Technologie PCB - Conception de disposition de PCB de régulateur de tension de commutateur

Pourquoi une bonne disposition de PCB est - elle importante?

Chaque trace de PCB de 2,5 cm a une inductance de trace d'environ 20 NH. La valeur exacte de l'inductance dépend de l'épaisseur, de la largeur et de la géométrie de la trace, mais en règle générale, il est possible de prendre 20nh / 2,5 cm. En supposant que le régulateur abaisseur fournit un courant de sortie de 5a, vous verrez que le courant passe de 0a à 5a. Lorsque le courant de commutation est important et que le temps de commutation est court, vous pouvez utiliser la formule suivante pour calculer le décalage de tension généré par une inductance de trace minuscule:

En supposant une longueur de fil de 2,5 cm (20 NH), un courant de sortie de 5 a (courant de commutation de 5 a dans le régulateur abaisseur) et un temps de commutation de 30 ns pour le commutateur de puissance MOSFET, le décalage de tension sera de 3,33 v.

On voit que seule une inductance de trace de 2,5 cm peut générer un décalage de tension important. Cette transition conduit même souvent à une panne complète de l'alimentation en mode commuté. Placer un condensateur d'entrée à quelques centimètres de la broche d'entrée d'un régulateur à découpage entraîne généralement un dysfonctionnement de l'alimentation à découpage. Sur une carte mal agencée, si l'alimentation à découpage fonctionne encore, de très grandes perturbations électromagnétiques sont générées.

Dans la formule ci - dessus, le seul paramètre qui peut être modifié est l'inductance de trace. Les traces peuvent être rendues aussi courtes que possible pour réduire l'inductance des traces. Un fil de cuivre plus épais peut également aider à réduire l'inductance. La puissance requise par la charge étant fixe, les paramètres de courant ne peuvent pas être modifiés. Pour le temps de conversion, vous pouvez le modifier, mais vous ne le souhaitez généralement pas. Ralentir le temps de commutation peut réduire le décalage de tension généré et donc l'EMI, mais les pertes de commutation augmentent et vous devrez travailler à des fréquences de commutation plus basses et utiliser des appareils d'alimentation coûteux et encombrants.

Trouver une piste de courant alternatif

Le critère le plus important dans la mise en page de PCB pour les alimentations à découpage est de rendre les pistes AC aussi courtes que possible. Si vous pouvez suivre attentivement cette règle, alors une bonne disposition de la carte peut être considérée comme un succès de 80%. Pour trouver ces AC qui changent le courant de "Full Current" à "No Current" en un court laps de temps (temps de conversion), faites un schéma trois fois. Il s'agit d'une alimentation à découpage abaisseur simple. Dans le schéma du haut, le courant pendant le temps de fermeture est tracé en pointillés. Dans la Représentation schématique du milieu, le courant pendant la fermeture est représenté en pointillés. Le schéma du bas est particulièrement remarquable. Ici, toutes les trajectoires où le courant varie du temps de mise sous tension au temps de mise hors tension sont tracées.

Avec cette méthode, vous pouvez facilement trouver des pistes de courant alternatif pour n'importe quelle topologie d'alimentation à découpage.

Une bonne façon d'évaluer la disposition et le câblage de votre carte existante est de l'imprimer sur du papier et de placer une feuille de plastique transparente, puis d'utiliser des stylos de différentes couleurs pour dessiner le courant pendant les heures d'ouverture et de fermeture. Flux et câblage AC correspondant. Bien que nous ayons tendance à penser que cette tâche relativement simple peut être accomplie dans notre esprit, nous faisons souvent de petites erreurs dans notre réflexion. Il est donc fortement recommandé de tracer des lignes sur papier.

Réaliser une bonne disposition et le câblage PCB

Câblage alternatif du régulateur abaisseur de tension. Il convient de noter que certaines traces de terre sont également des traces AC et doivent également être gardées aussi courtes que possible. De plus, pour ces trajets de courant alternatif, il est recommandé de ne pas utiliser de porosités, car l'inductance des porosités est également élevée. Il n'y a pratiquement aucune exception à cette règle. Si le chemin alternatif n'utilise pas de trou excessif, il peut en fait conduire à une inductance de trace plus grande que le trou excessif lui - même, il est donc recommandé d'utiliser un trou excessif. Plusieurs pores en parallèle sont mieux que d'utiliser un seul pore.

Exemple de disposition d'une carte utilisant un régulateur abaisseur adp2300. Vérifiez que le câblage alternatif sur la figure est disposé selon le chemin le plus court absolu.

La connexion a est disposée sur le trajet le plus court possible, car la connexion Côté haut de C2 peut être connectée au commutateur MOSFET (broche 5 de l'adp2300, c'est - à - dire broche vin) avec la trace la plus courte.

La connexion B est la trace entre la broche 6 (broche SW) et le côté cathode de la diode D1. Nous voyons également des traces aussi courtes que possible pour réduire l'inductance des traces.

La connexion c est la trace entre l'anode de la diode D1 et la connexion à la masse de C2. Les Plots PCB de ces deux dispositifs sont adjacents l'un à l'autre et ont l'inductance de trace la plus faible. De plus, cela aide également le courant alternatif à ne pas traverser un plan de masse silencieux. Le plan de masse ne doit être utilisé que comme tension de référence et de préférence aucun courant (en particulier aucun courant alternatif) ne circule à travers le plan de masse. Les Vias à côté de C2 relient la zone de masse de la couche supérieure du PCB à la masse de la couche inférieure, mais aucun courant alternatif ne circule à travers ces vias.

Précautions particulières pour l'inductance

En ce qui concerne l'EMI, l'inductance doit également être prise en compte. L'équipement réel n'est pas aussi symétrique que beaucoup le pensent. L'inducteur a un noyau magnétique qui entoure le fil. L'enroulement a toujours une extrémité de début et une extrémité de fin. L'extrémité de départ est reliée à l'enroulement intérieur de l'inductance, tandis que l'extrémité de fin est reliée à l'enroulement extérieur de l'inductance. Le début de l'enroulement est généralement marqué d'un point sur l'appareil. Il est très important de connecter l'extrémité de départ à un noeud de commutation bruité et l'extrémité de fin à une tension silencieuse. Pour un régulateur abaisseur de tension, la tension statique est la tension de sortie. De cette façon, la tension fixe sur l'enroulement extérieur peut masquer électriquement la tension du noeud de commutation alternatif sur l'enroulement intérieur, réduisant ainsi l'EMI de l'alimentation.

Soit dit en passant, les soi - disant inducteurs de blindage sont les mêmes. L'extérieur de l'inducteur de blindage avec une certaine Perméabilité magnétique utilise en effet un certain matériau de blindage qui resserrera la plupart des lignes de champ magnétique du côté du boîtier. Cependant, ce matériau ne peut inhiber que le champ magnétique et non le champ électrique. La tension alternative sur l'enroulement extérieur est principalement un problème causé par un couplage électrique ou capacitif et le matériau de blindage de l'inductance de blindage n'inhibe pas ce couplage. Par conséquent, une inductance de blindage doit également être placée sur la carte, reliant le noeud de commutation bruité au début de l'enroulement pour minimiser l'EMI.

La base d'une bonne disposition de carte de circuit imprimé pour l'alimentation à découpage

Les cours d'ingénierie n'enseignent généralement pas comment obtenir une bonne disposition de la carte. Les cours RF à haute fréquence examinent l'importance de l'impédance des traces, mais les ingénieurs qui doivent construire leur propre alimentation du système ne considèrent généralement pas l'alimentation comme un système à haute fréquence et négligent l'importance de la disposition et du câblage de la carte. La plupart des problèmes causés par une disposition et un câblage inappropriés de la carte peuvent être attribués au fait que les traces de courant alternatif non contrôlées sont aussi courtes et compactes que possible. Comprendre les raisons derrière les directives de mise en page de la carte décrites dans cet article et les respecter scrupuleusement minimisera les problèmes liés à la conception de PCB pour l'alimentation en mode à découpage.