روش طراحی برد منبع تغذیه :

از منبع تغذیه درالکترونیک و ساخت بسیاری از تجهیزات استفاده میشود. طراحی برد منبع تغذیه باید دقیق انجام شود. زیرا این منبع از اهمیت خاصی برخوردار است. اگر تغذیه سوئیچینگ را در نظر بگیرید.یک توپولوژی منبع تغذیه می باشد. این منبع تغذیه در الکترونیک قدرت کاربرد زیادی دارد. از این نوع منبع تغذیه می توان در ماشین CNC پیچیده یا دستگاه الکترونیکی کوچک نیز استفاده کرد. برای هر منبع تغذیه باید یک مدار SMPS طراحی کرد. طراحی برد منبع تغذیه مهم ست، زیرا اگر برد بد طراحی شود. چه منبع تغذیه نامناسب یا معیوب چه سالم ، زود خراب میشود.

قوانین طراحی برد منبع تغذیه :

در ساخت برد منبع تغذیه دقت در تهیه قطعات الزامی ست.در هر منبع تغذیه سوئیچینگ، سوئیچ  MOSFET یا ترانزیستور برق بکار می رود. با توجه به ویژگی های درایور، سوئیچینگ مکررا، روشن یا خاموش می شود. فرکانس سوئیچینگ این منبع تغذیه،بین چند کیلوهرتز تا مگا هرتز است.درفرکانس های بالا، روش های طراحی برد منبع تغذیه اهمیت زیادی دارد.پس دقت کنید، سفارش طراحی برد الکترونیکی خود را به چه طراحی می سپارید.

اگر طراحی برد الکترونیکی ضعیف باشد.احتمال دارد کل مدار شما خراب شود.اما برعکس اگر طراحی برد با دقت انجام شود خیلی از مسائل و مشکلات بروز نمیکند. در این مطلب سعی میکینم دستورالعمل های مهم ساخت برد منبع تغذیه سوئیچینگ را با یکدیگر بررسی کنیم. مطالبی که برای هر برد مدار چاپی منبع تغذیه سوئیچ لازم می باشد.

۱.فیلترهای ورودی و خروجی.
۲.مدار درایور و اجزای مرتبط با آن برای درایور به ویژه مدار کنترل.
۳.سلفهای سوئیچینگ یا ترانسفورماتورها
۴.Bridge Output و فیلترهای مربوطه.

در طراحی برد الکترونیکی همه این بخش ها باید از یکدیگر جدا شوند.

فیلترهای ورودی و قطعات وابسته:

مکانی که خطوط تغذیه پر سر و صدا یا غیرمجاز به مدار متصل میشوند، بخش ورودی و فیلتر است. به همین علت، خازن های فیلتر ورودی در فاصله مساوی از اتصال ورودی و مدار درایور تعبیه میشوند.جهت اتصال بخش ورودی به مدار درایور، باید از اتصال کوتاه استفاده شود.سعی کنید در ساخت برد به این موضوع دقت کنید.

مستطیل های زرد محل قرارگیری خازن های فیلتر 

مدار درایور و مدار کنترل:

درایور دارای یک MOSFET داخلی است. بعضی اوقات، MOSFET سوئیچینگ از خارج متصل می شود. اکثرا، خط سوئیچینگ با فرکانس بسیار بالا روشن و خاموش می شود. بنابراین یک خط تغذیه بسیار پر سر و صدا داریم. به همین علت، باید این بخش همیشه از اتصالات دیگر جدا باشد.

مثلا، خط ولتاژ بالا DC که مستقیم به ترانسفورماتور متصل میشود. یا خط DC که مستقیماً به سلف برق می رود باید جدا شوند.

نکات مهم:

در طراحی برد الکترونیکی باید به نکات خاص توجه کنید.مثلا در طراحی این برد، پرسرو صدا ترین خط ها پین تخلیه درایور است. چه این طرح AC  باشد و چه DC و چه یک منبع تغذیه سوئیچینگ کم توان مبتنی بر توپولوژیک باشد. این مسئله میتواند بیشتر یا کمتر باشد اما به هر حال وجود دارد. بنابراین باید از همه اتصالات جدا شود. این اتصال باید کوتاه باشد. اصولا این نوع مسیریابی ها، سیگنال های با فرکانس بالا را منتقل میکنند.با برش PCB و توسط لایه های فرز یا بعد می توان این خط سیگنال از دیگر مسیرها جدا کرد.کارشناسان ویتا هم میتوانند به شما کمک کنند.

یک نکته مهم دیگر نیز وجود دارد. یک مدار درایور معمولا دارای یک مسیر است. گاهی این میزان بیشتر است مثلا مسیر ورودی،مسیر یا خط خروجی و.. عملکرد درایور به این مسیرها بستگی دارد.هر چه مسیر کوتاه تر باشد میزان صدا کمتر می شود. همیشه باید این خط ها از خطوط برق ، سوئیچینگ یا خطوط پر سر و صدا دیگر جدا شوند.

یک مدار درایور میتواند شامل خازن ها ، فیلترهای RC باشد. این قطعات برای کنترل عملیات مدار درایور لازم هستند. البته باید در ساخت برد دقت کنید این اجزا باید نزدیک دریوار قرار گیرند.

سلفهای سوئیچینگ یا ترانسفورماتورها :

سلف های سوئیچینگ بعد از خازن ها بزرگترین قطعه در منبع تغذیه هستند. مسیریابی در طراحی برد منبع تغذیه ضروری ست. یک طراحی برد الکترونیکی بد، طراحی است که هر نوع ارتباطی بین لامپ های سلف را مسیریابی کند.

زمانی که ترانسفورماتورها در منبع تغذیه بکار می روند. مخصوصاً در ACPS-DC SMPS ، باید فاصله کافی بین پدهای اولیه و ثانویه را در نظر بگیرید. کاربرد اصلی این ترانسفورماتور جداسازی ورودی با خروجی، مورد نیاز است. جهت افزایش خزش استفاده از قطع PCB توسط یک لایه فرز به ما کمک میکند. دقت کنید به هیچ عنوان ازمسیریابی بین سرب های ترانس استفاده نکنید.

 بخش خروجی و فیلتر:

برای بخش خروجی یک دیود Schottky با جریان زیاد نصب میشود. این دیود نسبت به جریان بار،حرارت ایجاد میکند. به همین علت بهتر است در طراحی برد منبع تغذیه از هیت سینک استفاده کنیم. اینکه هیت سینک ما چقدر بازدهی داشته باشد به فیبرمسی و ضخامت آن بستگی دارد.برای ساخت برد از دو نوع ضخامت مس استفاده میشود.صفحات مسی با ضخامت ۳۵ میکرون و ۷۰ میکرون.هر چه ضخامت صفحه بیشتر باشد.اتصال بهتر انجام میشود.منطقه ای که گرما را دریافت میکند نیز کمتر خواهد شد.

در صورتی که برد الکترونیکی دو یا چند لایه باشد. دسترسی به فضاها سخت تر میشود. از هر دو طرف صفحه مس استفاده میکنیم. دو طرف را با استفاده از vias مشترک متصل میکنیم.

نمونه یک هیت سینک

باید خازن فیلتر بلافاصله بعد از دیود Schottky توسط ترانسفورماتور یا سلف سوئیچینگ تعبیه شود.طوری که حلقه منبع تغذیه از طریق سلف ، دیود Bridge و خازن بسیار کوتاه شود. در نتیجه موج خروجی نیز کوتاه میشود.تصویر زیر نمونه یک حلقه کوتاه از خروجی ترانسفورماتور به دیود پل و خازن فیلتر است.

کاهش جستجوی روی سطح، در طرح بندی مدار چاپی SMPS:

ابتدا باید روی سطح را بخش بندی کنیم.جدا کردن بخش های برد الکترونیکی در منبع تغذیه اهمیت دارد. بطور کلی یک منبع تغذیه سوئیچینگ می تواند یک سطح مشترک برای همه اجزا داشته باشد.ولی برای ساخت برد این مسئله فرق میکند.

برای طراحی برد الکترونیکی قسمت اول سطح قدرت و قسمت دوم سطح آنالوگ یا کنترل است. این دو سطح ارتباط یکسانی دارند. اما بین آنها تفاوت های زیادی وجود دارد. از سطح آنالوگ یا کنترل برای اجزای مرتبط با مدار درایور استفاده می شود. بخشی برای آنها بکار میرود که مسیر برگشت جریان کم ایجاد کند. اما برای سطح  قدرت  مسیر برگشت جریان بیشتر است.

در صورتی که برد الکترونیکی دو لایه باشد مشکلی نیست. از لایه ها میتوان به عنوان سطوح کنترل استفاده کرد. همه مدارهای کنترل باید درسطح مشترک درلایه بالایی متصل شوند. لایه پایین می تواند به عنوان سطح قدرت استفاده شود.همه اجزای پر سر و صدا باید از این صفحه زمین استفاده کنند. اما این دو سطح ارتباط یکسانی دارند.آنها از نظر شماتیک به هم پیوسته اند. جهت اتصال لایه های بالا و پایین ، می توان از vias برای اتصال هر دوسطح در یک مکان استفاده کرد.

نمونه ای از نکته مطرح شده:

در شکل زیر دقت کنید قسمت فوقانی درایور دارای همه خازنهای مربوط به فیلتر برق است.این خازن ها از سطحی به نام Power GND به طور جداگانه استفاده می کنند. ولی قسمت زیر آی سی درایور، همه اجزای مربوط به کنترل هستند. توسط کنترل جداگانه GND هر دو زمینه ارتباط یکسانی دارند. اما جداگانه ایجاد شده اند. سپس هر دو اتصال GND از طریق IC Driver به هم متصل شده اند.

استانداردهای IPC را رعایت کنید:

۱.از استاندارد طراحی IPC PCB و دستورالعمل ها و قوانین طراحی برد پیروی کنید.
۱.اگر طراح از استاندارد طراحی PCB پیروی کند، احتمال خطا وجود ندارد.
۲.توجه کنید،ضخامت قطعات مستقیماً بر دما و ظرفیت جابه جایی جریان تأثیر می گذارد.ضخامت اشتباه قطعات، باعث افزایش دما و جریان ضعیف میشود.
۵.فاصله بین دو ردیف اهمیت دارد. زیرا بتوانیم از اختلال جلوگیری کنیم. گاهی در برنامه ولتاژ بالا با جریان بالا آتش سوزی می شود.
۵.IPC-9592B فاصله پیشنهادی بین خطوط برق را در طراحی PCB مبتنی بر منبع تغذیه توصیف می کند.

اتصال کلوین برای Sense Line:

اتصال کلوین از پارامترهای مهم در طراحی برد منبع تغذیه است. این گزینه با افزایش دقت اندازه گیری بر توانایی برد تاثیرگذار است. یک برد کنترل منبع تغذیه همیشه به اندازه گیری احتیاج دارد. مانند سنجش جریان یا ولتاژ در مسیر.
باید اجزا به دقت بررسی شوند تا مسیرها تداخل نداشته باشند. اتصال کلوین به ما کمک میکند. مثلا اگر مسیر جریان یک جفت دیفرانسیل باشد. طول باید برای هر دو ردیف یکسان باشد.

برای شما در آینده فیلم طراحی برد منبع تغذیه را ارائه خواهیم داد.سایت شرکت ویتا را دنبال کنید.