Leiterplattentechnisch - Nicht isoliertes Schaltnetzteil PCB Layout

Ein häufiges Problem mit Schaltnetzteilen ist "instabile" Schaltwellenformen. Manchmal, Der Jitter befindet sich im Soundbereich und die magnetische Komponente erzeugt Audiorauschen. Wenn das Problem im Layout der Leiterplatte liegt, Es kann schwierig sein, die Ursache zu finden. Die richtige Leiterplattenlayout in der Anfangsphase des Schaltnetzwerks Design ist sehr kritisch.

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

2. 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 flache oberflächenmontierte 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 Leiterbahnen sollte in der gleichen Richtung wie der hohe Strom gehalten werden, um den Einfluss zu minimieren.

3. Anordnung der Leistungsstufe

Der Schaltnetzteil-Schaltkreis kann in zwei Teile unterteilt werden, den Leistungsstufenschalt und den kleinen Signalsteuerkreis. Die Leistungsstufenschaltung enthält Komponenten zur Übertragung großer Ströme. Im Allgemeinen sollten diese Komponenten zuerst platziert werden, und dann sollten Kleinsignal-Steuerkreise 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.

a zeigt die parasitäre Induktivität der Leiterplatte im hohen Di/dt Strompfad an. Aufgrund der parasitären Induktivität strahlt der Pulsstrompfad nicht nur Magnetfelder aus, sondern erzeugt auch große Spannungsläute und Spitzen auf Leiterplatten-Leiterbahnen und MOSFETs. Um die Leiterplatteninduktivität zu minimieren, sollte die Impulsstromschleife (die sogenannte thermische Schleife) beim Verlegen den kleinsten Umfang haben, und ihre Spur sollte kurz und breit sein.

Hochfrequenz-Entkopplungskondensator CHF sollte 0.1μF~10μF, X5R oder X7R dielektrischer keramischer Kondensator sein, er hat sehr niedrige ESL (effektive Reiheninduktivität) und ESR (äquivalenter Reihenwiderstand). Größere Kondensator-Dielektrika (wie Y5V) können dazu führen, dass der Kapazitätswert bei unterschiedlichen Spannungen und Temperaturen deutlich sinkt, daher ist es nicht das beste Material für CHF.

b Stellt ein Layoutbeispiel für die Schlüsselpulsstromschleife in einem Buck-Konverter bereit. Um den Widerstandsspannungsabfall und die Anzahl der Durchkontaktierungen zu begrenzen, Die Leistungskomponenten befinden sich auf der gleichen Seite der Leiterplatte, und die Stromspuren sind auch auf der gleichen Schicht platziert. Wenn es notwendig ist, eine bestimmte Stromleitung auf eine andere Ebene zu leiten, Wählen Sie eine Linie im kontinuierlichen Strompfad. Wenn Vias verwendet werden, um die Leiterplattenschicht in einer Hochstromschleife, Verwenden Sie mehrere Durchgänge, um Impedanz zu minimieren.