L'actualité PCB - Considérations de conception de la carte PCB d'alimentation à découpage

Avec l'amélioration des performances des dispositifs semi - conducteurs de puissance et l'innovation dans la technologie de commutation, la technologie de l'électronique de puissance a été largement utilisée dans divers dispositifs d'alimentation. À l'heure actuelle, les produits d'alimentation à découpage ont tendance à être de petite taille, rapides et à haute densité. Cette tendance a déjà conduit à des problèmes croissants de compatibilité électromagnétique. Le processus de commutation à haute fréquence de la tension et du courant produit de grandes quantités d'EMI (interférences électromagnétiques). Si cette partie de la perturbation n'est pas limitée, elle affectera gravement le bon fonctionnement des équipements électriques environnants. Par conséquent, la conception de PCB pour les alimentations à découpage est un aspect important pour résoudre les problèmes de compatibilité électromagnétique des alimentations à découpage. La raison pour laquelle la carte PCB est considérée comme un composant essentiel et indispensable dans la conception de l'alimentation à découpage est qu'elle est responsable de la double connexion des composants électriques et mécaniques de l'alimentation à découpage, ce qui est essentiel pour réduire la conception EMI de l'électronique.

1 interférence électromagnétique dans la conception de PCB

1.1 interférence de couplage électromagnétique

Dans la conception des circuits, les interférences de couplage électromagnétique affectent d'autres circuits principalement par le couplage par conduction et le couplage d'impédance de mode commun. Du point de vue de la conception Cem, les circuits d'alimentation à découpage sont différents des circuits numériques ordinaires, avec des sources d'interférence relativement évidentes et des lignes sensibles. D'une manière générale, les sources d'interférence des alimentations à découpage sont principalement concentrées sur les éléments et les fils à grande vitesse de variation de tension et de courant, tels que les tubes à effet de champ de puissance, les diodes à récupération rapide, les transformateurs haute fréquence et les fils auxquels ils sont connectés. Par lignes sensibles, on entend principalement des circuits de commande et des lignes directement connectées à des dispositifs de mesure d'interférences, car ces couplages d'interférences peuvent affecter directement le bon fonctionnement du circuit et le niveau d'interférence transmis à l'extérieur. Par couplage d'impédance de mode commun, on entend que lorsque les courants de deux circuits traversent une impédance commune, la tension formée par la tension d'un circuit sur l'impédance commune affecte l'autre circuit.

1.2 interférence diaphonique

L'interférence diaphonique entre les bandes, les lignes et les câbles dans une carte de circuit imprimé est l'un des problèmes les plus difficiles à surmonter dans un circuit de carte de circuit imprimé. La diaphonie mentionnée ici est une diaphonie au sens large, que la source soit un signal utile ou un bruit, la diaphonie étant représentée par la capacité mutuelle et l'inductance mutuelle des fils. Par exemple, une ligne à ruban sur un PCB porte des niveaux de contrôle et de logique, et une deuxième ligne à ruban près de celle - ci porte un signal de niveau bas. Des interférences diaphoniques sont attendues lorsque la longueur du câblage parallèle dépasse 10 cm; L'interférence diaphonique devient également un problème majeur lorsqu'un long câble transporte plusieurs ensembles de données haute vitesse et de lignes de télécommande en série ou en parallèle. La diaphonie entre fils et câbles adjacents est provoquée par un champ électrique passant par une capacité mutuelle et par un champ magnétique passant par une inductance mutuelle.

Lorsque l'on considère les problèmes de diaphonie dans les bandes de PCB, la principale question est de déterminer lequel des couplages de champ électrique (intercompétence) et de champ magnétique (inductance mutuelle) est le plus important. La détermination du modèle de couplage dépend principalement de facteurs tels que l'impédance de la ligne, la fréquence, etc. En général, le couplage capacitif prédomine aux hautes fréquences, mais si l'une ou les deux sources ou récepteurs utilisent un câble blindé et sont connectés à la masse aux deux extrémités du blindage, le couplage par champ magnétique prédominera. De plus, la faible impédance du circuit est généralement faible aux basses fréquences et le couplage inductif est le facteur principal.

1.3 interférences par rayonnement électromagnétique

Les perturbations radiatives sont des perturbations introduites en raison du rayonnement des ondes électromagnétiques dans l'espace. Le rayonnement électromagnétique PCB est divisé en deux types: le rayonnement de mode différentiel et le rayonnement de mode commun. Dans la plupart des cas, les perturbations de conduction générées par l'alimentation à découpage sont dominées par des perturbations de mode commun dont l'efficacité radiative doit être bien supérieure à celle des perturbations de mode différentiel. Il est donc particulièrement important de réduire les interférences de mode commun dans la conception CEM des alimentations à découpage.

2 étapes de suppression des interférences PCB

2.1 Informations sur la conception du PCB

Lors de la conception d'un PCB, vous devez connaître les informations de conception de votre carte, qui comprennent les éléments suivants:

1° le nombre d’appareils, leurs dimensions et leur emballage;

(2) les exigences relatives à la disposition générale, à l'emplacement de la disposition des dispositifs, à la présence ou à l'absence de dispositifs de forte puissance et aux exigences particulières relatives à la dissipation de chaleur des dispositifs à puce;

(3) La vitesse de la puce numérique, si le PCB est divisé en zones à faible, moyenne et haute vitesse, qui sont les zones d'entrée et de sortie de l'interface;

(4) le type, la vitesse et la direction de transmission de la ligne de signal, les exigences de contrôle d'impédance de la ligne de signal, la direction et la situation de conduite de la vitesse du bus, les signaux clés et les mesures de protection;

5° le type d’alimentation, le type de mise à la terre, les exigences de tolérance au bruit pour l’alimentation et la mise à la terre, le réglage et la Division de l’alimentation et du plan de sol;

(6) le type et la vitesse de la ligne d'horloge, la source et la destination de la ligne d'horloge, les exigences de retard d'horloge et les exigences de câblage maximal.

2.2 couches de PCB

Tout d'abord, on détermine le nombre de couches de câblage et d'alimentation nécessaires pour réaliser cette fonction dans une fourchette de coût acceptable. Le nombre de couches de la carte est déterminé par des facteurs tels que les exigences fonctionnelles détaillées, l'immunité, la séparation des catégories de signaux, la densité des dispositifs et le câblage du bus. À l'heure actuelle, les cartes de circuit imprimé ont progressivement évolué d'une seule couche, double couche, quatre couches à plusieurs couches. La conception de plaques imprimées multicouches est la principale mesure pour atteindre les normes de compatibilité électromagnétique. Les exigences sont:

(1) la distribution de la couche d'alimentation séparée et de la couche de mise à la terre peut bien inhiber les interférences de mode commun intrinsèques et réduire l'impédance de la source ponctuelle;

2° le plan d’alimentation et le plan de mise à la terre sont aussi proches l’un de l’autre que possible et le plan de mise à la terre est normalement au - dessus du plan d’alimentation;

(3) Il est préférable de disposer les circuits numériques et analogiques dans des couches différentes;

(4) la couche de câblage est de préférence adjacente à l'ensemble du plan métallique;

(5) les circuits d'horloge et les circuits à haute fréquence sont les principales sources d'interférence et doivent être traités séparément.

2.3 disposition du PCB

La clé de la conception EMC d'une carte de circuit imprimé est la disposition et le câblage, qui sont directement liés aux performances de la carte. L'automatisation actuelle de la mise en page des cartes par EDA est faible et nécessite un grand nombre de mises en page manuelles. Avant la mise en page, il est essentiel de déterminer la taille du PCB qui satisfait la fonction au coût le plus bas possible. Si le PCB est surdimensionné et que la distribution des dispositifs est dispersée pendant la mise en page, la ligne de transmission peut être longue, ce qui augmentera l'impédance, réduira la résistance au bruit et augmentera les coûts. Si le dispositif est placé de manière centralisée, la dissipation thermique n'est pas bonne et les traces adjacentes sont sujettes à une diaphonie de couplage. Par conséquent, il est nécessaire de disposer en fonction des unités fonctionnelles du circuit, en tenant compte de facteurs tels que la compatibilité électromagnétique, la dissipation de chaleur et les interfaces. La disposition générale doit suivre les principes suivants:

(1) Aligner chaque unité de circuit fonctionnel en fonction du flux du signal de circuit de sorte que le flux du signal soit cohérent;

(2) centré sur le composant de base de chaque unité de circuit fonctionnel autour duquel les autres composants sont disposés;

(3) Raccourcir autant que possible le câblage entre les éléments PCB haute fréquence et minimiser leurs paramètres de distribution;

(4) les parties sensibles aux interférences ne doivent pas être trop rapprochées entre elles et les parties d'entrée et de sortie doivent être éloignées;

(5) Empêcher le couplage mutuel entre la ligne d'alimentation, la ligne de signal à haute fréquence et le câblage général.