PCB-Neuigkeiten - Einige SMPS PCB Layout Tipps und Lärm und Hitze Probleme

Ob AC-DC-Wandlung oder DC-DC-Wandlung, Schaltnetzteile sind in Hochspannungsaufbauten üblich und müssen sorgfältig konstruiert werden. Obwohl das System sehr verbreitet ist, ist es aufgrund der schnellen Änderungen von Spannung und Strom während des Schaltens anfällig für EMI-Strahlung. Designer sind selten in der Lage, vorhandene Designs auf neue Systeme anzuwenden, da kleine Änderungen in einem Bereich zu EMI-Problemen führen können, die schwer zu diagnostizieren sind.

Mit der richtigen Leiterplattenlayout Auswahl und Verdrahtung, Rauschen kann verhindert werden, dass es zu einem großen Problem am SMPS-Ausgang wird. Niederspannungsumwandler können als IC mit verschiedenen Formfaktoren erworben werden, Hochspannungsumwandler müssen jedoch aus diskreten Komponenten auf dedizierten Platinen hergestellt werden. Hier sind einige wichtige SMPSLeiterplattenlayout Tipps, die Ihnen helfen, Komponenten kühl zu halten und Lärmprobleme in Ihrem System zu vermeiden.

Geräusch- und Wärmeprobleme im SMPS PCB Layout

Es gibt keine Lösung: Jeder SMPS erzeugt aufgrund der Schaltwirkung des Transistortreibers moderate Hochfrequenzrauschen. In der Tat wandeln Sie niederfrequente Wellen (das heißt, die von einem Vollwellengleichrichter während der AC-DC-Umwandlung erzeugt werden) in hochfrequente Schaltgeräusche um. Obwohl diese Umwandlung einen stabileren DC-Ausgang erzeugt, gibt es immer noch zwei wichtige Rauschquellen:

Direktes Schaltgeräusch von Schaltelementen.

Vorübergehende Geräusche an anderer Stelle des Systems.

Rauschen erscheint am Ausgang der SMPS-Einheit in Form von Leitungsrausch und Strahlungsrausch. Obwohl die Ursache jedes Problems schwer zu diagnostizieren ist, können zwei Arten von Lärm leicht unterschieden werden. Weitere Designherausforderungen im SMPSPCB-Layout sind die auf der Platine erzeugte Wärme. Obwohl dies durch die Wahl der richtigen PWM-Frequenz, des Betriebszyklus und der Anstiegszeit beeinflusst werden kann, müssen Sie dennoch die richtige Wärmemanagementstrategie auf dem Board anwenden. Mit diesen beiden Herausforderungen im Hinterkopf werfen wir einen Blick auf einige der Details, die im LAYOUT von SMPSPCB zu beachten sind.

Thermisches Management

Idealerweise wird SMPS Nullleistung ableiten, obwohl dies eigentlich nicht geschieht. Ihr Schalttransistor (und der Eingangstransformator für die AC-DC-Umwandlung) wird den größten Teil der Wärme ableiten. Selbst wenn der Wirkungsgrad in einer Schaltnetzteil-Topologie 90% erreichen kann, können Leistungs-MOSFets beim Schalten immer noch viel Wärme abgeben. Eine gängige Praxis ist hier, den Heizkörper auf die Schlüsselschalter-Baugruppe zu setzen. Stellen Sie sicher, dass Sie sie wieder an die Bodenformation anschließen, um neue EMI zu verhindern.

In Hochspannungs-/Hochstromnetzteilen können diese Heizkörper recht groß sein. Sie können Lüfter im Chassis installieren, um die Wärmeableitungsfähigkeit des Systems zu verbessern. Achten Sie auch darauf, bewährte Verfahren für die Stromversorgung des Lüfters zu befolgen, um neue EMI-Probleme zu vermeiden.

Einige SMPSPCB Layout Tipps

Ihr Stapel

Ihr Layout wird zum Teil beim Wärmemanagement helfen, aber dies ist eine größere Determinante der EMI-Empfindlichkeit. Im Allgemeinen wird das geleitete Rauschen durch den Einsatz von EMI-Filtern an Ein- und Ausgangsschaltungen behandelt. Wie viele EMI-Probleme in Hochgeschwindigkeits-/Hochfrequenzsystemen wird Ihr Stack eine wichtige Determinante für die Widerstandsfähigkeit gegen abgestrahlte EMI sein.

Der Korrelationsfrequenzbereich des SMPS-Betriebs ist? 10-KHZ an? 1MHz, so dass das abgestrahlte EMI das induzierte Rauschen wahrnimmt. Daher möchten Sie die Erdungsschicht direkt unter der Oberflächenschicht mit allen Leistungskomponenten platzieren. Dies stellt eine niedrige Schleifeninduktivität für die Oberflächenschaltung sicher. Jedes induzierte Rauschsignal, das an den Ausgang weitergegeben wird, wird normalerweise durch Filtern am Ausgang eliminiert.

Das vorübergehende Klingeln

Transienten sind ein schwierigeres Problem, da sie mit Ihrer Laminierung, Verdrahtung, Vorhandensein von Löchern und übermäßiger Entkopplung/Impedanz zusammenhängen. Wie im Hochgeschwindigkeitsdesign sollten Sie kein Kupfer, das ein Schaltsignal trägt, in den Erdspalt leiten, da dies eine bestimmte Antennenstruktur bildet, die während Transienten stark ausstrahlt. Diese Transienten sind in der Regel hochfrequent (irgendwo von 10 bis 100 MHZ).

Das Problem des transienten Klingelns ist ein Impedanzmanagementproblem. Hohe Impedanz führt zu einer starken Spannungswelligkeit. Die Bauteile müssen mit dem richtigen Pad-Muster platziert werden, um die Impedanz im PDN der Platine zu verringern.