Blog de PCB - Diseño de tablero de PCB para la creación rápida de fuentes de alimentación de conmutación

Los reguladores de conmutación y las fuentes de alimentación de hoy se están volviendo cada vez más compactos y potentes, y la frecuencia de conmutación cada vez mayor es uno de los principales problemas que enfrentan los diseñadores, lo que dificulta cada vez más el diseño de las placas de pcb. De hecho, el diseño de PCB se ha convertido en un hito para distinguir entre el diseño de fuentes de alimentación de conmutación buenas y malas. Este artículo ofrece algunas sugerencias sobre cómo crear un diseño de pcb.

Considere un regulador de tensión de interruptor 3a para reducir la presión de 24v a 3,3v. El diseño de un regulador de 10w de este tipo puede no ser muy difícil al principio, y el diseñador puede entrar pronto en la fase de implementación. Sin embargo, veamos qué problemas reales se encontrarán después de usar software de diseño como webench. Si ingresamos los requisitos anteriores, webench seleccionará de varios IC El lm25576 de la serie "simple switcher" (incluido el dispositivo de entrada 42v de 3a fets). El chip está encapsulado en un paquete tssop - 20 con almohadillas térmicas. El menú webench incluye optimizaciones de diseño para volumen o eficiencia. El diseño requiere una gran cantidad de inductores y condensadores, lo que requiere un gran espacio en la placa de pcb. Webench ofrece las opciones que se muestran en la tabla 1.

Cabe señalar que la eficiencia es del 84% y se logra cuando la diferencia de presión entre la entrada y la salida es muy baja. En este ejemplo, la relación entrada / salida es superior a 7. Por lo general, se pueden utilizar circuitos de dos etapas para reducir la relación entre etapas, pero la eficiencia obtenida con dos reguladores no será mejor. A continuación, seleccionamos la frecuencia del interruptor en el área de la placa de pcb. La alta frecuencia de conmutación puede causar problemas de diseño. Webench puede generar un diagrama de circuito que incluya todos los componentes activos y pasivos. Echa un vistazo a la ruta actual: marque en rojo el circuito en el que el FETs está en estado de conducción; Marque en verde el circuito de la FETs apagada. Podemos observar dos situaciones diferentes: áreas de dos colores y áreas con solo un color. Debemos prestar especial atención a este último caso, por lo que la corriente alterna entre cero y escala completa. Estas áreas tienen un alto di / dt. La corriente alterna de alta di / DT producirá un campo magnético significativo alrededor del cable de la placa de pcb, que se convertirá en la principal fuente de interferencia para otros dispositivos en el circuito e incluso otros circuitos en la misma o adyacentes placa de pcb. Suponiendo que no se trate de una corriente alterna, la ruta de corriente pública no es muy importante y el efecto di / DT es mucho menor. Por otro lado, con el tiempo, estas áreas soportarán una mayor carga. En este ejemplo, la ruta pública es desde el cátodo del Semiconductor hasta la salida y desde el lugar de salida hasta el ánodo del semiconductor. Cuando se carga y descarga el capacitor de salida, el capacitor produce un alto di / dt. Todos los segmentos que conectan los condensadores de salida deben cumplir dos condiciones: deben ser anchos debido a la gran corriente y deben ser lo más cortos posible para minimizar el efecto di / dt.

Los puntos clave del diseño de diseño de PCB son, de hecho, que los diseñadores no deben lograr el llamado diseño tradicional Encadenando los cables de vout y tierra a los condensadores. Estos cables llevarán una gran corriente alterna, por lo que es mejor conectar directamente la salida y la puesta a tierra a los terminales de los condensadores. Esta corriente de CA solo aparece en condensadores. Otros cables que conectan los condensadores llevan ahora una corriente casi constante, por lo que cualquier problema de di / DT está bien resuelto. La tierra es otro problema difícil que a menudo se malinterpreta. Simplemente colocar un plano de tierra en la "capa 2" y conectar todos los puntos de tierra a esta capa no funcionará bien. Veamos por qué. Nuestro ejemplo de diseño tiene una corriente de hasta 3a y debe volver a la fuente de alimentación desde el suelo (batería del automóvil de 24v o fuente de alimentación de 24v). Las conexiones de tierra de los diodos court, CIN y carga tendrán una mayor corriente, mientras que el conector de tierra del regulador del interruptor tendrá una menor corriente. Esto también se aplica a la referencia de puesta a tierra del divisor de resistencia. Si todos los pines de tierra anteriores están conectados a un plano de tierra, se producirá un rebote de tierra. Aunque los puntos sensibles en el circuito son pequeños (por ejemplo, el divisor de resistencia que obtiene el voltaje de retroalimentación), no habrá una referencia estable a tierra. De esta manera, la precisión de toda la regulación de voltaje se verá muy afectada. De hecho, las fuentes ocultas en el plano terrestre secundario también producen "zumbidos" y son difíciles de localizar. Además, las conexiones de alta corriente deben utilizar el paso a través del plano de tierra, que es otra fuente de interferencia y ruido. Una mejor solución es conectar el suelo del CIN a un nodo estelar de todos los conductores de tierra de gran corriente en el lado de entrada y salida del circuito. El nodo en forma de estrella conecta el plano de tierra y dos pequeñas conexiones de tierra de corriente (ic y divisor). Ahora el plano del suelo estará limpio: sin alta corriente eléctrica, sin rebote del suelo. Todas las grandes corrientes eléctricas están conectadas a tierra en forma de estrella a la tierra del CN. Lo que tiene que hacer el diseñador es mantener los cables de tierra (todos en la parte superior del pcb) lo más cortos y gruesos posible. Los nodos a revisar son aquellos de alta resistencia porque son vulnerables a la interferencia. El nodo clave es el pin de retroalimentación del ic, cuya señal se toma del divisor de resistencia. El PIN FB es la entrada de un amplificador (como lm25576) o un comparador (como un regulador de estancamiento magnético). En ambos casos, la resistencia en el punto FB es bastante alta. Por lo tanto, el divisor de resistencia debe colocarse en el lado derecho del Pin fb, con un cable corto desde el centro del tubo de divisor de Resistencia hasta fb. El cable de salida al divisor de resistencia es de baja resistencia y se puede conectar al divisor de resistencia con un cable más largo. Lo importante aquí es el método de cableado, no la longitud del cable. Otros nodos son menos críticos. Así que no te preocupes por los nodos de conmutación, diodos, salidas, Pines vin o cins del IC del regulador de conmutación.

El método de cableado y el método de cableado tendrán un impacto en el divisor de resistencia. Este cable está conectado desde la ut al divisor de resistencia, y su tierra regresa a la ut. Debemos asegurarnos de que la carretera de circunvalación no forme una zona abierta. El área abierta actúa como antena receptora. Si podemos garantizar que el plano de tierra debajo del cable no interfiera, entonces el área rodeada por el cable y el suelo debajo del cable y la distancia entre las capas 1 y 2 también deben estar libres de interferencia. Ahora está claro por qué el suelo no debería estar en el cuarto piso, ya que la distancia ha aumentado significativamente. Otra forma es cablear la conexión a tierra del divisor de resistencia en la capa 1 y hacer que los dos cables estén conectados en paralelo y lo más cerca posible para reducir el área. Estos puntos se aplican a todos los cables a los que fluye la señal: conexiones de sensores, salidas de amplificadores, ADC o entradas de amplificadores de audio. Cada señal analógica debe procesarse para reducir la posibilidad de que recojan ruido. El requisito de minimizar el área abierta también se aplica a las trazas de baja resistencia; En este caso, tenemos una fuente potencial ("antena") que emite señales de interferencia a otras partes del PCB u otros dispositivos. Una vez más, cuanto menor sea el área de la placa abierta, mejor. Las otras dos líneas también son clave, y las tiras se exportan del interruptor del IC al nodo de diodos e inductores; El segundo es de los diodos a este nodo. Cuando el interruptor está conectado y el diodos está electrificado, el di / DT de ambos cables es alto, por lo que estos cables deben ser lo más cortos y gruesos posible. Los cables de este nodo a la bobina de inducción y de la bobina de inducción a la ut son menos críticos. En este ejemplo, la corriente del inductor es relativamente constante y cambia lentamente. Todo lo que tenemos que hacer es asegurarnos de que sea un punto de baja resistencia para minimizar la caída de tensión.

El componente principal del análisis de muestras reales es un controlador que trabaja con FETs externos en el paquete msop - 8. Preste atención al espacio cerca del cn, el punto de tierra del capacitor está conectado directamente al ánodo del semiconductor. ¡¡ no puedes acortar más los cables eléctricos en el "suelo de alimentación"! El FETs [sw] puede moverse unos milímetros hacia arriba para acortar el cable entre el sensor de cátodo fets. El área de Corte es invisible. Pero podemos observar que el divisor de Resistencia (fb1 - fb2) está muy cerca del ic. El FB2 está conectado a otro plano de tierra independiente, y los pines de tierra del IC se manejan de la misma manera. El suelo de "señal" se conecta al plano de tierra con tres agujeros, y el suelo de "fuente de alimentación" también se conecta al Pin gnd de la placa de PCB con tres agujeros. De esta manera, la "señal" de tierra no puede ver ningún rebote de tierra que ocurra en la "fuente de alimentación" de tierra. Si puedes seguir algunas reglas simples anteriores, tu diseño de PCB será más fluido. Antes de comenzar el diseño de diseño, tómese el tiempo para considerar cuidadosamente el diseño de diseño de la placa de PCB tendrá un efecto multiplicador, lo que le ayudará a ahorrar tiempo en el futuro para resolver el comportamiento anormal de la fuente de alimentación del interruptor.