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Un buen diseño de la placa de PCB optimiza la eficiencia, reduce la tensión térmica y minimiza el ruido y el impacto entre el rastro y el componente. Todo esto se debe a la comprensión del diseñador de las rutas de conducción de corriente y el flujo de señal en la fuente de alimentación. Cuando una placa de alimentación prototipo se electrifica por primera vez, no solo es potente, sino que también tiene poco ruido. Sin embargo, esto es raro. Un problema común con las fuentes de alimentación del interruptor es la forma de onda del interruptor "inestable". A veces, el temblor de la forma de onda está dentro del rango acústico y los componentes magnéticos producen ruido audible. Si el problema está en el diseño de la placa de circuito impreso, es difícil encontrar la razón. Por lo tanto, en las primeras etapas del diseño de la fuente de alimentación del interruptor, el diseño correcto del PCB es muy crítico. Los diseñadores de energía necesitan tener una buena comprensión de los detalles técnicos y los requisitos funcionales del producto final. Por lo tanto, desde el comienzo de un proyecto de diseño de tablero, los diseñadores de energía deben trabajar estrechamente con los diseñadores de diseño de PCB en el diseño de energía clave. Un buen diseño optimiza la eficiencia de potencia y reduce el estrés térmico; Más importante aún, minimiza el ruido y la interacción de los componentes de seguimiento. Para lograr estos objetivos, los diseñadores deben comprender las rutas de conducción de corriente y el flujo de señal dentro de la fuente de alimentación del interruptor. Para lograr el diseño correcto de la fuente de alimentación del interruptor no aislado, es importante tener en cuenta estos elementos de diseño.
Para la fuente de alimentación DC / DC integrada en grandes placas de circuito impreso, para obtener la regulación de voltaje, la respuesta instantánea de carga y la eficiencia del sistema, es necesario acercar la salida de energía al equipo de carga para minimizar la resistencia de interconexión y la caída de voltaje de conducción en el rastro de pcb. Garantizar un buen flujo de aire para limitar el estrés térmico; Si se puede forzar el enfriamiento por aire, acerque el dispositivo de alimentación al ventilador. Además, los grandes componentes pasivos, como los inductores y los condensadores electroliticos, no deben bloquear el flujo de aire a través de superficies delgadas como el MOSFET de potencia o el controlador PWM para instalar componentes semiconductores. Para evitar que el ruido del interruptor interfiera con las señales analógicas en el sistema, Evite colocar líneas de señal sensibles bajo la fuente de alimentación en la medida de lo posible; De lo contrario, es necesario colocar un plano interno de tierra entre la capa de alimentación y la pequeña capa de señal para el blindaje. La clave es planificar la ubicación de la fuente de alimentación y las necesidades de espacio de la placa en las primeras etapas de diseño y planificación del sistema. A veces, los diseñadores ignoran esta propuesta y se centran en circuitos más "importantes" o "emocionantes" en las grandes placas del sistema. La gestión de la fuente de alimentación se considera una consideración posterior, y colocar la fuente de alimentación en el espacio sobrante de la placa es perjudicial para un diseño de fuente de alimentación eficiente y confiable. Para las placas multicapa, una buena manera es colocar una capa de voltaje de entrada / salida de corriente continua entre la capa de elemento de alta potencia de corriente y la capa de rastreo de señal pequeña sensible. El plano de puesta a tierra o el plano de tensión DC proporcionan una puesta a tierra de ca, que protege los pequeños rastros de señal y los rastros de potencia acústica y los componentes de potencia. En general, el plano de tierra y el plano de tensión de corriente continua de los PCB multicapa no deben separarse. Si esta separación es inevitable, entonces el número y la longitud de los rastros en estas capas deben minimizarse y los rastros deben colocarse en la misma dirección que la Alta corriente para minimizar el impacto. el circuito de alimentación del interruptor de diseño del nivel de potencia se puede dividir en dos partes: el circuito del nivel de potencia y el circuito de Control de señal pequeña. Los circuitos de nivel de potencia contienen componentes que transportan alta corriente, generalmente colocados primero, y luego pequeños circuitos de control de señal en puntos específicos del diseño. Los rastros de alta corriente deben ser cortos y anchos para minimizar la inducción, resistencia y caída de tensión de los pcb. Este aspecto es particularmente importante para aquellos rastros con alta corriente de pulso di / dt. Los condensadores de desacoplamiento de alta frecuencia CHF deben ser Condensadores cerámicos de 0,1uf a 10 uf, x5r o x7r, que tienen un ESL extremadamente bajo (inductor de serie efectivo) y un ESR (resistencia de serie equivalente). Los dieléctrico capacitivos más grandes (como y5v) pueden tener una mayor disminución de la capacidad a diferentes tensiones y temperaturas, por lo que no son materiales chf. Este problema se puede resolver añadiendo dos Condensadores cerámicos de alta frecuencia de 1 mm a la entrada de cada canal. Los condensadores aíslan el área del circuito térmico de cada canal para que sea más fácil de usar. La forma de onda del interruptor es estable incluso cuando la corriente de carga es tan alta como 30a. la región del interruptor de alta dv / DT es rica en componentes de ruido de alta frecuencia y es una fuente poderosa de ruido emi. Para minimizar los condensadores de acoplamiento entre los nudos del interruptor y otros rastros sensibles al ruido, es posible que necesite mantener el área de cobre SW lo más pequeña posible. Sin embargo, para transmitir una gran corriente de inducción y proporcionar un área de disipación de calor para el MOSFET de potencia, el área de PCB del nodo SW no debe ser demasiado pequeña. Por lo general, se recomienda colocar un área de lámina de cobre de tierra debajo del conector del interruptor para proporcionar un blindaje adicional. Si en el diseño no hay radiadores para la instalación superficial de MOSFET de potencia e inductores, el área de lámina de cobre debe tener suficiente área de disipación de calor. Para los nudos de tensión de corriente continua (como el voltaje de entrada / salida y el suelo de la fuente de alimentación), es razonable hacer que el área de la lámina de cobre sea lo más grande posible. Múltiples agujeros ayudan a reducir aún más el estrés térmico. La determinación de la superficie adecuada de cobre para las uniones de conmutación de alta dv / DT requiere un equilibrio de diseño entre minimizar el ruido asociado a DV / DT y proporcionar una buena disipación de calor de mosfet. en forma de almohadilla de alimentación para condensadores de desacoplamiento, los orificios positivos y negativos deben estar lo más cerca posible para reducir El ESL del pcb. Esto es particularmente eficaz para condensadores ESL Bajos. Los condensadores ESR pequeños y bajos suelen ser más caros, y los patrones incorrectos de la almohadilla y los malos rastros reducen su rendimiento y aumentan el costo general. En general, una forma razonable de almohadilla puede reducir el ruido de los pcb, reducir la resistencia térmica y minimizar la resistencia de rastreo y la caída de tensión de los componentes de alta corriente. Un malentendido común al colocar elementos de alta potencia de corriente es el uso incorrecto de la liberación de calor. El uso innecesario de almohadillas de aire caliente aumentará la resistencia de interconexión entre los componentes de potencia, lo que provocará una mayor pérdida de potencia y reducirá el efecto de desacoplamiento de los pequeños condensadores esr. Si se utilizan agujeros para conducir grandes corrientes durante el diseño, asegúrese de que tienen un número suficiente para reducir la resistencia. Además, estos agujeros no deben utilizar almohadillas de aire caliente. la disposición del Circuito de control aleja al circuito de control de la zona ruidosa de cobre del interruptor. Para los convertidores antihipertensivos, es una buena idea colocar el circuito de control cerca de vout +, mientras que para los convertidores de impulso, el circuito de control debe colocarse cerca de vin +, permitiendo que el rastro de la fuente de alimentación lleve corriente continua. Si el espacio lo permite, se mantiene una pequeña distancia (0,5 a 1 pulgada) entre el IC de control y el MOSFET de potencia y los inductores (elementos de alto ruido y calor). Si el espacio es apretado y se ve obligado a colocar el controlador cerca del MOSFET de potencia y el inductor, debe tener especial cuidado al aislar el circuito de control del componente de potencia con un plano de tierra o un rastro de tierra. El circuito de control debe tener una señal separada (analo)
El área del bucle y la conversación cruzada entre dos o más conductores adyacentes pueden producir acoplamiento capacitivo. Un alto DV / DT en un conductor se acopla a la corriente de otro conductor a través de un capacitor parasitario. Para reducir el ruido de acoplamiento desde el nivel de potencia hasta el circuito de control, el rastro de interruptor ruidoso se aleja del rastro de señal pequeña sensible. Si es posible, coloque el rastro de alto ruido en una capa separada del rastro sensible y use el plano interno de tierra como blindaje de ruido. Si el espacio lo permite, el IC de control debe mantenerse a una pequeña distancia (0,5 a 1 pulgada) del MOSFET de potencia y los inductores, ya que son ruidosos y calientes. Al enrutar la señal de accionamiento de la puerta, el uso de rastros cortos y anchos ayuda a minimizar la resistencia en la ruta de accionamiento de la puerta. Coloque los rastros de accionamiento de alta FETs Tg y SW en el área de bucle adecuada para minimizar la inducción y el ruido de alta dv / dt. Del mismo modo, el rastro del conductor de baja FET BG debe colocarse cerca del rastro de pgnd. Si el plano pgnd se coloca debajo del rastro bg, la corriente de retorno a tierra AC de la baja FETs se acoplará automáticamente al camino cerca del rastro bg. La corriente alterna fluirá hacia el circuito / resistencia que encuentre. En este punto, el accionamiento de puerta baja no requiere un rastro de retorno pgnd separado. La solución es minimizar el número de capas por las que pasan los rastros de conducción de la puerta, evitando así que el ruido de la puerta se propague a otras capas. De todos los pequeños rastros de señal, los rastros de detección de gripe eléctrica son sensibles al ruido. La amplitud de la señal de detección de corriente suele ser inferior a 100 mv, lo que es comparable a la amplitud del ruido. En el caso del ltc3855, las trazas sense + / sense - deben colocarse en paralelo a la distancia (detección de kelvin) para minimizar las posibilidades de recoger el ruido asociado a di / dt. Además, las resistencias de filtro y los condensadores utilizados para las trazas de gripe eléctrica deben estar lo más cerca posible del Pin ic. El efecto de filtrado de esta estructura cuando el ruido se inyecta en una línea de detección larga. la selección del ancho de la pista para un pin de controlador específico tiene el mismo nivel de corriente y sensibilidad al ruido, por lo que debe seleccionarse un ancho de pista específico para diferentes señales. Por lo general, las redes de pequeñas señales pueden ser más estrechas, utilizando trazas de 10 a 15 mils de ancho. Las redes de alta corriente (accionamientos de puerta, VCC y pgnd) deben utilizar trazas cortas y anchas. Se recomienda que los rastros de estas redes tengan al menos 20 mils de ancho en el tablero de pcb.
