Leiterplattentechnisch - Physikalische Design-Analyse von Leiterplatten im Schaltnetzteil Design

Im Schaltnetzteil-Design ist das physikalische Design der Leiterplatte das letzte Glied. Wenn die Designmethode falsch ist, kann die Leiterplatte zu viele elektromagnetische Störungen ausstrahlen, wodurch die Stromversorgung instabil arbeitet. Im Folgenden werden die Themen analysiert, die in jedem Schritt behandelt werden müssen:

Eins. Designfluss vom Schaltplan zur Leiterplatte. Komponentenparameter festlegen-"Eingabeprinzip Netzliste-"Design-Parametereinstellung-"Manuelles Layout-" Manuelle Verdrahtung-"Design überprüfen-"Überprüfung -" CAM-Ausgabe.

2. Parametereinstellung Der Abstand zwischen benachbarten Leitern muss in der Lage sein, elektrische Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, und um Betrieb und Produktion zu erleichtern, sollte der Abstand so weit wie möglich sein. Der Mindestabstand muss mindestens für die tolerierte Spannung geeignet sein. Bei geringer Verdrahtungsdichte kann der Abstand der Signalleitungen entsprechend erhöht werden. Bei Signalleitungen mit einem großen Abstand zwischen hohen und niedrigen Pegeln sollte der Abstand so kurz wie möglich und der Abstand erhöht werden. Im Allgemeinen setzen Sie den Leiterbahnabstand auf 8mil.

Der Abstand zwischen der Kante des inneren Lochs des Pads und der Kante der Leiterplatte sollte größer als 1mm sein, was die Fehler des Pads während der Verarbeitung vermeiden kann. Wenn die mit den Pads verbundenen Leiterbahnen dünn sind, sollte die Verbindung zwischen den Pads und den Leiterbahnen tropfenförmig gestaltet werden. Der Vorteil dabei ist, dass die Pads nicht leicht zu schälen sind, aber die Leiterbahnen und Pads nicht leicht zu trennen sind.

Drittens hat die Komponentenlayoutpraxis bewiesen, dass selbst wenn das Schaltplan-Design korrekt ist, die Leiterplatte nicht richtig entworfen ist, es sich nachteilig auf die Zuverlässigkeit elektronischer Geräte auswirkt. Wenn beispielsweise die beiden dünnen parallelen Linien der Leiterplatte nahe beieinander liegen, wird die Signalwellenform verzögert und reflektiertes Rauschen wird am Anschluss der Übertragungsleitung gebildet. Die Leistung sinkt, so dass Sie beim Entwurf der Leiterplatte darauf achten sollten, die richtige Methode zu verwenden. Jedes Schaltnetzteil verfügt über vier Stromschleifen:

(1). Netzschalter Wechselstromkreis

(2). Wechselstromkreis des Ausgangsgleichrichters

(3). Stromschleife der Eingangssignalquelle

(4). Ausgangslaststromschleife Die Eingangsschleife lädt den Eingangskondensator über einen ungefähren Gleichstrom auf. Der Filterkondensator dient hauptsächlich als Breitbandenergiespeicherfunktion; In ähnlicher Weise wird der Ausgangsfilterkondensator auch verwendet, um Hochfrequenzenergie aus dem Ausgangsgleichrichter zu speichern, während die Ausgangslast eliminiert wird. Gleichstrom-Energie der Schleife. Daher sind die Anschlüsse der Ein- und Ausgangsfilterkondensatoren sehr wichtig. Die Eingangs- und Ausgangsstromschleifen sollten nur von den Anschlüssen des Filterkondensators an die Stromversorgung angeschlossen werden; Wenn die Verbindung zwischen der Eingangs-/Ausgangsschleife und der Leistungsschalter-/Gleichrichterschleife nicht an den Kondensator angeschlossen werden kann Die Klemme ist direkt angeschlossen, und die Wechselstromenergie wird durch den Eingangs- oder Ausgangsfilterkondensator in die Umgebung abgestrahlt. Der Wechselstromkreis des Netzschalters und der Wechselstromkreis des Gleichrichters enthalten trapezförmige Ströme mit hoher Amplitude. Die harmonischen Komponenten dieser Ströme sind sehr hoch. Die Frequenz ist viel größer als die Grundfrequenz des Schalters. Die Spitzenamplitude kann bis zum 5-fachen der Amplitude des kontinuierlichen Eingangs-/Ausgangsgleichstroms betragen. Die Übergangszeit beträgt normalerweise ca. 50ns. Diese beiden Schleifen sind am anfälligsten für elektromagnetische Störungen, daher müssen diese AC-Schleifen vor den anderen gedruckten Leitungen in der Stromversorgung ausgelegt werden. Die drei Hauptkomponenten jeder Schleife sind Filterkondensatoren, Leistungsschalter oder Gleichrichter, Induktoren oder Transformatoren. Platzieren Sie sie nebeneinander und passen Sie die Position der Komponenten an, um den aktuellen Pfad zwischen ihnen so kurz wie möglich zu machen. Der beste Weg, ein Schaltnetzteil-Layout zu erstellen, ähnelt seinem elektrischen Design. Der beste Designprozess ist wie folgt:

Platzieren Sie den Transformator

Stromschleife des Netzschalters

Auslegung der Ausgangsgleichrichterstromschleife

Steuerkreis angeschlossen an AC-Stromkreis

Entwerfen der Eingangsstromquellenschleife und des Eingangsfilters Beim Entwerfen der Ausgangslastschleife und des Ausgangsfilters entsprechend der Funktionseinheit des Schaltkreises sollten alle Komponenten des Schaltkreises nach den folgenden Prinzipien ausgelegt werden:

(1) Betrachten Sie zuerst die Leiterplattengröße. Wenn die Leiterplattengröße zu groß ist, sind die gedruckten Linien lang, die Impedanz steigt, die Rauschfestigkeit sinkt und die Kosten steigen; Wenn die Leiterplattengröße zu klein ist, wird die Wärmeableitung nicht gut sein, und benachbarte Leitungen werden leicht gestört. Die beste Form der Leiterplatte ist rechteckig, und das Seitenverhältnis ist 3:2 oder 4:3. Die am Rand der Leiterplatte befindlichen Komponenten sind im Allgemeinen nicht weniger als 2mm vom Rand der Leiterplatte entfernt. (2) Berücksichtigen Sie beim Platzieren des Geräts das anschließende Löten nicht zu dicht.

(3) Nehmen Sie die Kernkomponente jeder Funktionsschaltung als Zentrum und legen Sie sie um. Die Komponenten sollten gleichmäßig, sauber und kompakt auf der Leiterplatte angeordnet sein, minimieren und verkürzen Sie die Leitungen und Verbindungen zwischen den Komponenten, und der Entkopplungskondensator sollte so nah wie möglich am VCC des Geräts sein.

(4) Bei Schaltungen mit hohen Frequenzen sind die verteilten Parameter zwischen den Bauteilen zu berücksichtigen. Generell sollte die Schaltung möglichst parallel angeordnet werden. Auf diese Weise ist es nicht nur schön, sondern auch einfach zu installieren und zu schweißen und einfach zu produzieren.

(5) Ordnen Sie die Position jeder funktionalen Schaltungseinheit entsprechend dem Schaltungsfluss an, so dass das Layout für die Signalzirkulation bequem ist, und das Signal in der gleichen Richtung wie möglich gehalten wird.

(6) Das erste Prinzip des Layouts besteht darin, die Verdrahtungsrate sicherzustellen, beim Bewegen des Geräts auf die Verbindung der fliegenden Leitungen zu achten und die Geräte mit der Verbindungsbeziehung zusammenzusetzen.

(7) Reduzieren Sie den Schleifenbereich so weit wie möglich, um die Strahlungsstörung der Schaltnetzteil zu unterdrücken.

Viertens enthält das Schaltnetzteil Hochfrequenzsignale. Jede gedruckte Linie auf der Leiterplatte kann als Antenne fungieren. Die Länge und Breite der gedruckten Linie beeinflussen ihre Impedanz und Induktivität und beeinflussen dadurch den Frequenzgang. Selbst gedruckte Leitungen, die DC-Signale übergeben, können an Hochfrequenzsignale benachbarter gedruckter Leitungen gekoppelt werden und Schaltungsprobleme verursachen (und sogar Störsignale wieder ausstrahlen). Daher sollten alle gedruckten Leitungen, die Wechselstrom durchlaufen, so kurz und breit wie möglich sein, was bedeutet, dass alle Komponenten, die an die gedruckten Leitungen und andere Stromleitungen angeschlossen sind, sehr nah platziert werden müssen. Die Länge der gedruckten Linie ist proportional zu ihrer Induktivität und Impedanz, und die Breite ist umgekehrt proportional zur Induktivität und Impedanz der gedruckten Linie. Die Länge spiegelt die Wellenlänge der Drucklinie wider. Je länger die Länge, desto niedriger ist die Frequenz, mit der die gedruckte Leitung elektromagnetische Wellen senden und empfangen kann, und es kann mehr Hochfrequenzenergie ausstrahlen.Entsprechend der Größe des Leiterplattenstroms versuchen, die Breite der Stromleitung zu erhöhen, um den Schleifenwiderstand zu verringern. Zur gleichen Zeit, machen Sie die Richtung der Stromleitung und der Erdungsleitung konsistent mit der Richtung des Stroms, was hilft, die Anti-Rausch-Fähigkeit zu verbessern. Erdung ist der untere Zweig der vier Stromschleifen des Schaltnetzteils. Es spielt eine wichtige Rolle als gemeinsamer Bezugspunkt für die Schaltung, und es ist eine wichtige Methode, um Interferenzen zu steuern. Daher sollte die Platzierung des Erdungsdrahts im Layout sorgfältig berücksichtigt werden. Das Mischen verschiedener Erdungen führt zu instabilem Netzbetrieb.

Folgende Punkte sollten bei der Erdungsdrahtdesign beachtet werden:

1. Wählen Sie die Einpunkt-Erdung richtig. Im Allgemeinen sollte das gemeinsame Ende des Filterkondensators der einzige Anschlusspunkt für andere Erdungspunkte sein, um an die AC-Masse des hohen Stroms zu koppeln. Es sollte mit dem Erdungspunkt dieser Ebene verbunden sein. Die wichtigste Überlegung ist, dass der Strom, der in jedem Teil der Schaltung zur Erde zurückkehrt, geändert wird. Die Impedanz der tatsächlich fließenden Leitung verursacht die Änderung des Massepotenzials jedes Teils der Schaltung und führt Interferenzen ein. Bei diesem Schaltnetzteil haben seine Verdrahtung und die Induktivität zwischen den Geräten wenig Einfluss, und der zirkulierende Strom, der durch den Erdungskreislauf gebildet wird, hat einen größeren Einfluss auf die Störung. An den Erdungsstift angeschlossen, sind die Massedrähte mehrerer Komponenten der Ausgangsgleichrichterstromschleife auch mit den Massedrähten der entsprechenden Filterkondensatoren verbunden, so dass die Stromversorgung stabiler arbeitet und sich nicht einfach selbst anregen lässt. Wenn ein einzelner Punkt nicht verfügbar ist, teilen Sie die Masse Verbinden Sie zwei Dioden oder einen kleinen Widerstand, in der Tat kann es mit einem relativ konzentrierten Stück Kupferfolie verbunden werden.

2. Dicken Sie den Erdungsdraht so viel wie möglich. Wenn der Erdungskabel sehr dünn ist, ändert sich das Erdungspotenzial mit der Änderung des Stroms, was zu instabilem Timing-Signalpegel elektronischer Geräte und Verschlechterung der Rauschfestigkeit führt