Hướng dẫn Thiết kế và Mô phỏng Bộ lọc Nguồn cấp Điện Hoàn chỉnh

| Created: Tháng Sáu 29, 2021

Các Topology và Chiến lược Thiết kế Bộ Lọc Nguồn Cung Cấp

Một PCB cho nguồn điện có thể khó thiết kế như thiết bị mạng tốc độ cao và hệ thống nhúng phức tạp. Những thiết kế bảng mạch này cần phải tính đến một loạt các hành vi và yêu cầu an toàn, đặc biệt khi xử lý với điện áp cao và dòng điện đạt đến đầu ra của nguồn điện. Ngoài các tiêu chuẩn an toàn liên quan đến PCB nguồn điện, việc chọn lựa linh kiện là rất quan trọng để đảm bảo thiết kế có thể cung cấp công suất đầu ra mong muốn mà không gây ra tiếng ồn, rung và sinh nhiệt quá mức.

Với các công cụ CAD phù hợp và tính năng tìm kiếm linh kiện, việc tìm và thêm linh kiện vào thiết kế nguồn điện của bạn trở nên dễ dàng. Bạn có thể nhanh chóng tạo bố cục của mình trong khi đảm bảo thiết kế tuân thủ các tiêu chuẩn cơ bản của ngành về ESD, quản lý dòng điện và nhiệt, an toàn, và nhiều hơn nữa. Hãy tiếp tục đọc để xem một số hướng dẫn quan trọng về thiết kế PCB nguồn điện và cách bạn có thể đảm bảo

ALTIUM DESIGNER^®

Ứng dụng thiết kế và mô phỏng điện tử tốt nhất của ngành dành cho các nhà thiết kế nguồn điện chuyên nghiệp.

Bộ lọc là một mạch cực kỳ quan trọng với một chức năng đơn giản: loại bỏ một số nội dung tần số từ tín hiệu điện mong muốn. Là một yếu tố loại bỏ nhiễu và điều kiện nguồn điện trong nguồn cung cấp, các bộ lọc được sử dụng trong nguồn cung cấp thường là bộ lọc thông thấp được thiết kế để truyền dòng DC đến tải. Những bộ lọc này cũng có thể là các cuộn cảm loại bỏ nhiễu chung từ các dòng vào hoặc ra của nguồn cung cấp. Vì chúng quan trọng như vậy, các nhà thiết kế điện tử công suất cần có các công cụ mô phỏng và bố trí để giúp họ thiết kế, đánh giá và xây dựng bộ lọc cho nguồn cung cấp.

Các mạch bộ lọc là cơ bản cho việc kiểm soát nhiễu trong bất kỳ hệ thống điện tử nào, nhưng ngay cả các mạch bộ lọc đơn giản cũng cần được đánh giá về chức năng. Một số công cụ cơ bản mà các kỹ sư hệ thống điện cần cho thiết kế bộ lọc là:

Một tiện ích thiết kế mạch và tạo sơ đồ cho việc chọn lọc các thành phần bộ lọc và xây dựng thiết kế bộ lọc
Một gói mô phỏng SPICE tích hợp để đánh giá chức năng điện
Chức năng chụp sơ đồ tích hợp để nhập các dấu chân PCB vào bố cục mạch in trống
Tính năng tìm kiếm thành phần để giúp tìm kiếm các bộ phận và dữ liệu mua hàng từ các nhà phân phối lớn

Với bộ công cụ hoàn chỉnh này trong Altium Designer, thiết kế bộ lọc nguồn điện trở nên dễ dàng hơn và chỉ cần một ứng dụng duy nhất. Hãy tuân theo các hướng dẫn này cho thiết kế bộ lọc nguồn điện để đảm bảo thiết kế của bạn sẽ có tiếng ồn thấp và công suất mong muốn.

Topologies và Chiến lược Thiết kế Bộ Lọc Nguồn Điện

Mọi thiết kế bộ lọc đều bắt đầu bằng việc xem xét loại tiếng ồn cụ thể cần được loại bỏ khỏi hệ thống. Thiết kế nguồn điện cần xem xét 4 loại tiếng ồn chung cần được loại bỏ bằng mạch bộ lọc. Các nguồn tiếng ồn này và topologies bộ lọc được sử dụng để loại bỏ chúng được tóm tắt trong hình dưới đây:

Nguồn tiếng ồn	Chiến lược bộ lọc
Tiếng ồn EMI dẫn truyền rộng băng từ dây điện vào	Bộ lọc thông thấp và cuộn cảm chế độ chung trên đầu vào
EMI dẫn truyền đến giai đoạn đầu ra và truyền đến tải	Bộ lọc thông thấp và cuộn cảm chế độ chung trên đầu ra
Tiếng ồn chuyển mạch từ tín hiệu PWM	Bộ lọc thông thấp trên đầu ra
Phát xạ EMI từ các nguồn nhiễu cụ thể	Có thể yêu cầu bộ lọc thông dải trong trường hợp cực đoan

Từ bảng trên, chúng ta thấy rằng việc lọc nguồn điện thường liên quan đến bộ lọc thông thấp để loại bỏ nhiễu chế độ sai khác và một cuộn cảm chế độ chung để loại bỏ nhiễu chế độ chung. Topology cụ thể thường là một mạch LC, nhưng các bộ lọc chế độ sai khác có thể là bộ lọc hoạt động với op-amp trong trường hợp cần vòng hồi tiếp với khuếch đại.

Mô phỏng SPICE Tích hợp cho Thiết kế Bộ Lọc Nguồn Điện của Bạn

Mọi bộ lọc đều cần trải qua nhiều mô phỏng để đảm bảo nó cung cấp băng thông mong muốn, độ giảm dần, suy giảm và số cực. Quét tần số và hàm chuyển là các công cụ chính được sử dụng để đánh giá bộ lọc nguồn điện. Tuy nhiên, công suất đầu ra cũng cần được kiểm tra để đảm bảo bộ lọc sẽ không giảm công suất DC, do đó bộ lọc nguồn điện thường là mạch LC với điện trở bằng không. Topology bộ lọc nguồn điện của bạn có thể được mô phỏng kỹ lưỡng khi bạn có gói SPICE tích hợp trong công cụ thiết kế mạch và sơ đồ của mình.

Khi thiết kế bộ lọc, SPICE sẽ là công cụ tiêu chuẩn bạn sử dụng để đánh giá chức năng nguồn điện và công suất đầu ra.
Tìm hiểu thêm về mô phỏng SPICE cho thiết kế và đánh giá mạch.
Công cụ thiết kế mạch của bạn nên hỗ trợ bất kỳ cấu trúc điều chỉnh nguồn nào, cũng như các linh kiện tiêu chuẩn cần thiết để thực hiện cách ly vì mục đích an toàn trong nguồn cung cấp điện của bạn.
Tìm hiểu thêm về nguồn cung cấp điện cách ly tiêu chuẩn.
Linh kiện bạn chọn sẽ là yếu tố quyết định lớn đối với độ tin cậy và hành vi điện ổn định. Các mô phỏng SPICE của bạn nên xem xét việc lọc các nguồn nhiễu cụ thể và EMI rộng băng.
Tìm hiểu thêm về thiết kế và mô phỏng bộ lọc EMI trong Altium Designer.

Altium Designer bao gồm một trình mô phỏng SPICE mạnh mẽ với các tính năng quét tham số. Bạn có thể thực hiện các nhiệm vụ thiết kế quan trọng như xác định kích thước cuộn cảm phù hợp cho một bộ điều chỉnh chuyển mạch.

Tìm Linh Kiện của Bạn cho Thiết Kế Nguồn Cung Cấp PCB

Linh kiện nguồn cung cấp cần được chọn lựa cẩn thận để đảm bảo chức năng điện và độ tin cậy. Linh kiện nguồn cung cấp của bạn có thể được chọn trong phần mềm thiết kế PCB của bạn khi bạn có quyền truy cập tức thì vào chuỗi cung ứng điện tử thông qua thư viện linh kiện của bạn. Altium Designer cung cấp cho bạn quyền truy cập này vào chuỗi cung ứng điện tử thông qua bảng Tìm Kiếm Phần Linh Kiện của Nhà Sản Xuất, nơi bạn có thể tìm kiếm linh kiện theo nhà sản xuất, số phần, hoặc thông số kỹ thuật. Bạn có thể ngay lập tức thêm các bộ phận này vào BOM của mình và bắt đầu đặt chúng vào thiết kế của mình.

Tích hợp Bắt Sơ Đồ cho Mạch Nguồn Cung Cấp Điện của Bạn

Đừng tìm đến việc bổ sung các công cụ mô phỏng bên ngoài vào bộ công cụ thiết kế của bạn. Bạn có thể sử dụng động cơ SPICE trong Altium Designer để mô phỏng phân phối công suất trong các mạch điều chỉnh của bạn, và bạn có thể hình dung kết quả phân tích biến động quan trọng cho nguồn điện ra trong thiết kế của bạn. Sau khi đánh giá đầy đủ hành vi điện trong các mạch cung cấp điện của bạn, bạn có thể sử dụng công cụ chụp sơ đồ tích hợp để bắt đầu bố trí PCB của mình. Chỉ có Altium Designer mới có thể hướng dẫn bạn qua toàn bộ quy trình thiết kế nguồn cung cấp điện mà không cần bất kỳ chương trình thiết kế và mô phỏng bên ngoài nào.

Trình biên tập sơ đồ của bạn nên giúp bạn giữ tổ chức và làm cho việc nhập thiết kế của bạn vào bố trí bảng mạch mới với chụp sơ đồ tích hợp trở nên dễ dàng.
Tìm hiểu thêm về lợi ích của sơ đồ phân cấp trong phần mềm thiết kế PCB của bạn.
Sau khi bạn sử dụng chụp sơ đồ để nhập các thành phần của mình vào bố trí PCB trống, bạn sẽ cần tuân theo các tiêu chuẩn thiết kế quan trọng để đảm bảo bố trí bộ lọc nguồn cung cấp của bạn an toàn và đáng tin cậy.
Tìm hiểu thêm về thiết kế theo tiêu chuẩn IPC-2221 trong các thiết kế điện áp cao.
Bố trí PCB cho nguồn cung cấp của bạn nên kết hợp các thực hành DFM để đảm bảo bảng mạch của bạn có thể qua quá trình sản xuất với hiệu suất cao.
Tìm hiểu thêm về quy trình sản xuất PCB.

Altium Designer bao gồm mọi thứ cần thiết để đảm bảo an toàn và tuân thủ các tiêu chuẩn ngành.

Mọi Công Cụ Thiết Kế Bộ Lọc Nguồn Điện Bạn Cần

Altium Designer là phần mềm thiết kế hàng đầu trong ngành cho nguồn điện, hệ thống nhúng, sản phẩm RF, thiết bị di động, hệ thống máy tính tốc độ cao, và nhiều hơn nữa. Khi bạn sử dụng Altium Designer, bạn sẽ có quyền truy cập vào mọi công cụ bạn cần cho thiết kế nguồn điện trong một giao diện thân thiện với người dùng.

Lợi thế lớn nhất của Altium Designer so với các ứng dụng ECAD khác là bộ công cụ tích hợp của nó. Mọi thứ cần thiết để thiết kế điện tử công suất và PCB cho các điện tử tiên tiến khác đều được bao gồm trong một ứng dụng duy nhất. Tốt nhất của tất cả, bạn sẽ luôn duy trì được năng suất nhờ vào động cơ thiết kế dựa trên quy tắc và giao diện người dùng được tối ưu hóa.

Giữ Năng Suất Với Phần Mềm Thiết Kế PCB Dựa Trên Quy Tắc

Tất cả các tính năng thiết kế PCB trong Altium Designer đều được xây dựng để làm việc cùng nhau và giúp đảm bảo bo mạch của bạn tuân thủ các tiêu chuẩn quan trọng của ngành. Bất kỳ tiêu chuẩn chức năng và an toàn nào quan trọng đối với thiết kế của bạn đều có thể được định nghĩa là quy tắc thiết kế, và thiết kế của bạn sẽ được kiểm tra dựa trên các quy tắc thiết kế của bạn khi bạn tạo bo mạch. Không có ứng dụng thiết kế PCB nào khác giúp bạn duy trì năng suất này và xây dựng các thiết kế nguồn điện hiệu quả cao như vậy.

Khi bạn cần sử dụng các tính năng thiết kế tốt nhất cho thiết kế và phân tích bộ lọc, hãy tìm đến Altium Designer, nhà lãnh đạo ngành trong thiết kế và sản xuất PCB.
Tìm hiểu thêm về Altium Designer.
Thiết kế và mô phỏng bộ lọc trở nên dễ dàng với bộ đầy đủ các tính năng thiết kế mạch và mô phỏng trong Altium Designer.
Xem bộ đầy đủ công cụ thiết kế PCB của Altium Designer trong hành động.
Nền tảng Altium 365 làm cho việc chia sẻ dữ liệu dự án và hợp tác với các nhà thiết kế khác thông qua một nền tảng đám mây quản lý trở nên đơn giản.
Tìm hiểu thêm về việc chia sẻ dữ liệu dự án PCB của bạn với Altium 365.

Xây dựng và mô phỏng một bộ lọc nguồn cung cấp điện cho các bộ chuyển đổi điện năng tiên tiến trong Altium Designer.

Altium Designer cung cấp cho bạn quyền truy cập vào một bộ đầy đủ các công cụ thiết kế PCB giúp bạn tạo ra các thiết kế nguồn cung cấp điện hiệu quả và an toàn cao. Quên việc sử dụng nhiều chương trình cho thiết kế, bố trí và mô phỏng, hãy sử dụng bộ công cụ thiết kế PCB tốt nhất của ngành trong một ứng dụng mạnh mẽ.

Altium Designer trên Altium 365 mang lại một lượng tích hợp chưa từng có cho ngành công nghiệp điện tử cho đến nay, chỉ giới hạn trong thế giới phát triển phần mềm, cho phép các nhà thiết kế làm việc từ xa và đạt được mức độ hiệu quả chưa từng có.

Chúng tôi mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bạn có thể xem trang sản phẩm để biết mô tả tính năng chi tiết hơn hoặc một trong những Webinar Theo Yêu Cầu.

What is Schematic Capture? How to Create a PCB Schematic Convert a Schematic to a PCB Layout Schematic Capture in Altium Designer

About Author

Zachariah Peterson has an extensive technical background in academia and industry. He currently provides research, design, and marketing services to companies in the electronics industry. Prior to working in the PCB industry, he taught at Portland State University and conducted research on random laser theory, materials, and stability. His background in scientific research spans topics in nanoparticle lasers, electronic and optoelectronic semiconductor devices, environmental sensors, and stochastics. His work has been published in over a dozen peer-reviewed journals and conference proceedings, and he has written 2500+ technical articles on PCB design for a number of companies. He is a member of IEEE Photonics Society, IEEE Electronics Packaging Society, American Physical Society, and the Printed Circuit Engineering Association (PCEA). He previously served as a voting member on the INCITS Quantum Computing Technical Advisory Committee working on technical standards for quantum electronics, and he currently serves on the IEEE P3186 Working Group focused on Port Interface Representing Photonic Signals Using SPICE-class Circuit Simulators.