Bloga dön

Anahtarlama Güç Kaynakları için PCB Tasarım Özellikleri

Anahtarlama Güç Kaynakları PCBA

Anahtarlamalı güç kaynağı (SPS) PCB'sinin tasarlanması, kararlı çalışmayı sağlamak ve elektromanyetik paraziti (EMI) en aza indirmek için ayrıntılara titizlikle dikkat edilmesini gerektirir. Şemadan yerleşime kadar her adım kritiktir. Bu kapsamlı kılavuz, verimli ve güvenilir bir SPS PCB tasarlamaya yönelik temel hususları ve en iyi uygulamaları araştırmaktadır.

PCB Tasarım Akışına Şematik

Şematik tasarımdan PCB tasarımına geçiş, birkaç kritik adımı içerir:

Bileşen Parametrelerini Oluşturun: Gerilim, akım ve frekans gerekliliklerini göz önünde bulundurarak her bir bileşenin özelliklerini tanımlayın.
Giriş Şeması Net Listesi: Şemayı PCB düzeni için kullanılabilecek bir netlist formatına aktarın.
Tasarım Parametre Ayarları: PCB tasarım yazılımını iz genişlikleri, açıklıklar ve katmanlar dahil olmak üzere gerekli parametrelerle yapılandırın.
Manuel Düzen: PCB üzerindeki bileşenleri şematik ve tasarım gereksinimlerine göre düzenleyin.
Manuel Yönlendirme: İzleri bileşenler arasında yönlendirin, uygun mesafeyi sağlayın ve paraziti önleyin.
Tasarım Doğrulaması: Sinyal bütünlüğü ve termal hususlar dahil, elektriksel ve mekanik bütünlük açısından tasarımı doğrulayın.
Değerlendirme: Tüm gereksinimleri karşıladığından emin olmak için tasarımın kapsamlı bir incelemesini gerçekleştirin.
CAM Çıkışı: Üretim için son çıktı dosyalarını oluşturun.

Güç Kaynaklarını Değiştirmek için Devre Kartı Düzeni Parametreleri

Anahtarlamalı güç kaynağı (SPS) tasarımlarında optimum güç bütünlüğünü sağlamak için devre kartı düzenine dikkatli bir şekilde dikkat edilmelidir. Aşağıdaki parametreler, paraziti en aza indirirken tüm bileşenlere temiz ve kesintisiz güç sağlayabilen sağlam bir güç dağıtım ağı (PDN) tasarlamak için çok önemlidir:

Kart Katmanı Yapılandırması ve Yığınlama: Karttaki tüm güç kaynaklarını tanımlayan bir şema ile başlayın. Sinyal ve güç bütünlüğünü optimize etmek için katman yığınını yapılandırın. Optimum sinyal dönüş yolları, kontrollü empedans yönlendirmesi ve güç kaynağı izolasyonu için güç ve toprak düzlemlerini konumlandırın.
Tasarım Kuralları ve Kısıtlamalar: İz genişliği, aralık ve bakır dökümü nitelikleri için kurallar oluşturun. Bu kuralları verimli bir şekilde yönetmek için net sınıflarını kullanmayı düşünün. Cadence Allegro'nun PCB Düzenleyicisi gibi gelişmiş PCB tasarım araçları, PDN'nin yönlendirme gereksinimlerini destekleyecek yetenekler sunar.
Yerleştirme ve Yönlendirme Yönergeleri: Güç kaynaklarını değiştirmek için şu yönergeleri izleyin:
- Bileşen Yerleştirme: İz uzunluklarını en aza indirmek ve sinyal yollarını optimize etmek için bileşenleri yerleştirin. Endüktansı en aza indirmek için yüksek akım bileşenlerini ilgili dekuplaj kapasitörlerine yakın tutun.
- Yönlendirme: Direnci ve voltaj düşüşünü azaltmak için güç hatlarını mümkün olduğunca geniş yönlendirin. Direnci azaltmak ve termal performansı artırmak için yüksek akım yolları için birden fazla yol kullanın. EMI'yi en aza indirmek için yüksek akım döngülerini kısa ve kompakt tutun.
- Ayırma Kondansatörleri: Yüksek frekanslı gürültü için düşük empedanslı bir yol sağlamak amacıyla ayırma kapasitörlerini, ayırdıkları bileşenlerin güç pinlerine mümkün olduğunca yakın yerleştirin.
- topraklama: Akımlar için düşük empedanslı bir dönüş yolu sağlamak üzere sağlam bir zemin düzlemi uygulayın. Farklı zemin katmanlarını bağlamak ve zemin döngülerini en aza indirmek için dikiş yollarını kullanın.
- Sinyal bütünlüğü: Sinyal yansımalarını en aza indirmek ve sinyal bütünlüğünü sağlamak amacıyla yüksek hızlı sinyaller için kontrollü empedans yönlendirmesi kullanın.

Bu parametreleri ve yönergeleri dikkatlice değerlendirerek, anahtarlamalı güç kaynağı uygulamalarında güç bütünlüğünü en üst düzeye çıkaran ve paraziti en aza indiren bir PCB düzeni tasarlayabilirsiniz .

Güç Kaynaklarının Değiştirilmesi PCB düzeni

Anahtarlama Güç Kaynakları Bileşen Düzeni

Bileşenleri yerleştirirken öncelikli olarak PCB boyutunu göz önünde bulundurun. Büyük boyutlu bir PCB, daha uzun iz uzunluklarına, artan empedansa, azaltılmış gürültü önleme kapasitesine ve daha yüksek maliyetlere yol açabilir. Tersine, küçük boyutlu bir PCB, zayıf ısı dağılımından ve artan parazitten zarar görebilir. Bir PCB için en uygun şekil, uzunluk/genişlik oranı 3:2 veya 4:3 olan dikdörtgen şeklindedir. Olası sorunlardan kaçınmak için kartın kenarına yakın yerleştirilen bileşenler en az 2 mm uzakta olmalıdır.

Bileşen yerleştirmede gelecekteki lehimleme hususlarına öncelik verin ve lehimleme işlemlerini engelleyebilecek aşırı yoğun düzenlemelerden kaçının. Bileşenleri, her bir işlevsel devrenin temel bileşenleri çevresinde eşit, düzgün ve kompakt bir şekilde düzenleyin. Bileşenler arasındaki kabloları ve bağlantıları en aza indirin ve kısaltın ve dekuplaj kapasitörlerini bileşenin VCC'sine mümkün olduğunca yakın yerleştirin.

Özellikle yüksek frekanslarda çalışan devreler için bileşenler arasındaki dağıtım parametrelerini göz önünde bulundurun. Lehimleme ve seri üretimi kolaylaştırmak için bileşenler mümkün olduğunca paralel düzenlenmelidir. Düzenin sinyal dolaşımına elverişli olduğundan ve sinyal tutarlılığını koruduğundan emin olmak için her işlevsel devre ünitesinin konumlarını devre akışına göre düzenleyin. Son olarak, birincil yerleşim ilkesi olarak yönlendirme akıcılığını sağlayın, hareketli kablo bağlantılarına dikkat edin ve sinyal yolu uzunluklarını en aza indirmek için ara bağlantıları olan bileşenleri bir arada yerleştirin.

Kararlı Anahtarlamalı Güç Kaynağı Çalışması için Topraklamayı Optimize Etme

Anahtarlamalı güç kaynakları yüksek frekanslı sinyaller içerir ve PCB üzerindeki herhangi bir basılı çizgi anten görevi görebilir. Yazdırılan çizginin uzunluğu ve genişliği empedansını ve reaktansını etkiler, dolayısıyla frekans tepkisini etkiler. DC sinyallerini taşıyan basılı hatlar bile yakındaki basılı hatlardan gelen RF sinyalleriyle eşleşebilir ve devre sorunlarına neden olabilir (veya hatta girişim sinyallerini yeniden yayabilir).

Bunu azaltmak için AC taşıyan tüm basılı satırlar mümkün olduğunca kısa ve geniş tasarlanmalıdır. Bu, basılı hatlara ve diğer güç hatlarına bağlı tüm bileşenlerin mümkün olduğunca yakın yerleştirilmesi gerektiği anlamına gelir. Yazdırılan çizginin uzunluğu onun endüktansı ve empedansı ile orantılıdır, genişliği ise endüktansı ve empedansı ile ters orantılıdır. Uzunluk ne kadar uzun olursa, basılı satırın elektromanyetik dalgaları iletebileceği ve alabileceği frekans o kadar düşük olur ve daha fazla RF enerjisi yayabilir.

Bu nedenle, dengesiz güç kaynağı çalışmasına yol açabilecek çeşitli toprakların karışmasını önlemek için topraklama kablosunun yerleşim planına dikkatlice yerleştirilmesi çok önemlidir. Topraklama, anahtarlamalı güç kaynağının dört akım döngüsü için ortak referans noktası olarak hayati bir rol oynar ve paraziti kontrol etmek için önemli bir yöntemdir. Zemin tasarımında dikkat edilmesi gereken bazı önemli noktalar şunlardır:

Tek nokta topraklamayı seçin: Filtre kapasitörünün ortak terminali, büyük akım AC topraklamasına bağlı ortak toprağa giden tek bağlantı olmalıdır. Aynı seviye devresinin toprak noktaları mümkün olduğu kadar yakın olmalı ve ana devrenin filtre kondansatörü de seviyenin toprak noktasına bağlanmalıdır.
Topraklama kablosunu kalınlaştırın: Büyük akımın her terminalinde mümkün olduğu kadar kısa ve geniş baskılı bir kablo kullanıldığından emin olun. Güç ve toprak hatlarının genişliği mümkün olduğunca genişletilmeli, toprak hattı tercihen güç hattından daha geniş olmalıdır. Genişlikleri arasındaki ilişki şu şekilde olmalıdır: toprak hattı > güç hattı > sinyal hattı. Mümkünse topraklama kablosunun genişliği 3 mm'den büyük olmalıdır.
Küresel yönlendirme ilkeleri: Küresel yönlendirmeyi gerçekleştirirken şu ilkeleri izleyin:
- Yönlendirme yönü: Bileşenlerin yönünü şematik diyagramla tutarlı tutun ve yönlendirme yönü devre şemasıyla tutarlı olmalıdır.
- Yönlendirmedeki dönüş sayısını en aza indirin, çizgi genişliğinde ani değişikliklerden kaçının ve tel köşelerinin ≥90 derece olmasını sağlayın.
- Baskılı devrede devrelerin kesişmesinden kaçının. Potansiyel geçiş sorunlarını çözmek için "delme" veya "döngü" gibi yöntemleri kullanın.
Giriş ve çıkış toprağı: Alçak gerilim DC-DC anahtarlamalı güç kaynağı için devrenin her iki tarafının da ortak bir referans topraklaması olmalıdır. Topraklama kablosunun her iki tarafı bakırla kaplandıktan sonra ortak bir toprak oluşturacak şekilde birbirine bağlanmalıdır.

PCB Tasarımında Kablolama ve Topraklama İçin Temel Kontroller

Kablolama tasarımı tamamlandıktan sonra, kablolama tasarımının tasarımcı tarafından belirlenen kurallara uyup uymadığını dikkatlice kontrol etmek ve ayrıca belirlenen kuralların PCB üretim sürecinin gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığını doğrulamak gerekir. Genel olarak, hatlar ve hatlar, hatlar ve bileşen pedleri, hatlar ve geçiş delikleri, bileşen pedleri ve geçiş delikleri ve geçiş delikleri arasındaki mesafelerin makul olup olmadığını ve üretim gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığını kontrol edin.

Güç ve topraklama hatlarının genişliğinin uygun olup olmadığını ve PCB'de topraklama hatlarının genişletilebileceği yerlerin olup olmadığını kontrol edin. Not: Bazı konektörlerin dış hatlarının bir kısmının kart çerçevesinin dışına yerleştirilmesi gibi bazı hatalar göz ardı edilebilir; bu da aralık kontrollerinde hatalara neden olabilir; ayrıca kablolarda ve deliklerde yapılan her değişiklikten sonra bakırın yeniden kaplanması gerekir.

Nihai Tasarım Kontrolleri

Tasarım kurallarını, katman tanımlarını, iz genişliklerini, aralıkları, pedleri ve yol ayarlarını içeren “PCB Kontrol Listesini” yeniden kontrol edin. Ek olarak, bileşen yerleştirmenin, güç ve yer ağlarının yönlendirilmesinin, yüksek hızlı saat ağlarının yönlendirilmesinin, ayırma kapasitörlerinin ekranlanmasının, yerleştirilmesinin ve bağlanmasının vb. rasyonelliğinin gözden geçirilmesine odaklanın.
Fotoğraf maskesi dosyası çıktısı için tasarım çıktısı hususları:

A. Çıkış katmanları arasında kablolama katmanı (alt katman), serigraf katmanı (üst katman ve alt katman serigrafi dahil), lehim maskesi katmanı (alt lehim maskesi katmanı), delme katmanı (alt katman) ve sondaj dosyaları (nc delme) bulunur ) da oluşturulur.

B. Serigrafi katmanlarının sayısını ayarlarken parça tipini seçmeyin; üst (alt) ve serigrafi katmanlarının ana hatlarını, metnini ve çizgilerini seçin.

C. Her katman için katmanları ayarlarken panonun ana hatlarını seçin; serigraf katmanı için katman sayısını ayarlarken parça türünü seçmeyin; üst (alt) ve serigrafi katmanlarının ana hatlarını, metnini ve çizgilerini seçin.

D. Sondaj dosyalarını oluştururken herhangi bir değişiklik yapmadan PowerPCB'nin varsayılan ayarlarını kullanın.

Şimdi PCB Montaj Teklifi İsteyin