Uno schema di PCB (Printed Circuit Board) è la rappresentazione logica e visiva di un circuito. È il primo passo nel processo di progettazione del prodotto elettronico. In passato, i progettisti disegnavano a mano gli schemi su carta. Oggi, utilizzano strumenti di progettazione PCB specializzati, come M-CAD e E-CAD, per semplificare il processo di progettazione. Seguire le linee guida standard per gli schemi è essenziale per ottenere un progetto ben strutturato e privo di errori.
Esempio 1: Schema del circuito di riscaldamento PCB
Panoramica del progetto
In questo progetto, il circuito funge da sistema di riscaldamento per il PCB per mantenere la sua temperatura al di sopra del limite operativo minimo del dispositivo, in particolare a basse temperature. Poiché non è richiesto un controllo preciso della temperatura, il progetto utilizza un partitore di tensione composto da una resistenza e un termistore NTC per controllare un MOSFET o un transistor. Quando la temperatura scende al di sotto di una soglia impostata, la tensione sul partitore aumenta, attivando il circuito di riscaldamento. Quando la temperatura aumenta di nuovo, la tensione diminuisce, spegnendo il circuito.
Spiegazione del progetto
Utilizziamo un package SOT-23 comune per il transistor e il MOSFET. I MOSFET supportano generalmente correnti di conduzione più elevate rispetto ai transistor nello stesso package, quindi abbiamo selezionato il MOSFET LN2302BLT1G da LRC. Il termistore NTC scelto è il comunemente usato NCP15WF104F03RC. Per gli elementi riscaldanti, utilizziamo una resistenza da 10 Ω in package 1210, controllando la potenza totale a 2,5 W.
Nello schema, il segnale THERM_PCB è un ingresso analogico inviato all’ADC del microcontrollore per il monitoraggio della temperatura del PCB. Il segnale HEATER_EN si connette a un pin di I/O del microcontrollore. Il pin è impostato a impedenza alta, ma se il circuito di riscaldamento si guasta, l’I/O può portare il segnale a un livello alto per spegnere il MOSFET come misura di sicurezza.
Esempio 2: Schema del circuito driver del motore a ponte H
Panoramica del progetto
Un driver del motore a ponte H gestisce l’alimentazione e i segnali di controllo per un motore, consentendo la rotazione bidirezionale del motore. Il driver del motore L293D è disponibile in un package PDIP a 16 pin, offrendo una protezione ESD interna, un’elevata immunità al rumore e un’ampia gamma di tensioni operative da 4,5 V a 36 V.
Spiegazione del progetto
Il circuito driver del motore a ponte H che utilizza l’L293D è semplice e richiede solo quattro diodi esterni. Il circuito pilota due motori con due segnali di ingresso che controllano due motori separati. I segnali di ingresso del motore 1 vengono applicati ai pin 1A e 2A, mentre le uscite sono dai pin 1Y e 2Y. Allo stesso modo, i segnali di ingresso del motore 2 vengono applicati ai pin 3A e 4A, con uscite dai pin 3Y e 4Y. I diodi D1-D4 proteggono i motori dai picchi di tensione inversa.
Dettagli del componente driver L293D
L’L293D è un driver half-H ad alta corrente in grado di fornire fino a 600 mA di corrente di pilotaggio bidirezionale. Può controllare carichi induttivi, come motori, relè, solenoidi e motori passo-passo bipolari.
Esempio 3: Schema del circuito di alimentazione a commutazione
Panoramica del progetto
Un alimentatore a commutazione, noto anche come alimentatore a modalità di commutazione (SMPS), è un dispositivo di conversione di potenza ad alta frequenza. Il suo scopo è convertire la tensione da un livello a un altro in base alle esigenze dell’utente finale, utilizzando diverse architetture di circuiti.
Spiegazione del progetto
Il circuito è progettato per oscillare tra 30 kHz e 45 kHz, regolato regolando il condensatore C3 e la resistenza R5. La tensione di uscita deve rimanere stabile, con una corrente di uscita massima di 500 mA. L’alimentatore fornisce 8 W di potenza effettiva con un’efficienza dell’87%.
Strumenti EDA moderni per la creazione di schemi
Oggi, i progettisti si affidano a numerosi strumenti EDA (Electronic Design Automation) come LCEDA, Altium, Allegro, Pads, KiCad, TinyCAD ed ExpressPCB. Questi strumenti aiutano a garantire che gli schemi PCB siano privi di errori monitorando continuamente i problemi di logica e connettività. Rispettare le regole di progettazione standard è fondamentale per rendere il circuito leggibile dalla macchina.
Conclusione
La progettazione dello schema elettrico di un PCB è una fase critica in qualsiasi progetto elettronico. Seguendo le linee guida standard e utilizzando strumenti di progettazione moderni, i progettisti possono creare circuiti affidabili ed efficienti. Gli esempi forniti qui illustrano la diversità e l’applicazione di vari tipi di circuiti, da semplici circuiti di riscaldamento a driver di motori e alimentatori.
