Blogue PCB - Conception de carte PCB pour créer rapidement des alimentations à découpage

Les régulateurs de commutation et les alimentations d'aujourd'hui deviennent de plus en plus compacts et puissants, et la fréquence de commutation de plus en plus élevée est l'un des principaux problèmes rencontrés par les concepteurs, ce qui rend la conception de cartes PCB de plus en plus difficile. En fait, la mise en page de PCB est devenue un tournant pour distinguer les bonnes et les mauvaises conceptions d'alimentation à découpage. Cet article fournit quelques conseils sur la façon de créer une mise en page PCB.

Pensez à un régulateur de commutation 3a qui abaisse la tension de 24 V à 3,3 v. La conception d'un tel régulateur de tension de 10 W peut ne pas être trop difficile au début et les concepteurs pourraient bientôt passer à la phase de mise en œuvre. Cependant, Voyons quels problèmes nous rencontrons réellement après avoir adopté un logiciel de conception tel que webench. Si nous entrons les exigences ci - dessus, webench sélectionne le lm25576 (un dispositif d'entrée 42V comprenant un FET 3a) de la série "easier Switcher" parmi plusieurs circuits intégrés. La puce est encapsulée dans un boîtier tssop - 20 avec un tampon thermique. Les optimisations de conception pour le volume ou l'efficacité sont incluses dans le menu webench. La conception nécessite beaucoup d'inductances et de condensateurs, ce qui nécessite un grand espace de la carte PCB. Webench fournit les options indiquées dans le tableau 1.

Il est à noter que le rendement est de 84%, ce rendement étant obtenu avec une très faible différence de pression en entrée - sortie. Dans cet exemple, le rapport entrée / sortie est supérieur à 7. D'une manière générale, il est possible d'utiliser un circuit à deux étages pour réduire le rapport inter - étages, mais l'efficacité obtenue avec deux régulateurs ne sera pas meilleure. Ensuite, nous choisissons la fréquence de commutation de la zone de la carte PCB. Une fréquence de commutation élevée crée des problèmes de disposition. Webench peut générer des schémas de circuits contenant tous les composants actifs et passifs. Voir le chemin du courant: marquer la boucle avec FET à l'état passant en rouge; Marquez la boucle FET à l'état off en vert. Nous pouvons observer deux situations différentes: une zone avec deux couleurs et une zone avec une seule couleur. Nous devons accorder une attention particulière à ce dernier cas, de sorte que le courant alterne entre zéro et pleine échelle. Ce sont les zones où di / DT est plus élevé. Le courant alternatif à haute di / DT créera un champ magnétique important autour des fils de la carte PCB, ce qui deviendra une source majeure d'interférence pour d'autres périphériques du circuit et même d'autres circuits sur la même carte PCB ou une carte PCB adjacente. En supposant qu'il ne s'agit pas d'un courant alternatif, le chemin de courant commun n'est pas très important et l'effet di / DT est beaucoup moins important. D'autre part, ces régions seront plus lourdement touchées au fil du temps. Dans cet example, le chemin commun est de la cathode de la diode à la sortie et de la masse de sortie à l'anode de la Diode. Lorsque le condensateur de sortie est chargé et déchargé, ce condensateur produit un di / DT élevé. Tous les segments reliant les condensateurs de sortie doivent remplir deux conditions: ils doivent être larges en raison des courants élevés et aussi courts que possible pour minimiser l'effet di / dt.

Points clés de la conception de la mise en page de PCB en fait, les concepteurs ne devraient pas mettre en œuvre la mise en page dite traditionnelle en câblage des fils de vout et de la Terre aux condensateurs. Ces fils transporteront un courant alternatif important, donc connecter la sortie et la masse directement aux bornes du condensateur est une meilleure approche. Ce courant alternatif n'apparaît que sur les condensateurs. Les autres fils reliant les condensateurs sont maintenant maintenus à un courant presque constant, de sorte que tout problème avec di / DT est bien résolu. La terre est un autre Puzzle souvent mal compris. Le simple fait de placer le plan de masse sur le « niveau 2» et de connecter toutes les lignes de terre à ce niveau ne fonctionnera pas bien. Voyons pourquoi. Nos exemples de conception ont un courant allant jusqu'à 3a qui doit être renvoyé de la terre à l'alimentation (batterie de voiture 24V ou alimentation 24V). Les connexions à la masse des diodes, cout, cin et charges auront un courant plus important, tandis que les connexions à la masse des régulateurs de commutation auront un courant plus faible. Il en va de même pour la référence de masse du diviseur de tension résistif. Si toutes les broches de mise à la terre ci - dessus sont connectées à un plan de mise à la terre, un rebond de mise à la terre se produit. Bien que les petits points sensibles dans le circuit (tels que les diviseurs de tension résistifs qui obtiennent la tension de rétroaction) n'auront pas de référence de masse stable. De cette façon, toute la précision de la régulation de tension sera grandement affectée. En effet, les sources cachées dans le plan de sol du deuxième étage génèrent également des « sonneries » difficiles à localiser. De plus, les connexions à courant élevé doivent utiliser des Vias du plan de masse, une autre source de perturbations et de bruit. Une meilleure solution consiste à connecter cin à la terre en tant que nœud en étoile pour tous les conducteurs de masse à fort courant en entrée et en sortie du circuit. Ce noeud en étoile relie le plan de masse et deux connexions de masse à faible courant (IC et diviseur de tension). Maintenant, le plan de masse sera propre: pas de courant élevé, pas de rebond de la terre. Toutes les masses à courant élevé sont connectées en étoile à la masse cin. Tout ce que les concepteurs ont à faire est de garder les fils de terre (tous au niveau supérieur du PCB) aussi courts et épais que possible. Les noeuds à vérifier sont ceux à haute impédance car ils sont facilement perturbés. Le nœud clé est la broche de rétroaction de l'IC, dont le signal provient du diviseur de tension résistif. La broche FB est l'entrée d'un amplificateur tel que le lm25576 ou d'un comparateur tel qu'un régulateur d'hystérésis. Dans les deux cas, l'impédance du point FB est assez élevée. Par conséquent, le diviseur de tension doit être placé à droite de la broche FB, avec un fil court du milieu du diviseur de tension à FB. Les conducteurs de la sortie au diviseur résistif sont de faible impédance et peuvent être connectés au diviseur résistif en utilisant des conducteurs plus longs. C'est la méthode de câblage qui compte ici, pas la longueur du fil. Les autres nœuds ne sont pas si importants. Par conséquent, ne vous inquiétez pas des pins vin ou cin des nœuds de commutation, des diodes, des cout, des circuits intégrés de régulateur de commutation.

Méthode de câblage la méthode de câblage aura un impact sur le diviseur de résistance. Ce fil est relié de cout à un diviseur résistif dont la ligne de masse retourne à cout. Nous devons nous assurer que la boucle ne forme pas de zone ouverte. La zone ouverte agit comme une antenne de réception. Si nous pouvons garantir que le plan de masse sous le fil n'est pas perturbé, alors la zone entourée par le fil et le fil de masse sous le fil et la distance entre les couches 1 et 2 devraient également l'être. Il est maintenant clair pourquoi le sol ne devrait pas être au niveau 4, car la distance a considérablement augmenté. Une autre méthode consiste à câbler la connexion de masse du diviseur résistif sur la couche 1 et à placer les deux fils en parallèle et le plus près possible pour réduire la surface. Ces points s'appliquent à tous les fils parcourus par le signal: connexion du capteur, sortie de l'amplificateur, entrée de l'ADC ou de l'amplificateur audio. Chaque signal analogique doit être traité pour réduire la probabilité qu'il capte du bruit. L'exigence de réduire autant que possible la surface de circuit ouvert s'applique également aux traces de faible impédance; Dans ce cas, nous avons une source potentielle ("antenne") qui émet des signaux d'interférence vers d'autres parties du PCB ou d'autres appareils. Encore une fois, plus la surface de la plaque ouverte est petite, mieux c'est. Deux autres lignes sont également critiques, cette ligne allant de la sortie de commutation de l'IC aux noeuds de Diode et d'inductance; Le second est de la diode à ce noeud. Les deux lignes ont un di / DT élevé lorsque l'interrupteur est ouvert et que la diode traverse le courant, de sorte que ces lignes doivent être aussi courtes et épaisses que possible. Les fils de ce noeud à l'inducteur et de l'inducteur à cout sont moins importants. Dans cet exemple, le courant de l'inductance est relativement constant et varie lentement. Tout ce que nous avons à faire est de nous assurer qu'il s'agit d'un point de faible impédance pour minimiser la chute de tension.

Le composant principal de l'analyse réelle de l'échantillon est un Contrôleur qui fonctionne avec le FET externe dans le boîtier msop - 8. Notez l'espace près de cin, le point de masse de ce condensateur est directement connecté à l'anode de la Diode. Vous ne pouvez pas rendre le fil à l'intérieur de la « mise à la terre de puissance» plus court! Le FET [SW] peut être déplacé de quelques millimètres vers le haut pour raccourcir le fil entre les inductances de cathode FET. La zone cout n'est pas visible. Mais nous pouvons observer que les diviseurs résistifs (fb1 - fb2) sont très proches de ce ci. Le fb2 est connecté à un autre plan de masse indépendant et les broches de masse du ci sont également traitées de la même manière. Trois Vias sont utilisés pour connecter le "signal" au plan de masse et trois Vias sont également utilisés pour connecter le "power" à la broche GNd de la carte PCB. De cette façon, la ligne de sol "signal" ne verra aucun rebond de la ligne de sol qui se produit sur la ligne de sol "power". Si vous pouvez suivre quelques règles simples ci - dessus, votre conception de mise en page PCB sera plus fluide. Prendre le temps de réfléchir attentivement à la conception de la mise en page de la carte PCB avant de commencer la conception de la mise en page peut avoir un effet multiplicateur, ce qui peut vous aider à gagner du temps pour résoudre les comportements anormaux dans les futures Alimentations à découpage.