ์และสายไฟอื่นๆ จะต้องวางไว้ใกล้กันมาก

ความยาวของเส้นที่พิมพ์จะเป็นสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำและอิมพีแดนซ์ที่แสดง ในขณะที่ความกว้างแปรผกผันกับการเหนี่ยวนำและอิมพีแดนซ์ของเส้นที่พิมพ์ ความยาวสะท้อนความยาวคลื่นของการตอบสนองของเส้นที่พิมพ์ ยิ่งมีความยาวเท่าใด ความถี่ในบรรทัดที่พิมพ์ก็สามารถส่งและรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ต่ำลงเท่านั้น และสามารถแผ่พลังงานคลื่นความถี่วิทยุได้มากขึ้น ตามกระแสของแผงวงจรพิมพ์ พยายามเพิ่มความกว้างของสายไฟเพื่อลดความต้านทานของวงจร ในเวลาเดียวกันทำให้ทิศทางของสายไฟและสายดินสอดคล้องกับทิศทางของกระแสซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการป้องกันเสียงรบกวน การต่อสายดินเป็นสาขาด้านล่างของสี่ลูปปัจจุบันของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง มีบทบาทสำคัญในเป็นจุดอ้างอิงทั่วไปสำหรับวงจร เป็นวิธีที่สำคัญในการควบคุมการรบกวน

ดังนั้นการวางสายดินควรพิจารณาอย่างรอบคอบในการจัดวาง การผสมสายดินต่างๆ จะทำให้แหล่งจ่ายไฟไม่เสถียร

จุดต่อไปนี้ควรให้ความสนใจในการออกแบบสายดิน:

1. เลือกกราวด์จุดเดียวอย่างถูกต้อง โดยทั่วไป ขั้วทั่วไปของตัวเก็บประจุตัวกรองควรเป็นจุดเชื่อมต่อเพียงจุดเดียวสำหรับการต่อจุดกราวด์อื่นๆ เข้ากับกราวด์ AC ที่มีกระแสไฟสูง ควรเชื่อมต่อกับจุดกราวด์ของระดับนี้โดยหลักแล้วพิจารณาว่ากระแสที่ไหลกลับสู่พื้นในแต่ละส่วนของวงจรจะเปลี่ยนไป อิมพีแดนซ์ของเส้นไหลจริงจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงศักย์กราวด์ของแต่ละส่วนของวงจรและทำให้เกิดการรบกวน ในการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งนี้ การเดินสายและการเหนี่ยวนำระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ มีอิทธิพลเพียงเล็กน้อย และกระแสหมุนเวียนที่เกิดจากวงจรกราวด์มีอิทธิพลต่อการรบกวนมากกว่า เมื่อเชื่อมต่อกับพินกราวด์แล้ว สายกราวด์ของส่วนประกอบหลายอย่างของลูปกระแสเรียงกระแสเอาต์พุตยังเชื่อมต่อกับพินกราวด์ของตัวเก็บประจุตัวกรองที่สอดคล้องกัน เพื่อให้แหล่งจ่ายไฟทำงานได้อย่างเสถียรยิ่งขึ้นและไม่ง่ายที่จะกระตุ้นตัวเอง เชื่อมต่อไดโอดสองตัวหรือตัวต้านทานขนาดเล็ก อันที่จริง มันสามารถเชื่อมต่อกับแผ่นฟอยล์ทองแดงที่มีความเข้มข้นค่อนข้างมาก

2. ขันสายดินให้ข้นให้มากที่สุด หากสายดินบางมาก ศักย์ไฟฟ้าของกราวด์จะเปลี่ยนไปตามกระแสไฟ ซึ่งจะทำให้ระดับสัญญาณไทม์มิ่งของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไม่เสถียร และประสิทธิภาพการป้องกันเสียงรบกวนจะลดลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้วต่อกราวด์กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่แต่ละอัน ใช้สายพิมพ์ที่สั้นและกว้างที่สุดเท่าที่จะทำได้ และขยายความกว้างของสายไฟและสายกราวด์ให้กว้างที่สุด ทางที่ดีควรทำให้สายกราวด์กว้างกว่าสายไฟ ความสัมพันธ์ของพวกเขาคือ: สายกราวด์ “สายไฟ” สายสัญญาณ ความกว้างควรมากกว่า 3 มม. และชั้นทองแดงขนาดใหญ่สามารถใช้เป็นสายกราวด์ได้และสถานที่ที่ไม่ได้ใช้บนแผงวงจรพิมพ์จะเชื่อมต่อกับกราวด์เป็นสายกราวด์ เมื่อดำเนินการเดินสายทั่วโลกต้องปฏิบัติตามหลักการต่อไปนี้ด้วย:

(1) ทิศทางการเดินสาย: จากมุมมองของพื้นผิวการบัดกรี การจัดเรียงส่วนประกอบควรสอดคล้องกับแผนผังให้มากที่สุด ทิศทางการเดินสายควรสอดคล้องกับทิศทางการเดินสายของแผนภาพวงจรได้ดีที่สุด เนื่องจากมักจะต้องใช้พารามิเตอร์ต่างๆ บนพื้นผิวการบัดกรีในระหว่างกระบวนการผลิต การตรวจสอบจึงสะดวกสำหรับการตรวจสอบ การดีบัก และการยกเครื่องในการผลิต (หมายเหตุ: หมายถึงข้อกำหนดของการปฏิบัติตามประสิทธิภาพของวงจรและข้อกำหนดของการติดตั้งเครื่องทั้งหมดและการจัดวางแผง)

(2) เมื่อออกแบบแผนภาพการเดินสาย การเดินสายไม่ควรโค้งงอให้มากที่สุด และไม่ควรเปลี่ยนความกว้างของเส้นบนส่วนโค้งที่พิมพ์โดยฉับพลัน มุมของลวดควรเป็น ≥90 องศา และเส้นควรเรียบง่ายและชัดเจน

(3) ไม่อนุญาตให้ใช้วงจรไขว้ในวงจรพิมพ์ สำหรับเส้นที่อาจตัดกัน คุณสามารถใช้ “การเจาะ” และ “การไขลาน” เพื่อแก้ปัญหาได้ กล่าวคือ ให้ “เจาะ” ตะกั่วบางตัวผ่านช่องว่างภายใต้ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และพินไตรโอดอื่นๆ หรือ “ลม” ผ่านปลายตะกั่วบางตัวที่อาจข้าม ในสถานการณ์พิเศษ ความซับซ้อนของวงจรยังทำให้การออกแบบง่ายขึ้นได้อีกด้วย ใช้สายไฟต่อสะพานเพื่อแก้ปัญหาวงจรตัดขวาง เนื่องจากบอร์ดแบบด้านเดียว ส่วนประกอบในสายการผลิตจึงอยู่ที่พื้นผิวถึง p และอุปกรณ์ยึดพื้นผิวจะอยู่ที่พื้นผิวด้านล่าง ดังนั้น อุปกรณ์ในสายการผลิตจึงสามารถทับซ้อนกับอุปกรณ์ยึดพื้นผิวระหว่างการจัดวางได้ แต่ควรหลีกเลี่ยงการทับซ้อนกันของแผ่นอิเล็กโทรด

3. กราวด์อินพุตและกราวด์เอาต์พุต แหล่งจ่ายไฟสลับนี้เป็น DC-DC แรงดันต่ำ ในการป้อนแรงดันเอาต์พุตกลับไปที่หลักของหม้อแปลงไฟฟ้า วงจรทั้งสองด้านควรมีกราวด์อ้างอิงร่วมกัน ดังนั้นหลังจากวางทองแดงบนสายกราวด์ทั้งสองด้านแล้ว จะต้องเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างกราวด์ทั่วไป

การสอบ

หลังจากการออกแบบสายไฟเสร็จสิ้น จำเป็นต้องตรวจสอบอย่างรอบคอบว่าการออกแบบสายไฟเป็นไปตามกฎที่กำหนดโดยผู้ออกแบบหรือไม่ และในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องยืนยันว่ากฎที่กำหนดไว้ตรงตามข้อกำหนดของกระบวนการผลิตแผ่นพิมพ์ . โดยทั่วไป ให้ตรวจสอบเส้นและเส้น เส้นและแผ่นส่วนประกอบ และเส้น ระยะห่างจากรูทะลุ แผ่นส่วนประกอบ และรูทะลุ รูทะลุและรูทะลุนั้นสมเหตุสมผลหรือไม่ และตรงตามข้อกำหนดการผลิตหรือไม่ ความกว้างของสายไฟและสายกราวด์มีความเหมาะสมหรือไม่ และมีที่สำหรับขยายสายกราวด์ใน PCB หรือไม่ หมายเหตุ: ข้อผิดพลาดบางอย่างสามารถละเว้นได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อส่วนหนึ่งของโครงร่างของคอนเน็กเตอร์บางตัววางอยู่นอกเฟรมบอร์ด ข้อผิดพลาดจะเกิดขึ้นเมื่อตรวจสอบระยะห่าง นอกจากนี้ ทุกครั้งที่มีการปรับเปลี่ยนสายไฟและจุดแวะ ทองแดงจะต้องเคลือบใหม่