Leiterplattentechnisch - 3W Prinzip, 20h Prinzip und 55 Prinzip im PCB Design

Schaltregler zur Spannungsumwandlung verwenden Induktoren zur vorübergehenden Speicherung von Energie. Diese Induktivitäten sind in der Regel sehr groß und müssen in der Leiterplatte (PCB) layout of the switching regulator. Der Strom ändert sich nicht sofort, aber es ist nicht schwierig, die Induktivität durch. Änderungen können nur kontinuierlich sein, normalerweise relativ langsam.

Der Schaltregler schaltet den Strom zwischen zwei verschiedenen Pfaden hin und her. Die Schaltgeschwindigkeit hängt von der Dauer der Kante ab. Der Schaltkreis, durch den Schaltstrom fließt, wird Wärmeschleife oder Wechselstrompfad genannt, der Strom in einem Schaltzustand leitet und Strom in einem anderen Schaltzustand nicht leitet. Im PCB-Layout sollte der thermische Schaltungsbereich klein und der Pfad kurz sein, um die parasitäre Induktivität in diesen Leiterbahnen zu reduzieren. Parasitische Leitungsinduktivitäten erzeugen nutzlose Spannungsungleichgewichte und verursachen elektromagnetische Störungen (EMI).

Schaltregler für Step-Down-Schaltung (mit kritischem Wärmekreis wie in gepunkteter Linie dargestellt)

Abbildung 1 zeigt einen Abstiegsregler mit dem wichtigsten Wärmekreis als gestrichelte Linie. Es ist zu sehen, dass Spule L1 nicht Teil des thermischen Kreislaufs ist. Daher kann davon ausgegangen werden, dass die Position der Induktivität nicht wichtig ist. Daher ist die Position des Sekundärkreises die richtige Position der Induktivität. Allerdings sollten einige Regeln befolgt werden.

Empfindliche Steuerverdrahtungen dürfen nicht unter dem Induktor (nicht auf oder unter der Leiterplattenoberfläche), in der inneren Schicht oder auf der Rückseite der Leiterplatte platziert werden. Beeinflusst durch den Stromfluss erzeugt die Spule ein Magnetfeld, das das schwache Signal im Signalweg beeinflusst. Bei Schaltreglern ist ein Schlüsselsignalpfad der Rückkopplungspfad, der die Ausgangsspannung mit dem Schaltregler IC oder Widerstandsteiler verbindet.

Es ist auch zu beachten, dass die tatsächliche Spule sowohl kapazitive als auch induktive Effekte hat. Die Spulenwicklungen sind direkt mit dem Schaltknoten des Abstiegsschaltreglers verbunden, wie in Abbildung 1 gezeigt. Dadurch ändert sich die Spannung in der Spule so stark und schnell wie die Spannung am Schaltknoten. Aufgrund der kurzen Schaltzeit und der hohen Eingangsspannung in der Schaltung wird es erheblichen Kopplungseffekt auf andere Pfade auf der Leiterplatte geben. Daher sollte die empfindliche Verkabelung von der Spule entfernt sein.

Beispielschaltung des adp2360 Step Down Wandlers mit Spulenposition

Abbildung 2 zeigt ein Beispiel Layout von adp2360. In dieser Abbildung, Die wichtige Roadmap zur Wärmerückgabe in Abbildung 1 ist grün. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, Der gelbe Rückkopplungspfad hat einen gewissen Abstand zur Offline-Schleife L1. Es befindet sich in der inneren Schicht von PCB.

Einige Schaltungsdesigner wollen nicht einmal Kupfer in der Leiterplatte unter der Spule. Zum Beispiel bieten sie einen Ausschnitt unterhalb der Induktivität, sogar in der Grundebene. Ziel ist es, Wirbelstrom in der Erdungsebene unter der Spule durch das Spulenmagnetfeld zu verhindern. Es gibt keinen Fehler in dieser Methode, aber es wird auch argumentiert, dass die Erdungsebene konsistent sein und nicht unterbrochen werden sollte

1. Die für die Abschirmung verwendete Bodenebene ist ohne Unterbrechung wirksam.

2. Je mehr Kupfer in PCB, desto bessere Wärmeableitung.

3. Selbst wenn Wirbelstrom erzeugt wird, können diese Ströme nur lokal fließen, verursachen wenig Verluste und beeinträchtigen kaum die Funktion der Erdungsebene.

Daher ist vereinbart, dass die Erdungsebene auch unter der Spule intakt bleibt.

Zusammenfassend können wir schließen, dass, obwohl die Spule des Schaltreglers nicht Teil der kritischen thermischen Schleife ist, es ratsam ist, keine empfindliche Steuerverdrahtung unter oder in der Nähe der Spule zu platzieren. Verschiedene Ebenen auf einer Leiterplatte sind zum Beispiel eine Masseebene oder eine VDD-Ebene (Versorgungsspannung kann kontinuierlich ohne Schnitte aufgebaut werden.