إرشادات تصميم تخطيط الكمبيوتر الشخصي لدوائر إمداد الطاقة في وضع التبديل

تبديل مصدر الطاقة هو طوبولوجيا مصدر طاقة مستخدمة على نطاق واسع في إلكترونيات الطاقة. سواء كانت آلة CNC معقدة أو جهازًا إلكترونيًا مضغوطًا ، طالما أن الجهاز متصل بنوع من مصدر الطاقة ، فإن دائرة SMPS إلزامية دائمًا. قد تؤدي وحدة إمداد الطاقة غير الصحيحة أو المعيبة إلى فشل كبير في المنتج بغض النظر عن مدى جودة تصميم الدائرة ووظيفتها. لقد قمنا بالفعل بتصميم عدد غير قليل من دوائر تزويد الطاقة SMPS مثل 12V 1A SMPS و 5V 2A SMPS باستخدام Power Integration و Viper Controller IC على التوالي.

يستخدم كل مصدر طاقة يعمل بالتبديل مفتاحًا مثل MOSFET أو ترانزستور طاقة يتم تشغيله أو إيقاف تشغيله باستمرار وفقًا لمواصفات محرك التبديل. يتراوح تردد التبديل لحالة التشغيل والإيقاف هذه من بضع مئات من كيلوهرتز إلى نطاق ميغا هرتز. في مثل هذه الوحدة النمطية للتبديل عالي التردد ، تعد أساليب تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور أكثر أهمية بكثير وقد يتجاهلها المصمم أحيانًا. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الضعيف إلى فشل الدائرة بأكملها وكذلك يمكن أن يحل ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصمم جيدًا العديد من الأحداث غير السارة.

كقاعدة عامة ، سيوفر هذا البرنامج التعليمي بعض الجوانب التفصيلية لإرشادات تخطيط تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور المهمة والتي تعتبر ضرورية لأي نوع من تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور القائم على مصدر الطاقة في وضع التبديل. يمكنك أيضًا التحقق من تقنيات التصميم لتقليل EMI في دوائر SMPS.

أول شيء أولاً ، لتصميم مصدر طاقة في وضع التبديل ، يحتاج المرء أن يكون لديه إشارة واضحة لمتطلبات ومواصفات الدوائر. يحتوي مصدر الطاقة على أربعة أجزاء مهمة.

مرشحات الإدخال والإخراج.
دوائر السائق والمكونات المرتبطة بها للسائق خاصة دائرة التحكم.
تبديل المحرِّضات أو المحولات
جسر الإخراج والمرشحات المرتبطة به.

في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يجب فصل جميع هذه الأجزاء في ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتتطلب اهتمامًا خاصًا. سنناقش كل جزء بالتفصيل في هذه المقالة.

إرشادات لمرشحات الإدخال والمرشحات المرتبطة

قسم الإدخال والمرشح هو المكان الذي يتم فيه توصيل خطوط الإمداد الصاخبة أو غير المنظمة بالدائرة. لذلك ، يجب وضع مكثفات مرشح الإدخال على مسافة متساوية من موصل الإدخال ودائرة المحرك. من الضروري دائمًا استخدام اتصال قصير الطول لتوصيل قسم الإدخال بدائرة السائق.

تمثل الأقسام المميزة في الصورة أعلاه الموضع القريب لمكثفات المرشح.

إرشادات لدائرة السائق ودائرة التحكم

يتكون المحرك بشكل أساسي من MOSFET داخلي أو في بعض الأحيان يتم توصيل MOSFET التحويل خارجيًا. يتم دائمًا تشغيل خط التبديل وإيقاف تشغيله بتردد عالٍ جدًا ويخلق خط إمداد مزعج للغاية. يجب أن يكون هذا الجزء دائمًا منفصلاً عن جميع الاتصالات الأخرى.

على سبيل المثال ، يجب فصل خط التيار المستمر للجهد العالي الذي يذهب مباشرة إلى المحول (لـ flyback SMPS) أو خط التيار المستمر الذي يذهب مباشرة إلى محث الطاقة (منظمات التحويل القائمة على الهيكل أو Boost).

في الصورة أدناه ، الإشارة المميزة هي خط DC عالي الجهد. يتم توجيه الإشارة بطريقة يتم فصلها عن الإشارات الأخرى.

أحد الخطوط الأكثر ضوضاءً في تصميم مزود الطاقة في وضع التبديل هو دبوس التصريف الخاص بالسائق ، سواء كان تصميمًا من التيار المتردد إلى التيار المستمر أو يمكن أن يكون مصدر طاقة منخفضًا يعتمد على طوبولوجيا أو دفعة أو دعم التصميم. يجب دائمًا فصلها عن جميع التوصيلات الأخرى كما يجب أن تكون قصيرة جدًا لأن هذا النوع من التوجيهات يحمل بشكل عام إشارات عالية التردد. أفضل طريقة لعزل خط الإشارة هذا عن الآخرين هو استخدام قطع ثنائي الفينيل متعدد الكلور باستخدام طبقات الطحن أو الأبعاد.

في الصورة أدناه ، يظهر اتصال دبوس الصرف المعزول الذي يحتوي على مسافة آمنة من Opto-coupler بالإضافة إلى قطع PCB الذي سيزيل أي تداخل من التوجيهات أو الإشارات الأخرى.

نقطة أخرى مهمة هي أن دائرة السائق لديها دائمًا ردود فعل أو خط محسوس (في بعض الأحيان أكثر من واحد مثل خط استشعار جهد الدخل ، وخط استشعار الإخراج) حساس للغاية ويعتمد تشغيل السائق بشكل كامل عن طريق استشعار ردود الفعل. يجب أن يكون أي نوع من ردود الفعل أو خط الإحساس أقصر في الطول لتجنب اقتران الضوضاء. يجب دائمًا فصل هذه الأنواع من الخطوط عن الطاقة أو التبديل أو أي خطوط صاخبة أخرى.

تُظهر الصورة أدناه سطر ملاحظات منفصل من optocoupler إلى السائق.

ليس هذا فقط ، ولكن يمكن أن تحتوي دائرة السائق أيضًا على أنواع متعددة من المكونات مثل المكثفات وفلاتر RC المطلوبة للتحكم في عمليات دائرة السائق. يجب وضع هذه المكونات بالقرب من السائق.

مبادئ توجيهية لتبديل المحاثات والمحولات

يعد تبديل الحث أكبر مكون متاح في أي لوحة إمداد طاقة بعد المكثفات الضخمة. أحد التصميمات السيئة هو توجيه أي نوع من الاتصال بين خيوط الحث. من الضروري عدم توجيه أي إشارات بين القوى أو منصات محث المرشح.

أيضًا ، عندما يتم استخدام المحولات في مصدر طاقة ، خاصة في AC-DC SMPS ، فإن الاستخدام الرئيسي لهذا المحول هو عزل المدخلات مع الإخراج. مطلوب مسافة كافية بين الفوط الأولية والثانوية. أفضل طريقة لزيادة الزحف هي تطبيق قطع ثنائي الفينيل متعدد الكلور باستخدام طبقة الطحن. لا تستخدم أي نوع من التوجيه بين وصلات المحولات.

إرشادات لجسر الإخراج وقسم المرشح

جسر الخرج عبارة عن صمام ثنائي شوتكي ذو تيار عالٍ يبدد الحرارة اعتمادًا على تيار الحمل. في حالات قليلة ، تكون المشتتات الحرارية لثنائي الفينيل متعدد الكلور مطلوبة والتي يجب إنشاؤها في ثنائي الفينيل متعدد الكلور نفسه باستخدام الطائرة النحاسية. تتناسب كفاءة المشتت الحراري مع مساحة النحاس ثنائي الفينيل متعدد الكلور وسمكه.

هناك نوعان من سمك النحاس متاحان بشكل شائع في ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، 35 ميكرون و 70 ميكرون. و كلما زاد سمك، والربط حرارية أفضل وPCB حرارة منطقة الحوض الحصول على تقصير. إذا كان ثنائي الفينيل متعدد الكلور عبارة عن طبقة مزدوجة وكانت المساحة الساخنة غير متوفرة إلى حد ما في ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، فيمكن للمرء استخدام جانبي المستوى النحاسي ويمكن توصيل هذين الجانبين باستخدام فتحات مشتركة.

الصورة أدناه هي مثال على خافض حرارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور لصمام ثنائي شوتكي تم إنشاؤه في الطبقة السفلية.

يجب وضع مكثف المرشح مباشرة بعد الصمام الثنائي شوتكي عن كثب عبر المحول أو محث التحويل بطريقة تجعل حلقة الإمداد من خلال الحث والصمام الثنائي الجسر والمكثف قصيرة جدًا. بهذه الطريقة ، يمكن تقليل تموج الإخراج.

الصورة أعلاه هي مثال على حلقة قصيرة من خرج المحول إلى الجسر الثنائي ومكثف المرشح.

تقليل الارتداد الأرضي لتخطيطات SMPS PCB

أولاً ، يعتبر ملء الأرض أمرًا ضروريًا ، كما أن فصل الطائرات الأرضية المختلفة في دائرة إمداد الطاقة هو شيء آخر مهم.

من منظور الدوائر ، يمكن أن يكون لمزود طاقة التبديل أرضية مشتركة واحدة لجميع المكونات ولكن هذا ليس هو الحال أثناء مرحلة تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. وفقًا لمنظور تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يتم فصل الأرض إلى جزأين. الجزء الأول هو أرض الطاقة والجزء الثاني هو أرض تناظرية أو تحكم. هذان السببان لهما نفس الصلة ولكن هناك فرق كبير. يتم استخدام الأرض التناظرية أو التحكم بواسطة المكونات المرتبطة بدائرة السائق. تستخدم هذه المكونات مستوى أرضيًا ينشئ مسارًا منخفضًا لعودة التيار ، ومن ناحية أخرى ، تحمل أرضية الطاقة مسار عودة التيار العالي. مكونات الطاقة صاخبة ويمكن أن تؤدي إلى مشكلات ارتداد أرضية غير مؤكدة في دائرة التحكم إذا كانت متصلة مباشرة بنفس الأرض. توضح الصورة أدناه كيف يتم عزل الدوائر التناظرية والتحكم تمامًا عن خطوط الطاقة الأخرى لثنائي الفينيل متعدد الكلور في طبقة واحدة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

يجب فصل هذين الجزأين ويجب توصيلهما في منطقة معينة.

هذا أمر سهل إذا كان PCB عبارة عن طبقة مزدوجة ، مثل الطبقة العليا يمكن استخدامها كأرض تحكم ويجب توصيل جميع دوائر التحكم في مستوى الأرض المشترك في الطبقة العليا. من ناحية أخرى ، يمكن استخدام الطبقة السفلية كأرضية للطاقة ويجب أن تستخدم جميع المكونات الصاخبة هذا المستوى الأرضي. لكن هذين السببين هما نفس الصلة ومتصلان في التخطيطي. الآن ، لتوصيل الطبقات العلوية والسفلية ، يمكن استخدام فتحات التوصيل لربط كلا المستويين الأرضي في مكان واحد. على سبيل المثال ، انظر الصورة أدناه -

يحتوي الجزء أعلاه من برنامج التشغيل على جميع المكثفات المتعلقة بفلتر الطاقة والتي تستخدم مستوى أرضيًا يسمى بشكل منفصل Power GND ، ولكن الجزء السفلي من برنامج التشغيل IC هو جميع المكونات المرتبطة بالتحكم ، باستخدام عنصر تحكم منفصل GND. كلا السببين هما نفس الاتصال ولكن تم إنشاؤهما بشكل منفصل. ثم انضم اتصال GND عبر برنامج التشغيل IC.

اتبع معايير IPC

اتبع إرشادات وقواعد ثنائي الفينيل متعدد الكلور وفقًا لمعيار تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور IPC. هذا يقلل دائمًا من فرص الخطأ إذا اتبع المصمم معيار تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الموضح في IPC2152 و IPC-2221B. تذكر بشكل أساسي أن عرض الآثار يؤثر بشكل مباشر على درجة الحرارة والقدرة الاستيعابية الحالية. لذلك ، يمكن أن يؤدي العرض الخاطئ للآثار إلى زيادة درجة الحرارة وضعف تدفق التيار.

و التباعد بين اثنين من آثار مهم أيضا لتجنب الفشل مؤكد أو عبر الحديث، crossfires أحيانا في الارتفاع الحالي تطبيق الجهد العالي. يصف IPC-9592B التباعد الموصى به بين خطوط الطاقة في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور القائم على مصدر الطاقة.

اتصال كلفن لخط الإحساس

يعتبر اتصال كلفن معلمة مهمة أخرى في تصميم لوحة إمداد الطاقة ، بسبب دقة القياس التي تؤثر على قدرة دائرة التحكم. تتطلب دائرة التحكم في مصدر الطاقة دائمًا نوعًا من القياسات ، سواء كان ذلك الاستشعار الحالي أو استشعار الجهد في ردود الفعل أو خط الإحساس. يجب أن يتم هذا الاستشعار من خيوط المكون بطريقة لا تتداخل فيها الإشارات أو الآثار الأخرى مع خط الإحساس. يساعد اتصال كلفن في تحقيق نفس الشيء ، إذا كان خط الإحساس زوجًا تفاضليًا ، فيجب أن يكون الطول هو نفسه لكل من التتبع ويجب أن يتصل التتبع عبر خيوط المكون.

على سبيل المثال ، تم وصف اتصال Kelvin بشكل صحيح في إرشادات تصميم PCB لوحدات التحكم في الطاقة بواسطة أدوات Texas.

تُظهر الصورة أعلاه استشعار التيار المناسب باستخدام اتصال كلفن. الاتصال الصحيح هو اتصال كلفن المناسب الذي سيكون ضروريًا لتصميم خط المعنى. يتم أيضًا تقديم تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور بشكل صحيح في هذا المستند.

يُظهر تخطيط PCB اتصالًا وثيقًا بين مكثف السيراميك 10nF و 1nF عبر المحرك أو وحدة التحكم IC. يعكس خط Sense أيضًا اتصال كلفن الصحيح. طبقة الطاقة الداخلية عبارة عن خط مصدر منفصل متصل بنفس خطوط المصدر ولكن منفصلة باستخدام فتحات متعددة لتقليل اقتران الضوضاء.