ในการออกแบบแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งหากบอร์ด PCB ไม่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมก็จะเกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้ามากเกินไป การออกแบบบอร์ด PCB พร้อมระบบจ่ายไฟที่เสถียรได้สรุปเคล็ดลับทั้ง 7 ประการ: ผ่านการวิเคราะห์เรื่องที่ต้องให้ความสนใจในแต่ละขั้นตอน การออกแบบบอร์ด PCB สามารถทำได้อย่างง่ายดายทีละขั้นตอน!

1. กระบวนการออกแบบตั้งแต่แผนผังไปจนถึง PCB

สร้างพารามิเตอร์ส่วนประกอบ -> รายการหลักการป้อนข้อมูล -> การตั้งค่าพารามิเตอร์การออกแบบ -> โครงร่างแบบแมนนวล -> การเดินสายแบบแมนนวล -> ตรวจสอบการออกแบบ -> การตรวจสอบ -> เอาต์พุต CAM

2. การตั้งค่าพารามิเตอร์

ระยะห่างระหว่างสายไฟที่อยู่ติดกันจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยทางไฟฟ้า และเพื่ออำนวยความสะดวกในการใช้งานและการผลิต ระยะห่างควรกว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ระยะห่างขั้นต่ำจะต้องมีความเหมาะสมเป็นอย่างน้อยสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ยอมรับได้ เมื่อความหนาแน่นของสายไฟต่ำ ระยะห่างของสายสัญญาณจะเพิ่มขึ้นได้อย่างเหมาะสม สำหรับสายสัญญาณที่มีช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างระดับสูงและต่ำ ระยะห่างควรสั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้ และควรเพิ่มระยะห่าง โดยทั่วไป ให้ตั้งค่าระยะห่างการติดตามให้มากกว่า 1 มม. จากขอบของรูด้านในของแผ่นถึงขอบของบอร์ดที่พิมพ์ เพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของแผ่นในระหว่างการประมวลผล เมื่อรอยเชื่อมที่เชื่อมต่อกับแผ่นอิเล็กโทรดบาง การเชื่อมต่อระหว่างแผ่นอิเล็กโทรดและรอยควรได้รับการออกแบบให้เป็นรูปทรงหยด ข้อดีของสิ่งนี้ก็คือแผ่นอิเล็กโทรดไม่ลอกง่าย แต่รอยและแผ่นอิเล็กโทรดไม่ได้หลุดออกง่าย

3. เค้าโครงส่วนประกอบ

การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าแม้ว่าแผนผังวงจรจะได้รับการออกแบบอย่างถูกต้องและแผงวงจรพิมพ์ไม่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม แต่จะส่งผลเสียต่อความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่น หากเส้นขนานบางๆ สองเส้นของบอร์ดพิมพ์อยู่ใกล้กัน จะทำให้เกิดความล่าช้าของรูปคลื่นสัญญาณและสัญญาณรบกวนสะท้อนที่ปลายสายส่ง การรบกวนที่เกิดจากการพิจารณากำลังไฟและกราวด์ที่ไม่เหมาะสมจะทำให้ผลิตภัณฑ์ได้รับประสิทธิภาพลดลง ดังนั้น เมื่อออกแบบแผงวงจรพิมพ์ ควรให้ความสนใจกับวิธีการที่ถูกต้อง แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งแต่ละตัวมีลูปกระแสสี่ลูป:

(1) วงจรไฟฟ้ากระแสสลับของสวิตช์ไฟ
(2) วงจรเรียงกระแสกระแสสลับเอาท์พุต

(3) วงปัจจุบันของแหล่งสัญญาณอินพุต
(4) ลูปกระแสโหลดเอาต์พุต ลูปอินพุตชาร์จตัวเก็บประจุอินพุตผ่านกระแส DC โดยประมาณ ตัวเก็บประจุกรองส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นที่เก็บพลังงานบรอดแบนด์ ในทำนองเดียวกัน ตัวเก็บประจุกรองเอาท์พุตยังใช้เพื่อเก็บพลังงานความถี่สูงจากวงจรเรียงกระแสเอาท์พุตอีกด้วย ในเวลาเดียวกัน พลังงาน DC ของวงจรโหลดเอาต์พุตจะถูกตัดออก ดังนั้นขั้วของตัวเก็บประจุตัวกรองอินพุตและเอาต์พุตจึงมีความสำคัญมาก ลูปกระแสอินพุตและเอาต์พุตควรเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟจากขั้วของตัวเก็บประจุตัวกรองตามลำดับเท่านั้น หากการเชื่อมต่อระหว่างลูปอินพุต/เอาต์พุตและลูปสวิตช์ไฟ/วงจรเรียงกระแสไม่สามารถเชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุได้ ขั้วต่อเชื่อมต่อโดยตรง และพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับจะถูกแผ่ออกสู่สิ่งแวดล้อมโดยตัวเก็บประจุตัวกรองอินพุตหรือเอาต์พุต วงรอบ AC ของสวิตช์เปิด/ปิดและวงรอบ AC ของวงจรเรียงกระแสมีกระแสรูปสี่เหลี่ยมคางหมูแอมพลิจูดสูง กระแสเหล่านี้มีส่วนประกอบฮาร์มอนิกสูงและความถี่ของพวกมันมากกว่าความถี่พื้นฐานของสวิตช์มาก แอมพลิจูดสูงสุดสามารถสูงถึง 5 เท่าของแอมพลิจูดกระแส DC อินพุต/เอาท์พุตต่อเนื่อง เวลาในการเปลี่ยนโดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ 50ns ลูปทั้งสองนี้มีแนวโน้มที่จะเกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้ามากที่สุด ดังนั้นจึงต้องวางลูป AC เหล่านี้ก่อนเส้นพิมพ์อื่นๆ ในแหล่งจ่ายไฟ ส่วนประกอบหลักสามประการของแต่ละลูปคือตัวเก็บประจุตัวกรอง สวิตช์ไฟหรือวงจรเรียงกระแส และตัวเหนี่ยวนำ หรือควรวางหม้อแปลงไว้ติดกันและควรปรับตำแหน่งส่วนประกอบเพื่อให้เส้นทางกระแสไฟระหว่างหม้อแปลงสั้นที่สุด
วิธีที่ดีที่สุดในการสร้างโครงร่างแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งนั้นคล้ายคลึงกับการออกแบบทางไฟฟ้า กระบวนการออกแบบที่ดีที่สุดมีดังนี้:

◆วางหม้อแปลง
◆ออกแบบวงจรกระแสสวิตช์ไฟ
◆ออกแบบวงจรเรียงกระแสเอาต์พุตวงจรเรียงกระแส
◆วงจรควบคุมที่เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
◆การออกแบบลูปแหล่งจ่ายกระแสอินพุตและตัวกรองอินพุต ออกแบบลูปโหลดเอาต์พุตและตัวกรองเอาต์พุตตามหน่วยการทำงานของวงจร เมื่อวางองค์ประกอบทั้งหมดของวงจร ควรเป็นไปตามหลักการต่อไปนี้:

(1) ขั้นแรก พิจารณาขนาด PCB เมื่อขนาด PCB มีขนาดใหญ่เกินไป เส้นพิมพ์จะยาว ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น ความสามารถในการป้องกันเสียงรบกวนจะลดลง และต้นทุนจะเพิ่มขึ้น ถ้าขนาด PCB เล็กเกินไป การกระจายความร้อนจะไม่ดี และเส้นที่อยู่ติดกันจะถูกรบกวนได้ง่าย รูปร่างที่ดีที่สุดของแผงวงจรคือสี่เหลี่ยม และอัตราส่วนภาพคือ 3:2 หรือ 4:3 ส่วนประกอบที่อยู่ที่ขอบของแผงวงจรโดยทั่วไปมักจะไม่น้อยกว่าขอบของแผงวงจร

(2) เมื่อวางอุปกรณ์ ให้พิจารณาการบัดกรีในอนาคต โดยไม่หนาแน่นเกินไป
(3) นำส่วนประกอบหลักของแต่ละวงจรการทำงานเป็นศูนย์กลางและจัดวางรอบๆ ส่วนประกอบควรได้รับการจัดเรียงอย่างสม่ำเสมอ เรียบร้อย และกะทัดรัดบน PCB ลดขนาดและลดระยะเวลาในการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบต่างๆ และตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนควรอยู่ใกล้กับอุปกรณ์มากที่สุด
(4) สำหรับวงจรที่ทำงานที่ความถี่สูง ต้องพิจารณาพารามิเตอร์แบบกระจายระหว่างส่วนประกอบต่างๆ โดยทั่วไปควรจัดวงจรให้ขนานกันมากที่สุด ด้วยวิธีนี้ มันไม่เพียงแต่สวยงาม แต่ยังง่ายต่อการติดตั้งและเชื่อม และง่ายต่อการผลิตจำนวนมาก
(5) จัดเรียงตำแหน่งของหน่วยวงจรการทำงานแต่ละหน่วยตามการไหลของวงจร เพื่อให้เค้าโครงสะดวกสำหรับการไหลเวียนของสัญญาณ และสัญญาณจะถูกเก็บไว้ในทิศทางเดียวกันมากที่สุด
(6) หลักการแรกของโครงร่างคือเพื่อให้แน่ใจว่าอัตราการเดินสาย ให้ความสนใจกับการเชื่อมต่อของสายไฟเมื่อเคลื่อนย้ายอุปกรณ์ และวางอุปกรณ์ที่มีความสัมพันธ์การเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน
(7) ลดพื้นที่ลูปให้มากที่สุดเพื่อลดการรบกวนทางรังสีของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

4. แหล่งจ่ายไฟสลับสายไฟประกอบด้วยสัญญาณความถี่สูง

เส้นพิมพ์ใดๆ บน PCB สามารถทำหน้าที่เป็นเสาอากาศได้ ความยาวและความกว้างของเส้นที่พิมพ์จะส่งผลต่ออิมพีแดนซ์และความเหนี่ยวนำ และส่งผลต่อการตอบสนองความถี่ แม้แต่เส้นพิมพ์ที่ส่งสัญญาณ DC ก็สามารถเชื่อมต่อกับสัญญาณความถี่วิทยุจากเส้นพิมพ์ที่อยู่ติดกัน และทำให้เกิดปัญหาวงจรได้ (และยังแผ่สัญญาณรบกวนอีกครั้ง) ดังนั้นเส้นพิมพ์ทั้งหมดที่ส่งผ่านกระแสไฟ AC ควรได้รับการออกแบบให้สั้นและกว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับเส้นพิมพ์และสายไฟอื่นๆ จะต้องวางใกล้กันมาก ความยาวของเส้นที่พิมพ์จะเป็นสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำและอิมพีแดนซ์ และความกว้างจะแปรผกผันกับการเหนี่ยวนำและอิมพีแดนซ์ของเส้นที่พิมพ์ ความยาวสะท้อนถึงความยาวคลื่นของการตอบสนองของบรรทัดที่พิมพ์ ยิ่งความยาวยาวเท่าไร ความถี่ที่เส้นพิมพ์สามารถส่งและรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น และยังสามารถแผ่พลังงานความถี่วิทยุได้มากขึ้นอีกด้วย ตามขนาดของกระแสแผงวงจรพิมพ์ให้ลองเพิ่มความกว้างของสายไฟเพื่อลดความต้านทานของลูป ขณะเดียวกันก็ทำให้ทิศทางของสายไฟและสายดินสอดคล้องกับทิศทางของกระแสซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการป้องกันเสียงรบกวน การต่อลงดินเป็นสาขาด้านล่างของลูปปัจจุบันสี่ลูปของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง มันมีบทบาทสำคัญมากในฐานะจุดอ้างอิงทั่วไปของวงจร เป็นวิธีการสำคัญในการควบคุมสัญญาณรบกวน ดังนั้นการวางสายดินจึงควรพิจารณาอย่างรอบคอบในการจัดวาง การผสมสายดินต่างๆ จะทำให้การทำงานของแหล่งจ่ายไฟไม่เสถียร

ควรคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้ในการออกแบบสายกราวด์:

A. เลือกการต่อลงดินจุดเดียวอย่างถูกต้อง โดยทั่วไปปลายทั่วไปของตัวเก็บประจุตัวกรองควรเป็นจุดเชื่อมต่อเพียงจุดเดียวสำหรับจุดกราวด์อื่นๆ เพื่อเชื่อมต่อกับกราวด์ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีกระแสไฟสูง จุดต่อสายดินของวงจรระดับเดียวกันควรอยู่ใกล้ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และตัวเก็บประจุกรองแหล่งจ่ายไฟของวงจรระดับนี้ควรเชื่อมต่อกับจุดสายดินของระดับนี้ด้วย โดยคำนึงถึงกระแสที่ไหลกลับคืนสู่พื้นเป็นหลักในแต่ละจุด ส่วนหนึ่งของวงจรมีการเปลี่ยนแปลง และอิมพีแดนซ์ของเส้นที่ไหลจริงจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงศักย์กราวด์ของแต่ละส่วนของวงจร และทำให้เกิดการรบกวน ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งนี้ การเดินสายและการเหนี่ยวนำระหว่างอุปกรณ์มีอิทธิพลเพียงเล็กน้อย และกระแสหมุนเวียนที่เกิดจากวงจรกราวด์มีอิทธิพลต่อการรบกวนมากขึ้น ดังนั้นจึงใช้การต่อลงดินจุดเดียวนั่นคือ ลูปปัจจุบันของสวิตช์ไฟ (สายกราวด์ของอุปกรณ์หลายตัวเชื่อมต่อกับพินกราวด์ทั้งหมด สายกราวด์ของส่วนประกอบต่าง ๆ ของลูปปัจจุบันของวงจรเรียงกระแสเอาต์พุตยังเชื่อมต่อกับพินกราวด์ของตัวเก็บประจุตัวกรองที่สอดคล้องกัน เพื่อให้แหล่งจ่ายไฟมีเสถียรภาพและไม่ง่าย เพื่อกระตุ้นตัวเอง เมื่อไม่มีจุดเดียว ให้ต่อกราวด์ร่วมกัน เชื่อมต่อไดโอดสองตัวหรือตัวต้านทานขนาดเล็ก ที่จริงแล้วสามารถเชื่อมต่อกับแผ่นฟอยล์ทองแดงที่มีความเข้มข้นค่อนข้างมาก

B. ทำให้สายดินหนาขึ้นให้มากที่สุด หากสายกราวด์บางมาก ศักย์กราวด์จะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของกระแส ซึ่งจะทำให้ระดับสัญญาณไทม์มิ่งของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไม่เสถียร และประสิทธิภาพการป้องกันเสียงรบกวนจะลดลง ดังนั้นตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้วกราวด์กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่แต่ละขั้ว ใช้เส้นที่พิมพ์ให้สั้นและกว้างที่สุดเท่าที่จะทำได้ และขยายความกว้างของสายไฟและสายกราวด์ให้กว้างที่สุด จะดีกว่าถ้าสายดินกว้างกว่าสายไฟ ความสัมพันธ์ของพวกเขาคือ: สายดิน>สายไฟ>สายสัญญาณ ถ้าเป็นไปได้ สายกราวด์ ความกว้างควรมากกว่า 3 มม. และชั้นทองแดงพื้นที่ขนาดใหญ่สามารถใช้เป็นสายกราวด์ได้ เชื่อมต่อสถานที่ที่ไม่ได้ใช้บนแผงวงจรพิมพ์เป็นสายกราวด์ เมื่อทำการเดินสายทั่วโลกต้องปฏิบัติตามหลักการต่อไปนี้ด้วย:

(1) ทิศทางการเดินสายไฟ: จากมุมมองของพื้นผิวการเชื่อม การจัดเรียงส่วนประกอบควรสอดคล้องกับแผนผังมากที่สุด ทิศทางการเดินสายไฟควรสอดคล้องกับทิศทางการเดินสายไฟของแผนภาพวงจร เนื่องจากโดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้พารามิเตอร์ต่างๆ บนพื้นผิวการเชื่อมในระหว่างกระบวนการผลิต ดังนั้นจึงสะดวกสำหรับการตรวจสอบ การดีบัก และการบำรุงรักษาในการผลิต (หมายเหตุ: หมายถึงสถานที่ตั้งในการตอบสนองประสิทธิภาพของวงจรและข้อกำหนดของการติดตั้งเครื่องจักรทั้งหมดและโครงร่างแผง)

(2) เมื่อออกแบบแผนภาพการเดินสายไฟ สายไฟไม่ควรโค้งงอมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ความกว้างของเส้นบนส่วนโค้งที่พิมพ์ไม่ควรเปลี่ยนอย่างกะทันหัน มุมของเส้นลวดควรอยู่ที่ ≥90 องศา และเส้นควรเรียบง่ายและ ชัดเจน.

(3) ไม่อนุญาตให้ใช้วงจรข้ามในวงจรพิมพ์ สำหรับเส้นที่อาจตัดกัน คุณสามารถใช้ "การเจาะ" และ "การคดเคี้ยว" เพื่อแก้ไขได้ นั่นคือ ปล่อยให้ลีด "เจาะ" ผ่านช่องว่างใต้ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และพินไตรโอดอื่นๆ หรือ "ลม" จากปลายด้านหนึ่งของตัวนำที่อาจตัดขวาง ในสถานการณ์พิเศษ ความซับซ้อนของวงจรก็อนุญาตให้ออกแบบได้ง่ายขึ้นด้วย ใช้สายไฟเชื่อมเพื่อแก้ปัญหาวงจรข้าม เนื่องจากมีการนำบอร์ดด้านเดียวมาใช้ ส่วนประกอบในบรรทัดจึงอยู่ที่พื้นผิวด้านบน และอุปกรณ์ยึดบนพื้นผิวจึงอยู่ที่พื้นผิวด้านล่าง ดังนั้น อุปกรณ์อินไลน์สามารถทับซ้อนกับอุปกรณ์ยึดบนพื้นผิวระหว่างการจัดวาง แต่ควรหลีกเลี่ยงการทับซ้อนกันของแผ่นอิเล็กโทรด

C. กราวด์อินพุตและกราวด์เอาท์พุต แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งนี้เป็น DC-DC แรงดันต่ำ หากคุณต้องการป้อนกลับแรงดันเอาต์พุตกลับไปที่ปฐมภูมิของหม้อแปลง วงจรทั้งสองด้านควรมีกราวด์อ้างอิงร่วมกัน ดังนั้นหลังจากวางทองแดงบนสายกราวด์ทั้งสองด้านแล้ว จะต้องเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างกราวด์ร่วม .

5. ตรวจสอบ

หลังจากการออกแบบสายไฟเสร็จสิ้นแล้ว จำเป็นต้องตรวจสอบอย่างรอบคอบว่าการออกแบบสายไฟเป็นไปตามกฎที่กำหนดโดยผู้ออกแบบหรือไม่ และในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องยืนยันว่ากฎที่กำหนดขึ้นนั้นตรงตามข้อกำหนดของการผลิตแผ่นพิมพ์หรือไม่ กระบวนการ. โดยทั่วไปตรวจสอบเส้นและเส้น แผ่นเส้นและส่วนประกอบ เส้นว่าระยะห่างจากรูทะลุ แผ่นส่วนประกอบและรูทะลุ รูทะลุและรูทะลุนั้นสมเหตุสมผลหรือไม่ และเป็นไปตามข้อกำหนดการผลิตหรือไม่ ความกว้างของสายไฟและสายกราวด์มีความเหมาะสมหรือไม่ และมีสถานที่สำหรับขยายสายกราวด์ใน PCB หรือไม่ หมายเหตุ: ข้อผิดพลาดบางอย่างสามารถละเว้นได้ ตัวอย่างเช่น ส่วนหนึ่งของโครงร่างของตัวเชื่อมต่อบางตัวถูกวางไว้นอกกรอบบอร์ด และข้อผิดพลาดจะเกิดขึ้นเมื่อตรวจสอบระยะห่าง นอกจากนี้ ทุกครั้งที่มีการแก้ไขสายไฟและจุดผ่าน จะต้องเคลือบทองแดงอีกครั้ง

6. ตรวจสอบอีกครั้งตาม “รายการตรวจสอบ PCB”

เนื้อหาประกอบด้วยกฎการออกแบบ คำจำกัดความของเลเยอร์ ความกว้างของเส้น ระยะห่าง แพด และการตั้งค่าต่างๆ สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบเหตุผลของโครงร่างอุปกรณ์ การเดินสายไฟของเครือข่ายกำลังและกราวด์ การเดินสายและการป้องกันเครือข่ายนาฬิกาความเร็วสูง และการแยกตำแหน่งและการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุ ฯลฯ

7. เรื่องที่ต้องให้ความสนใจในการออกแบบและส่งออกไฟล์ Gerber

ก. ชั้นที่ต้องส่งออก ได้แก่ ชั้นสายไฟ (ชั้นล่าง) ชั้นซิลค์สกรีน (รวมถึงซิลค์สกรีนด้านบน ซิลค์สกรีนด้านล่าง) หน้ากากประสาน (หน้ากากประสานด้านล่าง) ชั้นเจาะ (ชั้นล่าง) และตะไบเจาะ (NCDrill) )
ข. เมื่อตั้งค่าเลเยอร์ซิลค์สกรีน อย่าเลือก PartType เลือกชั้นบนสุด (ชั้นล่างสุด) และ Outline, Text, Linec ของเลเยอร์ซิลค์สกรีน เมื่อตั้งค่า Layer ของแต่ละเลเยอร์ ให้เลือก Board Outline เมื่อตั้งค่าเลเยอร์ซิลค์สกรีน ห้ามเลือก PartType เลือก Outline, Text, Line.d ของชั้นบนสุด (ชั้นล่าง) และเลเยอร์ซิลค์สกรีน เมื่อสร้างไฟล์การเจาะ ให้ใช้การตั้งค่าเริ่มต้นของ PowerPCB และอย่าทำการเปลี่ยนแปลงใดๆ