L'actualité PCB - Quelques astuces de mise en page de PCB SMPS et des problèmes de bruit et de chaleur

Qu'il s'agisse d'effectuer une conversion AC - DC ou DC - DC, les configurations d'alimentation à découpage sont courantes dans les conceptions haute tension et doivent être soigneusement construites. Bien que ce système soit très courant, il est vulnérable au rayonnement EMI en raison des variations rapides de tension et de courant pendant la commutation. Les concepteurs sont rarement en mesure d'appliquer des conceptions existantes à de nouveaux systèmes, car de petits changements dans un domaine peuvent créer des problèmes d'IME difficiles à diagnostiquer.

Avec le bon choix de disposition de PCB et le câblage, vous pouvez éviter que le bruit ne devienne un problème majeur avec la sortie SMPS. Les convertisseurs basse tension peuvent être achetés comme circuits intégrés avec différents facteurs de forme, mais les convertisseurs haute tension doivent être fabriqués à partir de composants discrets sur des cartes spécialisées. Voici quelques conseils importants de mise en page smpspcb qui peuvent vous aider à garder vos composants au frais et à prévenir les problèmes de bruit dans votre système.

Problèmes de bruit et de chaleur dans SMPS PCB Layout

Il n'y a pas de solution: n'importe quel SMPS produit un bruit de haute fréquence modéré en raison de l'action de commutation du conducteur de transistor. En fait, vous convertissez une ondulation basse fréquence (c'est - à - dire générée par un redresseur pleine onde lors d'une conversion AC - DC) en bruit de commutation haute fréquence. Bien que cette conversion produise une sortie DC plus stable, il existe deux sources de bruit importantes:

Bruit de commutation direct provenant de l'élément de commutation.

Bruit transitoire ailleurs dans le système.

Le bruit apparaîtra en sortie de l'unité SMPS sous forme de bruit de conduction et de bruit rayonné. Bien que la cause de chaque problème soit difficile à diagnostiquer, il est facile de distinguer deux types de bruit. D'autres défis de conception dans la disposition smpspcb sont la chaleur générée sur la carte. Bien que cela puisse être influencé par le choix de la bonne fréquence PWM, le rapport cyclique et le temps de montée, vous devez toujours utiliser la bonne stratégie de gestion thermique sur votre carte. Compte tenu de ces deux défis, examinons quelques détails à noter dans la mise en page smpspcb.

Gestion thermique

Idéalement, le SMPS consommerait zéro puissance, bien que cela ne se produise pas réellement. Vos Transistors de commutation (ainsi que les transformateurs d'entrée pour la conversion AC - DC) dissiperont la majeure partie de la chaleur. Même si l'efficacité peut atteindre 90% dans une topologie d'alimentation à découpage, un MOSFET de puissance peut encore libérer beaucoup de chaleur pendant la commutation. La pratique courante ici est de placer le radiateur sur l'ensemble interrupteur à clé. Assurez - vous de les reconnecter à la couche de terre pour éviter l'apparition de nouveaux EMI.

Dans les Alimentations haute tension / courant élevé, ces radiateurs peuvent être assez grands. Vous pouvez installer un ventilateur dans le châssis pour améliorer la capacité de dissipation de chaleur du système. Assurez - vous également de suivre les bonnes pratiques pour alimenter les ventilateurs afin d'éviter de nouveaux problèmes EMI.

Quelques astuces de mise en page smpspcb

Votre Stack

Votre disposition contribue dans une certaine mesure à la gestion thermique, mais c'est un facteur plus déterminant de la sensibilité EMI. En général, le bruit de conduction est traité par l'utilisation de filtres EMI sur les circuits d'entrée et de sortie. Comme pour de nombreux problèmes d'EMI dans les systèmes haute vitesse / haute fréquence, votre empilement sera le principal déterminant de la résistance aux EMI rayonnants.

Quelle est la gamme de fréquences pertinente pour les opérations SMPS? 10 kilohertz à? 1 MHz, donc EMI rayonné va induire le bruit induit. Par conséquent, vous souhaitez placer la couche de terre directement sous la couche superficielle avec tous les composants d'alimentation. Cela assurera une faible inductance de boucle du circuit de surface. Tout signal de bruit induit se propageant en sortie est généralement éliminé par filtrage en sortie.

Sonnerie transitoire

Les transitoires sont un problème plus difficile à résoudre car ils sont liés à votre laminage, au câblage, à la présence de trous et à un découplage / impédance excessif. Comme c'est le cas dans la conception à grande vitesse, ne câblez pas de cuivre transportant le signal de commutation dans l'espace de mise à la terre, car cela créerait un certain type de structure d'antenne qui rayonnerait fortement pendant les transitoires. Ces transitoires ont tendance à être à haute fréquence (n'importe quelle fréquence de 10 à 100 MHz).

Le problème de sonnerie transitoire est un problème de gestion d'impédance. Une Haute impédance crée une forte ondulation de tension. Les composants doivent être placés en utilisant le bon motif de Plot pour réduire l'impédance dans le PDN de la plaque.