Trong thiết kế bộ nguồn chuyển mạch, nếu bo mạch PCB không được thiết kế hợp lý sẽ phát ra quá nhiều nhiễu điện từ. Thiết kế bảng mạch PCB với công việc cung cấp điện ổn định hiện nay đã tóm tắt bảy thủ thuật: thông qua việc phân tích các vấn đề cần chú ý trong từng bước, việc thiết kế bảng mạch PCB có thể được thực hiện dễ dàng từng bước một!

1. Quy trình thiết kế từ sơ đồ đến PCB

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

2. Cài đặt thông số

Khoảng cách giữa các dây liền kề phải đảm bảo yêu cầu an toàn về điện, để thuận tiện cho việc vận hành, sản xuất thì khoảng cách 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 giữa 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 nên tăng khoảng cách. Nói chung, Đặt khoảng cách dấu vết lớn hơn 1mm từ mép lỗ bên trong của miếng đệm đến mép của bảng in, để tránh các khuyết tật của miếng đệm trong quá trình xử lý. Khi các dấu vết kết nối với các miếng đệm mỏng, kết nối giữa các miếng đệm và các dấu vết phải được thiết kế thành hình giọt nước. Ưu điểm của việc này là miếng đệm không dễ bong tróc nhưng dấu vết và miếng đệm không dễ bong ra.

3. 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 thì nó sẽ ảnh hưởng xấu đến độ tin cậy của thiết bị điện tử. Ví dụ, nếu hai đường mỏng song song của bảng in nằm gần nhau sẽ gây ra độ trễ dạng sóng tín hiệu và nhiễu phản xạ ở cuối đường truyền; nhiễu do xem xét nguồn điện và nối đất không đúng cách sẽ khiến sản phẩm bị giảm hiệu suất, do đó, khi thiết kế bảng mạch in cần chú ý thực hiện đúng phương pháp. Mỗi nguồn điện chuyển mạch có bốn vòng dòng điện:

(1) Mạch điện xoay chiều của công tắc nguồn
(2) Mạch chỉnh lưu đầu ra AC

(3) Vòng lặp hiện tại của nguồn tín hiệu đầu vào
(4) Vòng lặp dòng tải đầu ra Vòng lặp đầu vào sạc tụ điện đầu vào thông qua dòng điện một chiều gần đúng. Tụ lọc chủ yếu đóng vai trò là nơi lưu trữ năng lượng băng thông rộng; tương tự, tụ lọc đầu ra cũng được dùng để lưu trữ năng lượng tần số cao từ bộ chỉnh lưu đầu ra. Đồng thời, năng lượng DC của mạch tải đầu ra bị loại bỏ. Vì vậy, các cực của tụ lọc đầu vào và đầu ra rất quan trọng. Các vòng dòng điện đầu vào và đầu ra chỉ nên được kết nối với nguồn điện từ các cực của tụ lọc tương ứng; nếu không thể kết nối giữa vòng đầu vào/đầu ra và vòng công tắc nguồn/bộ chỉnh lưu với tụ điện. Thiết bị đầu cuối được kết nối trực tiếp và năng lượng AC sẽ được tỏa 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 dòng điện hình thang có biên độ cao. Những 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 cực đại có thể cao gấp 5 lần biên độ dòng điện một chiều đầu vào/đầu ra liên tục. Thời gian chuyển tiếp thường là Khoảng 50ns. Hai vòng này dễ bị nhiễu điện từ nhất nên các vòng AC này phải được bố trí trước các đường in khác trong bộ nguồn. Ba thành phần chính của mỗi vòng lặp là tụ lọc, công tắc nguồn hoặc bộ chỉnh lưu và cuộn cảm. Hoặc các máy biến áp nên được đặt cạnh nhau và các vị trí thành phần phải được điều chỉnh để làm cho đường dẫn dòng điện 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:

◆Đặt máy biến áp
◆Thiết kế vòng lặp hiện tại của công tắc nguồn
◆Thiết kế vòng lặp chỉnh lưu đầu ra
◆Mạch điều khiển nối với mạch nguồn AC
◆Thiết kế vòng nguồn dòng đầu vào và bộ lọc đầu vào Thiết kế vòng tải đầu ra và bộ lọc đầu ra theo đơn vị chức năng của mạch, khi bố trí tất cả các thành phần của mạch phải đáp ứng các nguyên tắc sau:

(1) Đầu tiên, hãy xem xét kích thước PCB. Khi kích thước PCB quá lớn, đường in sẽ dài, trở kháng tăng, khả năng chống ồn giảm, giá thành tăng cao; nếu kích thước PCB quá nhỏ thì khả năng tản nhiệt sẽ không tốt, các đường dây liền kề sẽ dễ bị nhiễu. Hình dạng tốt nhất của bảng mạch là hình chữ nhật và tỷ lệ khung hình là 3:2 hoặc 4:3. Các linh kiện nằm ở mép bảng mạch nhìn chung không nhỏ hơn mép bảng mạch

(2) Khi đặt thiết bị, hãy cân nhắc mối hàn sau này, không quá dày đặc;
(3) Lấy thành phần cốt lõi của từng mạch chức năng làm trung tâm và bố trí xung quanh nó. Các linh kiện phải được bố trí đồng đều, gọn gàng và gọn gàng trên PCB, giảm thiểu và rút ngắn các dây dẫn, kết nối giữa các linh kiện, tụ điện tách càng gần thiết bị càng tốt.
(4) Đối với các mạch hoạt động ở tần số cao, phải xem xét các tham số phân bố giữa các thành phần. Nói chung, mạch 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.
(5) Sắp xếp vị trí của từng khối mạch chức năng theo dòng mạch, sao cho bố trí thuận tiện cho việc truyền tín hiệu và tín hiệu được giữ theo cùng một hướng nhất có thể.
(6) Nguyên tắc đầu tiên của việc bố trí là đảm bảo tốc độ nối dây, chú ý kết nối các dây bay khi di chuyển thiết bị và đặt các thiết bị có mối quan hệ kết nối lại với nhau.
(7) Giảm diện tích vòng lặp càng nhiều càng tốt để triệt tiêu nhiễu bức xạ của nguồn điện chuyển mạch.

4. Bộ nguồn chuyển mạch dây chứa tín hiệu tần số cao

Bất kỳ dòng in nào trên PCB đều có thể hoạt động như một ăng-ten. Chiều dài và chiều rộng của dòng in sẽ ảnh hưởng đến trở kháng và độ tự cảm của nó, từ đó ảnh hưởng đến đáp ứng tần số. Ngay cả các dòng in truyền tín hiệu DC cũng có thể kết hợp với tín hiệu tần số vô tuyến từ các dòng in liền kề và gây ra sự cố về mạch (và thậm chí còn phát ra tín hiệu nhiễu nữa). Vì vậy, tất cả các đường in đi qua dòng điện xoay chiều cần được thiết kế càng ngắn và rộng càng tốt, nghĩa là tất cả các bộ phận kết nối với đường in và các đường dây điện khác phải được đặt rất gần nhau. Chiều dài của đường in tỷ lệ thuận với độ tự cảm và trở kháng của nó, còn chiều rộng tỷ lệ nghịch với độ tự cảm và trở kháng của đường in. Độ dài phản ánh bước sóng của phản ứng dòng in. Chiều dài càng dài thì tần số mà dòng in có thể gửi và nhận sóng điện từ càng thấp và nó có thể tỏa ra nhiều năng lượng tần số vô tuyến hơn. Theo kích thước của dòng điện trên bảng mạch in, hãy cố gắng tăng chiều rộng của đường dây điện để giảm điện trở vòng lặp. Đồng thời làm cho hướng của đường dây điện và đường đất phù hợp với hướng của dòng điện giúp tăng cường khả năng chống ồn. Nối đất là nhánh dưới cùng của bốn vòng dòng điện của nguồn điện chuyển mạch. Nó đóng vai trò rất quan trọng như một điểm tham chiếu chung cho mạch điện. Đây là một phương pháp quan trọng để kiểm soát nhiễu. Vì vậy, việc bố trí dây nối đất cần được cân nhắc kỹ lưỡng trong bố trí. Việc trộn lẫn nhiều loại nối đất sẽ khiến nguồn điện hoạt động không ổn định.

Khi thiết kế dây nối đất cần chú ý những điểm sau:

A. Chọn đúng nối đất một điểm. Nói chung, đầu chung của tụ lọc phải là điểm kết nối duy nhất để các điểm nối đất khác kết nối với mặt đất AC có dòng điện cao. Các điểm nối đất của mạch cùng cấp phải càng gần càng tốt và tụ lọc nguồn của mạch cấp này cũng phải được kết nối với điểm nối đất của cấp này, chủ yếu xem xét rằng dòng điện trở lại mặt đất trong mỗi mạch cấp này. một phần của mạch bị thay đổi và trở kháng của đường truyền thực tế sẽ gây ra sự thay đổi điện thế nối đất của từng phần của mạch và gây ra nhiễu. Trong nguồn điện chuyển mạch này, hệ thống dây điện và độ tự cảm giữa các thiết bị ít ảnh hưởng và dòng điện tuần hoàn được hình thành bởi mạch nối đất có ảnh hưởng lớn hơn đến nhiễu, do đó sử dụng nối đất một điểm, nghĩa là vòng dòng công tắc nguồn (các dây nối đất của một số thiết bị đều được kết nối với chân nối đất, dây nối đất của một số bộ phận của vòng dòng chỉnh lưu đầu ra cũng được nối với các chân nối đất của tụ lọc tương ứng, để nguồn điện ổn định và không dễ dàng để tự kích thích. Khi không có một điểm duy nhất, hãy chia sẻ mặt đất. Kết nối hai điốt hoặc một điện trở nhỏ, trên thực tế, nó có thể được kết nối với một mảnh lá đồng tương đối tập trung.

B. Làm dày dây nối đất càng nhiều càng tốt. Nếu dây nối đất quá mỏng, điện thế nối đất sẽ thay đổi khi dòng điện thay đổi, điều này sẽ khiến mức tín hiệu định thời của thiết bị điện tử không ổn định và hiệu quả chống ồn sẽ kém đi. Do đó, hãy đảm bảo rằng mỗi đầu nối đất hiện tại lớn Sử dụng các đường in càng ngắn và càng rộng càng tốt, đồng thời mở rộng chiều rộng của đường dây nguồn và mặt đất càng nhiều càng tốt. Tốt nhất là đường nối đất rộng hơn đường dây điện. Mối quan hệ của chúng là: đường nối đất> đường dây điện> đường tín hiệu. Nếu có thể, chiều rộng đường dây nối đất phải lớn hơn 3 mm và cũng có thể sử dụng một lớp đồng có diện tích lớn làm dây nối đất. Nối những chỗ không sử dụng trên bảng mạch in làm dây nối đất. Khi thực hiện nối dây toàn cầu, các nguyên tắc sau cũng phải được tuân thủ:

(1) Hướng đi dây: Từ góc nhìn của bề mặt hàn, việc sắp xếp các bộ phận phải nhất quán với sơ đồ nguyên lý nhất có thể. Hướng đi dây phải phù hợp với hướng đi dây của sơ đồ mạch điện, vì bề mặt hàn thường được yêu cầu nhiều thông số khác nhau trong quá trình sản xuất. Do đó, thuận tiện cho việc kiểm tra, gỡ lỗi và bảo trì trong sản xuất (Lưu ý: Nó đề cập đến tiền đề đáp ứng hiệu suất mạch và các yêu cầu của toàn bộ quá trình lắp đặt máy và bố trí bảng điều khiển).

(2) Khi thiết kế sơ đồ nối dây, hệ thống dây điện không được uốn cong nhiều nhất có thể, chiều rộng đường trên hồ quang in không được thay đổi đột ngột, góc của dây phải ≥90 độ và các đường dây phải đơn giản và thông thoáng.

(3) Không được phép có mạch chéo trong mạch in. Đối với những đường có thể giao nhau, bạn có thể sử dụng phương pháp “khoan” và “cuộn dây” để giải quyết. Nghĩa là, để một dây dẫn “khoan” xuyên qua khe hở dưới các điện trở, tụ điện và chân triode khác hoặc “cuộn” từ một đầu của dây dẫn có thể đi qua. Trong trường hợp đặc biệt, mạch phức tạp đến mức nào cũng được phép đơn giản hóa thiết kế. Sử dụng dây làm cầu để giải quyết vấn đề xuyên mạch. Bởi vì sử dụng bo mạch một mặt nên các thành phần nội tuyến được đặt ở bề mặt trên và các thiết bị gắn trên bề mặt được đặt ở bề mặt dưới. Do đó, các thiết bị nội tuyến có thể chồng lên nhau với các thiết bị gắn trên bề mặt trong quá trình bố trí, nhưng nên tránh chồng chéo các miếng đệm.

C. Mặt đất đầu vào và mặt đất đầu ra Nguồn điện chuyển mạch này là DC-DC điện áp thấp. Nếu muốn phản hồi điện áp đầu ra về sơ cấp của máy biến áp thì các mạch điện ở cả hai bên phải có một điểm nối đất chung, vì vậy sau khi đặt dây đồng vào các dây nối đất ở cả hai bên, chúng phải được nối với nhau để tạo thành điểm nối đất chung. .

5. Kiểm tra

Sau khi thiết kế hệ thống dây điện hoàn thành, cần kiểm tra cẩn thận xem thiết kế hệ thống dây điện có phù hợp với các quy tắc do người thiết kế đặt ra hay không, đồng thời cũng cần xác nhận xem các quy tắc đã thiết lập có đáp ứng yêu cầu của sản xuất bảng in hay không. quá trình. Nói chung, hãy kiểm tra đường dây và đường dây, đường dây và miếng đệm thành phần, đường xem khoảng cách từ lỗ, miếng đệm thành phần và lỗ xuyên, qua lỗ và qua lỗ có hợp lý hay không và liệu chúng có đáp ứng yêu cầu sản xuất hay không. Chiều rộng của đường dây điện và đường nối đất có phù hợp hay không và có chỗ nào để mở rộng đường dây nối đất trong PCB hay không. Lưu ý: Một số lỗi có thể bỏ qua. Ví dụ: một phần đường viền của một số đầu nối được đặt bên ngoài khung bảng và sẽ xảy ra lỗi khi kiểm tra khoảng cách; Ngoài ra, mỗi lần sửa đổi dây dẫn và vias đều phải sơn lại phần đồng.

6. Kiểm tra lại theo “Danh sách kiểm tra PCB”

Nội dung bao gồm các quy tắc thiết kế, định nghĩa lớp, độ rộng dòng, khoảng cách, phần đệm và thông qua cài đặt. Điều quan trọng nữa là phải xem xét tính hợp lý của cách bố trí thiết bị, cách đấu dây của mạng điện và mặt đất, cách đấu dây và che chắn của mạng đồng hồ tốc độ cao cũng như việc tách rời Vị trí và kết nối của tụ điện, v.v.

7. Những vấn đề cần chú ý khi thiết kế và xuất file Gerber

Một. Các lớp cần xuất ra bao gồm lớp dây (lớp dưới cùng), lớp lụa (bao gồm màn lụa trên cùng, màn lụa dưới cùng), mặt nạ hàn (mặt nạ hàn dưới cùng), lớp khoan (lớp dưới cùng) và giũa khoan (NCDrill )
b. Khi thiết lập lớp Silk screen không chọn PartType mà chọn lớp trên cùng (lớp dưới cùng) và Outline, Text, Linec của lớp in lụa. Khi thiết lập Layer của mỗi layer chọn Board Outline. Khi thiết lập lớp in lụa không chọn PartType mà chọn Outline, Text, Line.d của lớp trên cùng (lớp dưới cùng) và lớp in lụa. Khi tạo tệp khoan, hãy sử dụng cài đặt mặc định của PowerPCB và không thực hiện bất kỳ thay đổi nào.