Công nghệ PCB - Toàn bộ quá trình và cân nhắc chính của thiết kế PCB cung cấp năng lượng chuyển mạch

Toàn bộ quá trình và cân nhắc chính của thiết kế PCB cung cấp năng lượng chuyển mạch

Là một kỹ sư PCB chuyên nghiệp, cần đặc biệt chú ý đến những điều quan trọng sau đây khi thực hiện bố trí PCB và định tuyến nguồn điện chuyển mạch:

Xử lý sau khi truy cập nguồn điện: Sau khi truy cập nguồn điện, việc khử nhiễm đầu tiên được thực hiện thông qua tụ điện lọc, sau đó được chuyển đến các thiết bị tiếp theo để sử dụng. Điều này là do sự sắp xếp của PCB không phải là kênh dẫn lý tưởng, chúng có điện trở và cảm ứng phân phối nhất định. Nếu điện được lấy từ trước tụ điện lọc, điều này sẽ dẫn đến thành phần gợn lớn hơn trong nguồn điện, do đó làm giảm hiệu ứng lọc.

Chi tiết thiết kế đường: Trong thiết kế, các đường phải càng rộng càng tốt thay vì mỏng, tránh sử dụng các góc vát sắc nét và các góc bên phải. Đối với dây nối đất, nó nên được thiết kế càng rộng càng tốt và ưu tiên sử dụng đồng diện tích lớn, điều này có thể cải thiện đáng kể hiệu quả nối đất.

Nguyên tắc bố trí của tụ điện: Tụ điện chủ yếu được sử dụng để cung cấp hỗ trợ điện dung cần thiết cho các thiết bị chuyển mạch như mạch cổng hoặc các thành phần khác yêu cầu bộ lọc/tách rời. Do đó, trong quá trình bố trí, cần đảm bảo rằng các tụ điện này càng gần các thành phần mà chúng phục vụ càng tốt để tránh sự cố tụ điện do khoảng cách quá lớn.

Khi thiết kế bố cục PCB của dải điện, kết hợp với các quy định an toàn, cần đặc biệt chú ý đến các điểm chính sau:

Đối với phần đầu vào nguồn AC, trước khi cầu chì được lắp đặt tại chỗ, cần đảm bảo khoảng cách an toàn tối thiểu giữa hai dây nguồn không nhỏ hơn 6mm, đồng thời khoảng cách an toàn tối thiểu giữa hai dây nguồn này và vỏ hộp hoặc phần nối đất của hộp cũng nên được duy trì trên 8mm.

Thiết kế căn chỉnh cầu chì sau khi lắp đặt cần được thiết kế cẩn thận để đảm bảo khoảng cách leo điện tối thiểu giữa dây số không và dây lửa là 3mm hoặc lớn hơn để ngăn ngừa ngắn mạch điện và các mối nguy hiểm về an toàn.

Khoảng cách leo điện tối thiểu ít nhất 8mm nên được duy trì giữa khu vực áp suất cao và khu vực áp suất thấp. Nếu khoảng cách này bằng hoặc nhỏ hơn 8mm, khe an toàn rộng 2mm nên được cung cấp giữa hai khu vực để đảm bảo hơn nữa sự cách ly và an toàn điện.

Khu vực áp suất cao nên được trang bị một dấu hiệu cảnh báo áp suất cao có thể nhìn thấy dưới dạng biểu tượng hình tam giác có chứa dấu chấm than và được in trên PCB bằng màn hình. Ngoài ra, khu vực áp suất cao nên được đánh dấu bằng khung in màn hình rộng không dưới 3mm để làm nổi bật các đặc điểm đặc biệt của nó và cảnh báo người vận hành về sự an toàn.

Trong mạch lọc chỉnh lưu điện áp cao, khoảng cách an toàn tối thiểu giữa các cực dương và âm không được nhỏ hơn 2mm để ngăn ngừa các vấn đề về điện giật hoặc ngắn mạch do khoảng cách quá gần.

Quy trình thiết kế chuyển mạch điện PCB:

Thiết kế sơ đồ: Thứ nhất, theo yêu cầu thiết kế, sử dụng phần mềm thiết kế điện tử chuyên nghiệp để vẽ sơ đồ sơ đồ của nguồn chuyển mạch. Đây là điểm khởi đầu của toàn bộ quá trình thiết kế và cung cấp nền tảng cho các bước tiếp theo.

Tạo bảng mạng: Sau khi thiết kế sơ đồ hoàn tất, phần mềm sẽ tự động tạo bảng mạng tương ứng bằng cách biên dịch và kiểm tra xem sơ đồ có chính xác hay không. Bảng mạng ghi lại chi tiết mối quan hệ kết nối giữa mỗi thành phần trong mạch, đây là cơ sở quan trọng cho bố cục PCB tiếp theo và định tuyến.

Thiết lập ranh giới vật lý: Tiếp theo, bạn cần thiết lập ranh giới vật lý của PCB trong phần mềm thiết kế (Keepout Layer) để làm rõ kích thước tổng thể và giới hạn ranh giới của PCB, đảm bảo bố cục và định tuyến tiếp theo không vượt quá phạm vi.

Nhập khẩu các thành phần và mạng: Nhập khẩu các thành phần sơ đồ và các mối quan hệ mạng vào môi trường thiết kế PCB để chuẩn bị cho bố cục và định tuyến tiếp theo.

Bố trí thành phần: Bố trí thành phần là một bước rất quan trọng trong thiết kế PCB. Bố trí hợp lý có thể không chỉ cải thiện tuổi thọ sản phẩm và sự ổn định mà còn tăng cường khả năng tương thích điện từ. Bố cục phải tuân theo các nguyên tắc sau:

Thứ tự vị trí: Đầu tiên, các thành phần liên quan chặt chẽ đến cấu trúc được đặt ở một vị trí cố định, chẳng hạn như ổ cắm điện, đèn báo, công tắc, v.v., và được cố định bằng cách sử dụng chức năng khóa của phần mềm. Các thành phần đặc biệt và các thành phần lớn sau đó được đặt trên dây chuyền sản xuất, chẳng hạn như lắp ráp nhiệt, máy biến áp, mạch tích hợp, v.v. Cuối cùng là các component nhỏ.

Lưu ý tản nhiệt: Đối với mạch công suất cao, cần đặc biệt chú ý đến tản nhiệt. Yếu tố làm nóng nên được bố trí phân tán, tránh vị trí tập trung và không đến gần điện dung cao để ngăn ngừa sự lão hóa sớm của chất điện phân.

Wiring: Khi bạn đã hoàn thành bố trí thành phần, công việc dây bắt đầu. Hệ thống dây điện cần phải xem xét các yếu tố như tính toàn vẹn của tín hiệu, kích thước và hướng của dòng điện và nhiễu điện từ.

Điều chỉnh và tinh chỉnh: Sau khi hệ thống dây hoàn tất, bạn cần điều chỉnh văn bản, các thành phần riêng lẻ, căn chỉnh, v.v. và xử lý đồng. Hệ thống dây đồng thường được sử dụng để lấp đầy các khu vực trống còn lại sau khi hệ thống dây, bằng cách đặt lá đồng để nối đất (GND) hoặc cung cấp điện (VCC) (nhưng lưu ý nguy cơ ngắn mạch). Ngoài ra, đối với các đường tín hiệu có yêu cầu đặc biệt, gói nối đất có thể được sử dụng, bao quanh chúng bằng hai dây nối đất để ngăn chặn nhiễu.

Kiểm tra và xác minh: Cuối cùng, toàn bộ thiết kế PCB cần được kiểm tra và xác minh cẩn thận để đảm bảo rằng các mối quan hệ mạng phù hợp với sơ đồ, không có thiếu sót hoặc lỗi. Đây là một bước quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng thiết kế và sản xuất trơn tru.

Sau các bước trên, thiết kế PCB của nguồn chuyển mạch đã được hoàn thành. Tính chính xác và đầy đủ của thiết kế phải được xác nhận lại trước khi nộp cho nhà sản xuất.

Trong quá trình phối hợp giữa thiết kế PCB và thiết kế cơ chế, cần phải đảm bảo sự hài hòa giữa hai:

Để đáp ứng các yêu cầu giới hạn chiều cao, bố trí của các thành phần phải được lên kế hoạch cẩn thận để tránh bất kỳ sự gián đoạn nào trong quá trình lắp ráp. Đồng thời, thiết kế hình dạng của PCB, vị trí và kích thước của lỗ định vị và lỗ gắn cần phải phù hợp chặt chẽ với thiết kế cấu trúc để đảm bảo việc sản xuất và lắp đặt PCB diễn ra suôn sẻ.

Việc lựa chọn thiết bị đòi hỏi phải xem xét đầy đủ các lỗi cấu trúc và xử lý để đảm bảo rằng thiết bị được lựa chọn có thể phù hợp với độ chính xác xử lý của các thành phần cấu trúc. Trong bố trí PCB, quá trình lắp ráp nên được tối ưu hóa để nâng cao hiệu quả sản xuất. Các nhà thiết kế cần đánh giá xem thiết kế hình dạng của bảng mạch có quá phức tạp hay không và có thể giảm thiểu các vấn đề trong quá trình lắp ráp bằng cách đơn giản hóa thiết kế, chẳng hạn như thay thế bảng mạch nhiều lớp hoặc hai mặt bằng bảng một lớp.

Mỗi mặt của PCB nên được hoàn thành càng nhiều càng tốt trong một quá trình lắp ráp để giảm việc sử dụng hàn tay và tăng sản xuất tự động. Khi có thể, các thành phần đóng hộp nên được thay thế bằng các thành phần SMD để giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Bao bì của các thành phần phải phù hợp với vật chất, và khoảng cách và kích thước của các tấm hàn cần phải đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Các thành phần nên được phân phối đều, đặc biệt là các thiết bị công suất cao nên được phân tán để tránh căng thẳng quá nhiệt cục bộ PCB và ảnh hưởng đến độ tin cậy của các mối hàn. Đối với các thiết bị công suất cao, thiết kế nhiệt cũng nên được xem xét đặc biệt.

Khi điều kiện cho phép, các thành phần tương tự nên được sắp xếp theo cùng một hướng và các mô-đun có chức năng tương tự nên được sắp xếp tập trung. Các thành phần của cùng một gói nên được đặt cách đều nhau để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đặt, hàn và thử nghiệm các thành phần. Cuối cùng, in màn hình phải rõ ràng và dễ đọc, với chỉ báo phân cực và hướng rõ ràng và đảm bảo không bị che khuất bởi thiết bị sau khi lắp ráp xong.

Phiên bản PCB (bảng mạch in) có nhiều loại vật liệu, phù hợp với các vật liệu thường được sử dụng trong lĩnh vực chuyển mạch điện:

Vật liệu chống cháy: Trong số các vật liệu PCB, 94V-0 và 94V-2 là vật liệu chống cháy, trong đó 94V-0 là vật liệu chống cháy cao nhất trong danh mục này.

Vật liệu hữu cơ: Những vật liệu này chủ yếu bao gồm các chất hữu cơ, thường bao gồm nhựa phenolic, nhựa epoxy gia cố bằng sợi thủy tinh (gọi tắt là sợi thủy tinh), polyimide (polyimide) và nhựa BT/epoxy (bismaleylamide triazine/epoxy), vv Những vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong sản xuất PCB do tính chất điện và tính chất xử lý tốt của chúng.

Vật liệu vô cơ: Không giống như vật liệu hữu cơ, vật liệu vô cơ chủ yếu bao gồm các chất vô cơ như nhôm, đồng inva đồng (một vật liệu hợp kim đồng có cấu trúc bánh sandwich đặc biệt, phù hợp cho các ứng dụng có độ chính xác cao, hệ số giãn nở thấp) và gốm sứ. Những vật liệu này có lợi thế độc đáo trong các lĩnh vực cụ thể như tần số cao, nhiệt độ cao hoặc các ứng dụng môi trường đặc biệt.

Nhôm PCB: Chất nền nhôm là một loại vật liệu PCB đặc biệt sử dụng nhôm làm chất nền và các lớp mạch được liên kết chặt chẽ với chất nền nhôm thông qua một quá trình đặc biệt. Chất nền nhôm không chỉ có hiệu suất tản nhiệt tuyệt vời mà còn có thể giảm kích thước và trọng lượng của PCB một cách hiệu quả, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong nguồn chuyển mạch và các thiết bị điện tử khác cần tản nhiệt hiệu quả.

Quy trình nhận dạng vật liệu:

Đầu tiên, chúng tôi kiểm tra các mẫu riêng biệt và phát hành "Báo cáo thử nghiệm mẫu". Đối với một số dự án yêu cầu dụng cụ đặc biệt, chúng tôi có thể tham khảo kết quả kiểm tra do nhà sản xuất cung cấp. Đối với chất bán dẫn tinh thể, linh kiện nhựa và vật liệu đóng gói của các thương hiệu nổi tiếng nước ngoài, có thể được miễn kiểm tra riêng lẻ, nhưng các mẫu vật liệu khác nhau cần được lắp đặt và thử nghiệm sử dụng thực tế, kết quả kiểm tra sẽ là cơ sở quan trọng để phán đoán cuối cùng.

Nếu một thử nghiệm riêng lẻ được phát hiện thất bại hoặc xác nhận không đáp ứng các yêu cầu, bộ phận mua sắm sẽ được yêu cầu cung cấp lại mẫu và xác nhận.

Thiết kế nguồn cung cấp chuyển mạch PCB là một quá trình phức tạp và tinh tế, và việc lựa chọn vật liệu PCB phù hợp cũng là một vấn đề không thể bỏ qua trong thiết kế nguồn cung cấp chuyển mạch. Chỉ có kiến thức toàn diện về quy trình thiết kế, điểm mấu chốt và lựa chọn vật liệu, v.v., mới có thể thiết kế PCB cung cấp năng lượng chuyển mạch chất lượng cao và hiệu suất cao, cung cấp sự đảm bảo mạnh mẽ cho hoạt động ổn định của thiết bị điện tử.