Leiterplattentechnisch - Schaltnetzteil PCB Design des kompletten Prozesses und der wichtigsten Überlegungen

Schaltnetzteil PCB Design des kompletten Prozesses und der wichtigsten Überlegungen

Als professioneller PCB-Ingenieur müssen Sie bei der Durchführung des PCB-Layouts und der Verdrahtung der Schaltnetzteile besonders auf die folgenden wichtigen Punkte achten:

Verarbeitung nach Netzzugang: Nach Netzzugang wird es zunächst durch Filterkondensatoren gereinigt und dann an die nachfolgende Ausrüstung geliefert, die verwendet werden soll. Dies liegt daran, dass die Leiterplattenausrichtung kein idealer leitfähiger Kanal ist, sie haben einen bestimmten Widerstand und Verteilungsinduktivität. Wird vor den Filterkondensatoren Strom entnommen, führt dies zu einer größeren Wellenkomponente im Netzteil, was den Filtereffekt reduziert.

Liniendesign-Details: In der Konstruktion sollte so breit wie möglich statt dünne Linien sein, vermeiden Sie die Verwendung von scharfen Fasen und rechtwinkligen Drehungen. Für die Erdungsleitung sollte so breit wie möglich gestaltet werden und der Verwendung von großflächigem Kupfer Vorrang geben, was den Erdungseffekt erheblich verbessern kann.

Aufbauprinzipien für Kondensatoren: Kondensatoren werden hauptsächlich zur Bereitstellung der notwendigen kapazitiven Unterstützung von Schaltgeräten (z.B. Gate-Schaltungen) oder anderen Komponenten verwendet, die gefiltert/entkoppelt werden müssen. Daher sollte während des Layouts darauf geachtet werden, dass diese Kondensatoren so nah wie möglich an den von ihnen verwendeten Komponenten angeordnet sind, um übermäßige Entfernungen zu vermeiden, die zu einem Kondensatorausfall führen könnten.

Bei der Gestaltung des Leiterplattenlayouts einer Stromversorgungsplatine muss in Verbindung mit Sicherheitsvorschriften besondere Aufmerksamkeit auf die folgenden Schlüsselpunkte gelegt werden:

Für den AC-Netzeingangsabschnitt sollte sichergestellt werden, dass der minimale sichere Abstand zwischen den beiden Stromleitungen nicht kleiner als 6 mm ist, bevor die Sicherung in Position installiert wird, während der minimale sichere Abstand zwischen diesen beiden Stromleitungen und der Gehäuseschale oder dem geerdeten Teil des Chassis auch bei mehr als 8 mm beibehalten werden sollte.

Das Ausrichtungsdesign nach der Sicherungsinstallation muss sorgfältig entworfen werden, um sicherzustellen, dass der minimale Kriechabstand zwischen dem Nulldraht und dem Feuerdraht 3 mm oder mehr beträgt, um elektrische Kurzschlüsse und Sicherheitsrisiken zu vermeiden.

Zwischen Hochspannungs- und Niederspannungsbereichen sollte ein Mindestkriechabstand von mindestens 8 mm eingehalten werden. Ist dieser Abstand gleich oder kleiner als 8 mm, muss zwischen den beiden Bereichen ein Sicherheitsschlitz von 2 mm Breite vorgesehen sein, um die elektrische Isolierung und Sicherheit weiter zu gewährleisten.

Der Hochspannungsbereich ist mit einem sichtbaren Hochspannungswarnzeichen in Form eines dreieckigen Symbols mit einem Ausrufezeichen auszustatten und mittels Siebdruck auf die Leiterplatte zu drucken. Darüber hinaus sollte der Hochspannungsbereich mit einem Siebdruckrahmen gekennzeichnet werden, der nicht weniger als 3-mm breit ist, um seine besonderen Eigenschaften hervorzuheben und den Bediener daran zu erinnern, auf Sicherheit zu achten.

Im Hochspannungs-Gleichrichter-Filterkreis sollte der minimale sichere Abstand zwischen positiven und negativen Polen nicht weniger als 2 mm betragen, um Stromausfälle oder Kurzschlussprobleme zu vermeiden, die durch zu enge Entfernung verursacht werden.

Der Designprozess des Schaltens der Stromversorgung PCB:

Schaltplanentwurf: zuerst, entsprechend den Entwurfsanforderungen, verwenden Sie professionelle elektronische Entwurfssoftware, um das schematische Diagramm der Schaltnetzteil zu zeichnen. Dies ist der Ausgangspunkt des gesamten Entwurfsprozesses und bildet die Grundlage für weitere Schritte.

Netzwerktabellenerstellung: Nach Abschluss des Schaltplanentwurfs generiert die Software automatisch die entsprechende Netzwerktabelle, indem sie kompiliert und überprüft, ob der Schaltplan korrekt ist. Die Netzwerktabelle zeichnet detailliert die Verbindungsbeziehung zwischen jeder Komponente in der Schaltung auf, die eine wichtige Grundlage für das spätere PCB-Layout und die Verdrahtung ist.

Physische Grenzeinstellung: Als nächstes müssen Sie den physikalischen Rand der Leiterplatte in der Designsoftware (Keepout Layer) festlegen, um die Größe des PCB-Formfaktors und die Begrenzungsbeschränkungen zu klären, um sicherzustellen, dass das nachfolgende Layout und die Verkabelung den Umfang nicht überschreiten.

Komponenten- und Netzwerkimport: Die Schaltplankomponenten und Netzwerkbeziehungen in die PCB-Designumgebung für das anschließende Layout und die Verdrahtung bereit.

Bauteillayout: Das Bauteillayout ist ein sehr kritischer Schritt im PCB-Design. Ein vernünftiges Layout kann nicht nur die Lebensdauer und Stabilität des Produkts verbessern, sondern auch die elektromagnetische Verträglichkeit verbessern. Das Layout sollte folgenden Grundsätzen folgen:

Platzierungsreihenfolge: Platzieren Sie zuerst die Komponenten, die eng mit der Struktur der festen Position verbunden sind, wie Steckdosen, Anzeigen, Schalter usw., und verwenden Sie die Verriegelungsfunktion der Software, um sie zu reparieren. Platzieren Sie dann spezielle Komponenten und große Komponenten auf der Linie, wie Wärmeerzeugungskomponenten, Transformatoren, integrierte Schaltungen usw. Zum Schluss die kleinen Bauteile platzieren.

Erwägungen zur Wärmeableitung: Bei Stromkreisen mit hoher Leistung sollte der Wärmeableitung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Wärmeerzeugende Komponenten sollten gestreut angeordnet sein, zentralisierte Platzierung vermeiden und nicht nahe an hoher Kapazität liegen, um eine vorzeitige Alterung des Elektrolyten zu verhindern.

Verdrahtung: Nachdem das Bauteillayout abgeschlossen ist, beginnen die Verdrahtungsarbeiten. Die Verkabelung muss die Integrität des Signals, die Größe und Richtung des Stroms sowie elektromagnetische Störungen und andere Faktoren berücksichtigen.

Anpassung und Verfeinerung: Nach Abschluss der Verkabelung müssen Sie den Text, die einzelnen Komponenten, die Ausrichtung usw. und die Kupferbehandlung anpassen. Kupferverlegung wird normalerweise verwendet, um die Leerstellen zu füllen, die nach der Verkabelung übrig bleiben, entweder durch Verlegen von Kupferfolie für den Erdboden (GND) oder für die Stromversorgung (VCC) (aber beachten Sie das Risiko eines Kurzschlusses). Darüber hinaus kann für Signalleitungen mit speziellen Anforderungen eine Erdung verwendet werden, um sie mit zwei Erdungskabeln zu umgeben, um Störungen zu vermeiden.

Prüfung und Verifizierung: Schließlich muss das gesamte PCB-Design sorgfältig überprüft und verifiziert werden, um sicherzustellen, dass die Netzwerkbeziehung mit dem Schaltplan übereinstimmt und dass keine Auslassungen oder Fehler auftreten. Dies ist ein wichtiger Schritt, um die Qualität des Designs und eine reibungslose Produktion sicherzustellen.

Nach den oben genannten Schritten ist das PCB-Design des Schaltnetzteils abgeschlossen. Die Genauigkeit und Vollständigkeit des Entwurfs sollte vor der Übermittlung an den Plattenhersteller erneut bestätigt werden.

Während der Synergie zwischen PCB-Design und Mechanismendesign muss die Harmonie zwischen den beiden sichergestellt werden:

Entsprechend den Anforderungen an die Höhenbegrenzung muss das Layout der Bauteile sorgfältig geplant werden, um Störungen im Montageprozess zu vermeiden. Gleichzeitig müssen das Formdesign der Leiterplatte, die Lage und Größe der Positionierlöcher und Montagelöcher eng mit dem Strukturdesign abgestimmt werden, um sicherzustellen, dass die Leiterplattenherstellung und -installation reibungslos erfolgt.

Bei der Auswahl der Geräte müssen Struktur- und Verarbeitungsfehler vollständig berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass sich die ausgewählten Geräte an die Verarbeitungsgenauigkeit der Strukturbauteile anpassen können. Im PCB-Layout sollte der Montageprozess optimiert werden, um die Produktionseffizienz zu erhöhen. Designer müssen beurteilen, ob das Design der Leiterplattenform zu komplex ist, durch das Design vereinfacht werden kann (z. B. mehrschichtige oder doppelseitige Platte ersetzt durch eine einzelne Platte), um die Probleme im Montageprozess zu reduzieren.

Jede Seite der Leiterplatte sollte so weit wie möglich in einem einzigen Montageprozess abgeschlossen werden, um den Einsatz von Handlöten zu reduzieren und die automatisierte Produktion zu erhöhen. Wenn möglich, sollten Patronenkomponenten durch SMD-Komponenten ersetzt werden, um die Produktionskosten zu senken und die Produktionseffizienz zu erhöhen.

Das Paket der Komponenten muss mit der realen Sache übereinstimmen, und die Steigung und Größe der Pads müssen die Designanforderungen erfüllen. Komponenten sollten gleichmäßig verteilt sein, insbesondere Hochleistungsgeräte sollten verteilt werden, um lokale Überhitzungsspannungen der Leiterplatte zu vermeiden, die die Zuverlässigkeit der Lötstellen beeinträchtigen. Bei Hochleistungsgeräten sollte auch der thermischen Auslegung besondere Beachtung geschenkt werden.

Wo die Bedingungen es zulassen, sollten ähnliche Bauteile in derselben Richtung angeordnet und Module mit derselben Funktion zentral angeordnet sein. Komponenten desselben Pakets sollten in gleichen Abständen platziert werden, um das Platzieren, Schweißen und Testen von Bauteilen zu erleichtern. Schließlich sollte der Siebdruck gut lesbar sein, mit klaren Anzeichen für Polarität und Richtung, und um sicherzustellen, dass er nach Abschluss der Montage nicht von den Geräten verdeckt wird.

PCB (Leiterplatte) Version der Materialvielfalt, für das Schaltnetzteil häufig verwendete Materialien:

Flammhemmende Materialien: In Leiterplattenmaterialien sind 94V-0 und 94V-2 flammhemmende Materialien, von denen 94V-0 das beste flammhemmende Material in dieser Kategorie ist.

Organische Materialien: Diese Materialien bestehen hauptsächlich aus organischer Substanz, üblicherweise einschließlich Phenolharze, glasfaserverstärktes Epoxidharz (bezeichnet als Glasfaserplatte), Polyimid (Polyimid) und BT und Epoxy (Bismaleimid Triazin, Epoxidharz) und so weiter. Diese Materialien sind weit verbreitet in der Leiterplattenherstellung aufgrund ihrer guten elektrischen Eigenschaften und Verarbeitbarkeit.

Anorganische Materialien: Im Gegensatz zu organischen Materialien bestehen anorganische Materialien hauptsächlich aus anorganischen Substanzen wie Aluminium, Kupfer-Invar-Kupfer (ein spezielles sandwichstrukturiertes Kupferlegierungsmaterial für hochpräzise Anwendungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten) und Keramik. Diese Materialien bieten einzigartige Vorteile in bestimmten Bereichen wie Hochfrequenz, Hochtemperatur oder spezielle Umweltanwendungen.

Aluminium-Leiterplatten: Aluminiumsubstrate sind eine spezielle Art von Leiterplattenmaterial, bei dem Aluminium als Basismaterial verwendet wird, und die Schaltungsschichten werden durch ein spezielles Verfahren fest mit der Aluminiumbasis verbunden. Aluminiumsubstrat hat nicht nur eine ausgezeichnete Wärmeableitungsleistung, sondern kann auch die Größe und das Gewicht der Leiterplatte effektiv reduzieren, so dass es in Schaltnetzteilen und anderen elektronischen Geräten weit verbreitet ist, die eine effiziente Wärmeableitung erfordern.

Verfahren zur Materialerkennung:

Zunächst führen wir individuelle Tests an den Proben durch und erstellen den Probentestbericht. Für einige Artikel, die spezielle Instrumente benötigen, können wir auf die Testergebnisse des Herstellers zurückgreifen. Bei Kristallhalbleitern, Kunststoffteilen und Verpackungsmaterialien bekannter ausländischer Marken können Einzelprüfungen ausgenommen werden, aber Proben verschiedener Materialien müssen für die tatsächliche Installation und Verwendung getestet werden, und die Ergebnisse werden als wichtige Grundlage für die endgültige Beurteilung herangezogen.

Wenn sich herausstellt, dass ein einzelner Test fehlschlägt oder die Quittierung die Anforderungen nicht erfüllt, wird der Einkauf aufgefordert, das Muster und die Quittierung erneut zu liefern.

Schaltnetzteil PCB Design ist ein komplexer und empfindlicher Prozess, die Wahl des geeigneten Leiterplattenmaterials ist auch ein Schaltnetzteil Design kann nicht ignoriert werden. Nur ein umfassendes Verständnis des Designprozesses, der Schlüsselpunkte und der Materialauswahl und anderer Aspekte des Wissens, um eine hochwertige, leistungsstarke Schaltnetzteil-Leiterplatte zu entwerfen, für den stabilen Betrieb elektronischer Geräte eine starke Garantie zu bieten.