Elektronisches Design - Schritte der Konfiguration des Leiterplattendesigns des Step-Down-Konverters

Wenn Schaltnetzteile (SMPSs) Leistung und Stabilität ausbalancieren wollen, ist die PCB-Konfiguration besonders wichtig, wird aber oft übersehen. Wenn die Konfiguration falsch ist, verursacht dies verschiedene Probleme, wie schlechte Ausgangsspannungsregelung und Schalten anormal oder sogar Geräteausfall. Da das PCB-Design während des Reparaturprozesses oft angepasst wird, sollten solche Probleme so weit wie möglich vermieden werden. Wenn Sie jedoch Zeit damit verbringen können, über den Konfigurationsprozess nachzudenken, bevor Sie die Leiterplatte bestellen, können diese Mängel leicht behoben werden. In diesem Artikel werden fünf einfache Schritte vorgestellt, mit denen Sie schnell einen Produktionsprototyp vorbereiten können, wenn Sie das nächste Mal die PCB-Design-Konfiguration des Buck-Konverters entwerfen.

Wenn Sie beim Design von Servern, Tablets und elektronischen Terminals das Risiko minimieren möchten, ist es am besten, die PCB-Design-Konfigurationsbeispiele direkt in das Evaluierungsmodul oder das Produkthandbuch zu kopieren, aber viele Gründe schaffen Widerstand. Dieser Artikel beschreibt die Leiterplatte Die fünf Schritte der Designkonfiguration sind auf jeden Buck-Konverter mit eingebautem Schalter von TPS62xxx anwendbar. Die internen MOSFETs und die eingebaute Schleifenkompensationsschaltung können die Schwierigkeit und die Zeit reduzieren, die für PCB-Design und -Konfiguration erforderlich ist, wodurch das PCB-Design und die Konfiguration im Gerät erheblich vereinfacht werden.

Schritt 1: Einstellen und Anschließen des Eingangskondensators

Damit ein Buck-Konverter stabil arbeitet, ist der Eingangskondensator die wichtigste Einzelkomponente. Daher sollte die Anordnungssequenz nur nach dem Chip zweitrangig sein, und der Kondensator und Chip sollten sofort angeschlossen werden, um Hindernisse im Weg zu vermeiden, da V= L*dI/dt Das Schalten der Stromversorgung und der geerdeten Eingangskondensatorenklemme zusätzliche parasitäre Induktivität erzeugt, und der übermäßige Spannungsstoß zwischen den PVIN- und PGND-Anschlüssen des Chips kann zu einer Fehlfunktion des Chips führen.

Schritt 2: Induktor und SW-Knotenpuffer einrichten und anschließen

Auch die Konfiguration und Anbindung der Induktivität und des SW-Knotenpuffers (falls nötig) sind sehr wichtig. Manchmal wird eine Pufferschaltung in der Leiterplatte benötigt. Durch die Verlangsamung der Auf- und Fallzeit des SW-Knotens wird die elektromagnetische Störung des SMPS reduziert, aber es erhöht auch den Schaltverlust und verringert die Wirksamkeit. Die Anstiegs- und Fallzeit der SW-Knotenspannung von der Eingangsspannung zur Masse ist sehr kurz, und es ist auch die Hauptquelle für elektromagnetische Störungen von SMPS. Moderne SMPS enthalten in der Regel Technologie, um elektromagnetische Störungen zu reduzieren. Zum Beispiel wird zu diesem Zeitpunkt in der PCB-Design-Konfiguration der Widerstand-/Kondensator-Puffer (RC) eingestellt. Stellen Sie die kürzeste Verbindung zwischen SW- und PGND-Pins her und minimieren Sie parasitäre Induktivität

Schritt 3: Setzen und verbinden Sie den Ausgangskondensator und den VOS-Pin

Der Ausgangskondensator ist das letzte Element beim Anschluss von Leistungskomponenten (interner MOSFET, Eingangskondensator, Ausgangskondensator, Induktor und optionaler Puffer). Dies ist die letzte Komponente des Systems, die mit dem Stromerdanschluss verbunden ist, um den Abstand zwischen der Induktion und der Stromerde zu verkürzen und den Ausgang zu verkürzen. Wenn der Kondensator nicht richtig konfiguriert ist, verursacht dies oft eine schlechte Ausgangsspannungsregelung.

Der VOS-Eingangspin ist der wichtigste kleine Signalanschluss. Wenn es nicht richtig gehandhabt wird oder es zu viel Rauschen gibt, kann es zu schlechter Ausgangsspannungsregelung, Schaltsprüngen und sogar Chipausfall führen. Nach der Verdrahtung ist der VOS-Pin von großer Bedeutung. Für andere Signalleitungen sollte der VOS-Pin kurz sein und direkt an den Ausgangskondensator angeschlossen werden. Da das TPS62130A Pins hat, können zwei Durchgänge und dedizierte Leiterbahnen verwendet werden, um den VOS-Pin und den Ausgangskondensator zu verbinden, so dass es besser ist als andere in der Schaltung. Leistungskomponenten.

Schritt 4: Kleine Signalkomponenten einrichten und anschließen

Analoge und digitale Komponenten können als kleine Signalkomponenten bezeichnet werden, solange sie nicht direkt mit der Leistungsumwandlung zusammenhängen, wie FB-Pin-Spannungsteiler, Soft-Start-Kondensator und alle kleinen Wert-Entkopplungskondensatoren (wie 0,1 µF), verglichen mit Netzteilkomponenten und ihre Knoten erzeugen Rauschen. Analoge Kleinsignalkomponenten sind sehr empfindlich gegenüber Rauschen. Lassen Sie jede Komponente in der Nähe des Chips und verwenden Sie einen direkten und kurzen Weg, um die Geräuschempfindlichkeit zu reduzieren.

Die Größe des FB-Knotens sollte so weit wie möglich reduziert werden, um die Rauschaufnahme zu reduzieren und eine gute Ausgangsspannungsregelung bereitzustellen; Verwenden Sie übliche analoge oder leise Erdung und platzieren Sie alle Komponenten auf der gleichen Seite der Leiterplatte, um die Verbindungsschwierigkeiten zu verringern. Wenn die kleinen Signalkomponenten nicht ordnungsgemäß eingerichtet sind, gehören häufig schlechte Ausgangsspannungsregelung, instabiler Softstart und Gerätebetriebsprobleme.

Schritt 5: Machen Sie einen einzelnen Punkt Masse und verbinden Sie ihn mit anderen Teilen des Systems

Das Erdungsdesign muss sich auf die Empfehlungen in der Produktanleitung beziehen. Das bedeutet, dass die rauschenden Leistungskomponenten mit einer Erdung versehen sind und die leiseren kleinen Signalkomponenten auch mit einer Erdung versehen sind. Wenn die oben genannten Vorschläge und Schritte befolgt werden, wurden die entsprechenden Einstellungen abgeschlossen. Als nächstes schneiden sich die beiden Erdungen an derselben Stelle, normalerweise auf dem Kühlkörper unter dem Chip, und der Kühlkörper sollte ebenfalls geerdet werden.

Nachdem das Erdungsdesign abgeschlossen ist, muss diese Schaltung mit anderen Teilen des Systems verbunden werden, z. B. durch Durchgangslöcher, da die Eingangsspannung, Ausgangsspannung und Masse im Allgemeinen mit der Ebene der internen Leiterplattenschicht verbunden sind, und dann zu jeder Schaltung, ist das Durchgangsloch von der Erde. Am Anfang ist es am besten, es direkt unter dem Chip einzustellen. Dann kann der Kühlkörper Wärme auf die PCB-Schicht übertragen, um die beste thermische Leistung des Chips zu erzielen.

Durchgangslöcher befinden sich im Allgemeinen an den Erdungsklemmen von Ein- und Ausgangskondensatoren. Es wird generell nicht empfohlen, durch Bohrungen in der Systembodenebene geräuscharm geerdeter Bauteile zu setzen, da dies zu Rauschen der Erdungsebene im Netzwerk führen kann. Am besten schließen Sie diese Erdungen direkt an AGND an. Der Stift dient als einziger Anschlusspunkt für das Thermopad.

Besondere Erwägungen

Bitte denken Sie daran, die Geräteanleitung zu lesen, um die spezifischen empfohlenen Konfigurationen und Beispiele zu verstehen. Für die meisten Gerätekonfigurationen reichen die Beschreibungen und Beispiele aus. In Wafer Chip Level Packaging (WCSP) wie TPS62360 können gelegentlich verwirrende Konfigurationen auftreten. In vielen WCSP Buck Konvertern setzt der Chip Pin den SW Pin zwischen die VIN und PGND Pins. Wenn Sie dem ersten Schritt folgen, blockiert der Eingangskondensator die SW-Verbindung, sofern der SW-Pin nicht von unterhalb des Eingangskondensators umgeleitet wird. Füße, einige Designer lehnen diesen Ansatz ab,

Denn die Leiterbahn muss ziemlich dünn sein, um zwischen den Anschlüssen kleiner Bauteile wie Eingangskondensatoren zu verbinden.

Wenn diese Spur nicht hergestellt werden kann, kann ein Durchgangsloch verwendet werden, um den SW-Pin und die Induktivität zu verbinden. Obwohl diese Durchgangsbohrung und eine längere Verbindung zusätzliche elektromagnetische Störungen verursachen, da die parasitäre Induktivität in Reihe mit anderen Induktivitäten geschaltet wird, hat diese Durchgangsbohrung wenig Wirkung. Im Vergleich zur idealen Position der Bewegung des Eingangskondensators wird empfohlen, in diesem Pfad ein Durchgangsloch zu verwenden.

Abschließend

Bei der Gestaltung des PCB-Designs und der Konfiguration von SMPS beachten Sie bitte die Beispiele und Vorschläge im Gerätehandbuch und Evaluierungsmodul. Wenn es unmöglich ist, vollständig zu kopieren oder es keine Referenzgrundlage gibt, können Sie fünf einfache Schritte ausführen, um einen hochwertigen Buck-Konverter zu erstellen:

1. Stellen Sie den Eingangskondensator ein und schließen Sie ihn an;

2. Richten Sie den Induktor und den SW-Knotenpuffer ein und schließen Sie ihn an;

3. Stellen Sie den Ausgangskondensator und den VOS-Pin ein und schließen Sie ihn an;

4. Richten Sie kleine Signalkomponenten ein und schließen Sie sie an;

5. Machen Sie einen einzelnen Punkt Masse und verbinden Sie ihn mit anderen Teilen des Systems.

Wenn Sie die oben genannten Schritte befolgen, bietet es ein solides Design und überlegene Leistung für Systeme, die Step-Down-Konverter verwenden, wie Server, Tablets und elektronische Endgeräte.