Leiterplattentechnisch - Wie man die Induktivität des Schaltnetzteils auf Leiterplatte platziert

Schaltregler, die Spannung umwandeln, verwenden Induktivität, um Energie vorübergehend zu speichern. Diese Induktivitäten sind in der Regel sehr groß und müssen in der Layout der Leiterplatte des Schaltreglers. Diese Aufgabe ist nicht schwierig, da sich der Strom, der durch den Induktor fließt, ändern kann, aber nicht sofort. Veränderung kann nur kontinuierlich sein und ist in der Regel relativ langsam.

Schaltregler schalten Strom zwischen zwei verschiedenen Pfaden hin und her. Diese Umschaltung erfolgt sehr schnell, abhängig von der Dauer der Schaltkante. Die Leitungen, durch die Schaltstrom fließt, werden Wärmekreise oder Wechselstrompfade genannt, die Strom in einem Schaltzustand und nicht im anderen Schaltzustand leiten. In PCB-Layouts sollte der thermische Schleifenbereich klein und der Pfad kurz sein, um die parasitäre Induktivität in diesen Routen zu minimieren. Parasitische Drahtinduktivität kann unerwünschte Spannungsungleichgewichte verursachen und zu elektromagnetischen Störungen (EMI) führen.

Ein Step-Down-Regler mit der wichtigsten thermischen Schleife als gestrichelte Linie dargestellt. Wie Sie sehen können, ist Spule L1 nicht Teil der thermischen Schleife. Daher kann davon ausgegangen werden, dass die Platzierung der Induktivität nicht wichtig ist. Es ist richtig, den Induktor außerhalb der heißen Schleife zu haben, so dass in diesem Fall die Platzierung von zweitrangiger Bedeutung ist. Es gibt jedoch einige Regeln, die befolgt werden sollten.

Empfindliche Steuerverdrahtungen dürfen nicht unter dem Induktor (nicht auf oder unter der Leiterplattenoberfläche), in der inneren Schicht oder auf der Rückseite der Leiterplatte verlegt werden. Unter dem Einfluss des Stromflusses erzeugt die Spule ein Magnetfeld, das schwache Signale im Signalweg beeinflussen kann. Bei Schaltreglern ist ein kritischer Signalweg der Rückkopplungspfad, der die Ausgangsspannung mit dem Schaltregler IC oder Widerstandsteiler verbindet.

Es ist auch zu beachten, dass tatsächliche Spulen sowohl kapazitive als auch induktive Effekte haben. Die Wicklungen sind direkt mit dem Schaltknoten des Abstiegsschalter-Reglers verbunden, wie in Abbildung 1 gezeigt. Dadurch ändert sich die Spannung in der Spule so stark und schnell wie die Spannung am Schaltknoten. Da die Schaltzeit in der Schaltung sehr kurz ist und die Eingangsspannung sehr hoch ist, gibt es erhebliche Kopplungseffekte auf die anderen Pfade auf der Leiterplatte. Daher sollten empfindliche Verkabelungen von der Spule ferngehalten werden.

Ein Beispiellayout des ADP2360. In dieser Abbildung sind die wichtigen thermischen Landmarken in Abbildung 1 grün. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, befindet sich der gelbe Rückkopplungspfad in einem gewissen Abstand zur Spule L1. Er befindet sich in der inneren Schicht der Leiterplatte.

Einige Schaltungsdesigner wollen nicht einmal Kupferschichten in der Leiterplatte unter der Spule. Zum Beispiel bieten sie eine Kerbe unterhalb der Induktivität, auch in einer geerdeten Ebene Schicht. Ziel ist es, die Bildung von Wirbelströmen in der Erdungsebene unterhalb der Spule durch das Magnetfeld der Spule zu verhindern. An diesem Ansatz ist nichts falsch, aber es wird auch argumentiert, dass die Erdungsebene konsistent bleiben und nicht unterbrochen werden sollte:

1. Die Erdungsebene, die für die Abschirmung verwendet wird, ist ohne Unterbrechung wirksam.

2. je mehr Kupferplatte, desto bessere Wärmeableitung.

3. Selbst wenn Wirbel erzeugt werden, fließen diese Ströme nur lokal, verursachen nur geringe Verluste und haben wenig Einfluss auf die Funktion der Bodenebene.

Daher, Es wird vereinbart, dass die Erdungsebene Schicht, auch unterhalb der Spule, sollte intakt bleiben. Abschließend, Wir können schließen, dass obwohl die Spule des Schaltreglers nicht Teil der kritischen thermischen Schleife ist, Es ist ratsam, keine empfindlichen Steuerleitungen unter oder in der Nähe der Spule zu verlegen. Die verschiedenen Flugzeuge auf dem PCB -- zum Beispiel, the ground plane or the VDD plane (the supply voltage) -- can be constructed continuously without cutting.