Leiterplattentechnisch - Leiterplattenlayout des Schaltnetzteils

Eine gute Leiterplattenlayout Design kann die Effizienz optimieren, Verringerung der thermischen Belastung, und minimieren das Rauschen und die Wirkung zwischen Leiterbahnen und Komponenten. All dies beruht auf dem Verständnis des Konstrukteurs für den Stromleitungsweg und den Signalfluss in der Stromversorgung.

Wenn ein Prototyp Power Board zum ersten Mal eingeschaltet wird, ist der beste Fall, dass es nicht nur funktioniert, sondern auch leise ist und wenig Wärme hat. Diese Situation ist jedoch selten.

Ein häufiges Problem beim Schalten von Netzteilen sind "instabile" Schaltwellenformen. Manchmal ist der Wellenformjitter im Tonband, und die magnetischen Komponenten produzieren Audiorauschen. Wenn das Problem im Layout der Leiterplatte liegt, kann es schwierig sein, die Ursache zu finden. Daher ist das richtige Leiterplattenlayout in der Anfangsphase des Schaltnetzwerkdesigns sehr kritisch.

Der Stromversorgungsentwickler muss ein gutes Verständnis für die technischen Details und die funktionalen Anforderungen des Endprodukts haben. Daher sollte der Netzteildesigner von Anfang an eng mit dem PCB-Layoutdesigner am Schlüsselnetzteil-Layout zusammenarbeiten.

Ein gutes Layout-Design kann die Energieeffizienz optimieren und thermische Belastungen reduzieren; Noch wichtiger ist, dass es Geräusche und die Interaktion zwischen Leiterbahnen und Komponenten minimiert. Um diese Ziele zu erreichen, muss der Konstrukteur den aktuellen Leitungsweg und den Signalfluss innerhalb des Schaltnetzteils verstehen. Um die korrekte Auslegung von nicht isolierten Schaltnetzteilen zu realisieren, müssen folgende Gestaltungselemente beachtet werden.

Layoutplanung

Für die eingebettete DC/DC-Stromversorgung auf einer großen Leiterplatte ist es notwendig, die Leistung nahe dem Lastgerät zu machen und die Verbindungsimpedanz und -leitung auf der Leiterplattenführung zu minimieren, um die beste Spannungsregelung, Lasttransienzantwort und Systemeffizienz zu erhalten. Druckabfall. Stellen Sie sicher, dass es einen guten Luftstrom gibt, um thermische Belastungen zu begrenzen; Wenn Zwangsluftkühlungsmaßnahmen eingesetzt werden können, sollte die Stromversorgung in der Nähe des Lüfters liegen.

Darüber hinaus dürfen große passive Komponenten (wie Induktoren und Elektrolytkondensatoren) den Luftstrom durch niedrig angebrachte Halbleiterkomponenten wie LeistungsMOSFETs oder PWM-Regler nicht blockieren. Um zu verhindern, dass Schaltgeräusche die analogen Signale im System stören, sollten Sie möglichst keine empfindlichen Signalleitungen unter das Netzteil legen. Andernfalls müssen Sie eine interne Masseschicht zwischen der Leistungsschicht und der kleinen Signalschicht zur Abschirmung platzieren.

Entscheidend ist die Planung der Lage der Stromversorgung und des Platzbedarfs an Leiterplatten bereits in den frühen Planungs- und Planungsphasen der Anlage. Manchmal ignorieren Designer diesen Rat und konzentrieren sich auf die "wichtigeren" oder "spannenderen" Schaltungen auf der großen Systemplatine. Das Energiemanagement wird als nachträglicher Gedanke betrachtet, und die Energie wird auf dem zusätzlichen Platz auf der Leiterplatte platziert. Dieser Ansatz ist sehr nachteilig für eine hocheffiziente und zuverlässige Stromversorgung.

Bei Mehrschichtplatinen besteht eine gute Methode darin, eine Gleichstrom-Masseschicht oder Gleichstrom-Eingangs-/Ausgangsspannungsschicht zwischen der Hochstromkomponentenschicht und der empfindlichen kleinen Signalspurenschicht zu platzieren. Die Erdungsschicht oder Gleichspannungsschicht bietet eine AC-Erdungsschicht, die kleine Signalbahnen abschirmt, um Störungen durch rauscharme Stromleitungen und Leistungskomponenten zu verhindern.

In der Regel, weder die Erdungsebene noch die Gleichspannungsebene eines Mehrschichtige Leiterplatte sollte getrennt werden. Wenn diese Trennung unvermeidbar ist, Versuchen Sie, die Anzahl und Länge der Spuren auf diesen Schichten zu reduzieren, und das Layout der Spuren sollte in der gleichen Richtung wie der hohe Strom gehalten werden, um den Einfluss zu minimieren.

Layout der Leistungsstufe

Der Schaltnetzteil kann in zwei Teile unterteilt werden: die Leistungsstufenschaltung und die kleine Signalsteuerung Leiterplattenschaltung. Die Leistungsstufenschaltung enthält Komponenten zur Übertragung großer Ströme. Allgemein, Diese Komponenten sollten zuerst platziert werden, und dann Kleinsignal-Steuerkreise sollten an bestimmten Punkten im Layout platziert werden.

Hochstrom-Leiterbahnen sollten kurz und breit sein, um die Induktivität, den Widerstand und den Spannungsabfall der Leiterplatte zu minimieren. Für Leiterbahnen mit hohen Di/dt-Pulsströmen ist dieser Aspekt besonders wichtig.