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Une bonne conception de carte PCB optimise l'efficacité, réduit les contraintes thermiques et minimise le bruit et l'impact entre les traces et les composants. Tout cela découle de la compréhension du concepteur des chemins de conduction de courant et des flux de signaux dans les sources d'alimentation. Lorsqu'une carte d'alimentation prototype est mise sous tension pour la première fois, elle est non seulement puissante, mais elle fait aussi peu de bruit. Cependant, c'est rare. Un problème courant avec les alimentations à découpage est la forme d'onde de commutation « instable». Parfois, la forme d'onde tremble dans la plage acoustique et les composants magnétiques produisent un bruit audible. Si le problème est lié à la disposition de la carte de circuit imprimé, il est difficile de comprendre pourquoi. Par conséquent, la bonne disposition de PCB est très critique dans les premières étapes de la conception de l'alimentation à découpage. Les concepteurs d'alimentation doivent avoir une bonne connaissance des détails techniques ainsi que des exigences fonctionnelles du produit final. Par conséquent, dès le début d'un projet de conception de carte, les concepteurs d'alimentation devraient travailler en étroite collaboration avec les concepteurs de mise en page de PCB sur les mises en page d'alimentation clés. Une bonne conception de la disposition optimise l'efficacité énergétique et réduit les contraintes thermiques; Plus important encore, il minimise le bruit et l'interaction des composants de suivi. Pour atteindre ces objectifs, le concepteur doit comprendre les chemins de conduction de courant et les flux de signaux au sein de l'alimentation à découpage. Afin d'obtenir la conception de la disposition correcte de l'alimentation à découpage non isolé, il est important de garder ces éléments de conception à l'esprit.
Pour une alimentation DC / DC embarquée sur une grande carte de circuit imprimé, pour obtenir la régulation de tension, la réponse transitoire de la charge et l'efficacité du système, il est nécessaire de placer la sortie d'alimentation près du périphérique de charge, minimisant l'impédance d'interconnexion et la chute de tension de conduction sur les traces de PCB. Assurer un bon flux d'air pour limiter les contraintes thermiques; Si vous pouvez forcer le refroidissement par air, placez l'appareil d'alimentation près du ventilateur. En outre, les éléments passifs de grande taille tels que les inductances et les condensateurs électrolytiques ne doivent pas bloquer le flux d'air à travers les composants semi - conducteurs montés en surface mince tels que les MOSFET de puissance ou les contrôleurs PWM. Pour éviter que le bruit de commutation ne perturbe le signal analogique dans le système, évitez autant que possible de placer des lignes de signal sensibles sous l'alimentation électrique; Sinon, un plan de masse interne doit être placé entre la couche d'alimentation et la couche de petit signal pour le blindage. La clé est de planifier l'emplacement de l'alimentation et les besoins en espace de la carte au début de la phase de conception et de planification du système. Parfois, les concepteurs négligent cette suggestion et se concentrent plutôt sur des circuits plus « importants» ou « excitants» sur de grandes cartes système. La gestion de l'alimentation est considérée comme une réflexion a posteriori, et placer l'alimentation dans l'espace excédentaire de la carte est préjudiciable à une conception efficace et fiable de l'alimentation. Pour les cartes multicouches, une bonne approche consiste à placer une couche de tension d'entrée / sortie DC ou de masse DC entre la couche d'éléments de puissance à courant élevé et la couche sensible de petites traces de signal. Le plan de masse ou plan de tension continu fournit une masse alternative qui masque les traces de petit signal avec les traces de puissance de bruit et les composants de puissance. En général, ni le plan de masse ni le plan de tension continue du PCB multicouche ne doivent être séparés. Si une telle séparation est inévitable, le nombre et la longueur des traces sur ces couches doivent être minimisés, et les traces doivent être placées dans le même sens que les courants élevés pour minimiser l'impact. Disposition de l'étage de puissance le circuit d'alimentation à découpage peut être divisé en deux parties: le circuit de l'étage de puissance et le circuit de commande du petit signal. Les circuits d'étage de puissance contiennent des composants qui transportent des courants élevés, généralement placés d'abord, puis de petits circuits de commande de signal à des points spécifiques de la disposition. Les traces de courant élevé doivent être courtes et larges pour minimiser l'inductance, la résistance et la chute de tension du PCB. Cet aspect est particulièrement important pour les traces à courant pulsé di / DT élevé. Le condensateur de découplage haute fréquence CHF doit être un condensateur en céramique de diélectrique 0,1uf ~ 10uf, x5r ou x7r avec une ESL (Inductance série effective) et une esr (résistance série équivalente) extrêmement faibles. Un diélectrique capacitif plus grand, tel que y5v, peut avoir une plus grande chute de valeur Capacitive à différentes tensions et températures et n'est donc pas un matériau CHF. Ce problème peut être résolu en ajoutant deux Condensateurs céramiques haute fréquence de 1 mm à l'entrée de chaque canal. Le condensateur isole la zone de boucle chaude de chaque canal, ce qui facilite son utilisation. La forme d'onde de commutation est stable même avec des courants de charge allant jusqu'à 30 A. zone de commutation haute DV / DT cette jonction est riche en composants de bruit haute fréquence et est une source puissante de bruit EMI. Pour minimiser la capacité de couplage entre la jonction de commutation et d'autres pistes sensibles au bruit, vous devrez peut - être garder la surface de cuivre SW aussi petite que possible. Cependant, pour conduire un courant d'inductance important et fournir une zone de dissipation de chaleur pour le MOSFET de puissance, la zone PCB du noeud SW ne doit pas être trop petite. Il est généralement recommandé de placer une zone de feuille de cuivre mise à la terre sous le connecteur de commutation pour fournir un blindage supplémentaire. S'il n'y a pas de dissipateur de chaleur pour MOSFET de puissance et inducteurs montés en surface dans la conception, la zone de feuille de cuivre doit avoir une zone de dissipation de chaleur suffisante. Pour les jonctions de tension DC (telles que la tension d'entrée / sortie et la masse d'alimentation), il est raisonnable de rendre la surface de la Feuille de cuivre aussi grande que possible. Les pores multiples aident à réduire davantage le stress thermique. Déterminer la bonne surface de cuivre pour les jonctions de commutation DV / DT élevées nécessite un équilibre de conception entre la minimisation du bruit lié au DV / DT et la fourniture d'une bonne dissipation de chaleur mosfet.power pad form pour les condensateurs de découplage, les pores positifs et négatifs doivent être aussi proches que possible pour réduire l'ESL du PCB. Ceci est particulièrement efficace pour les condensateurs ESL bas. Les condensateurs esr de faible valeur sont généralement plus chers, et des motifs de Plots incorrects et de mauvaises traces réduisent leurs performances et augmentent le coût global. En général, une forme de Plot raisonnable peut réduire le bruit du PCB, réduire la résistance thermique et minimiser l'impédance de trace et la chute de tension des éléments à courant élevé. Une idée fausse commune lors de l'agencement d'éléments de puissance à fort courant est l'utilisation incorrecte de la libération de chaleur. L'utilisation inutile de Plots d'air chaud augmente l'impédance d'interconnexion entre les composants de puissance, ce qui entraîne des pertes de puissance plus importantes et réduit l'effet de découplage des petits condensateurs esr. Si vous utilisez des pores pour conduire de gros courants lors de la mise en page, assurez - vous qu'ils sont en nombre suffisant pour réduire l'impédance. De plus, n'utilisez pas de coussinets d'air chaud pour ces pores. La disposition du circuit de commande maintient le circuit de commande à l'écart des zones bruyantes de cuivre de commutation. Pour les convertisseurs abaisseurs, c'est une bonne idée de placer le circuit de commande à proximité de vout +, tandis que pour les convertisseurs élévateurs, le circuit de commande doit être placé à proximité de vin +, ce qui permet aux traces d'alimentation de transporter un courant continu. Si l'espace le permet, maintenez une petite distance (0,5 "à 1") entre le ci de commande et le MOSFET de puissance et l'inducteur (éléments bruyants et thermiques élevés). Si l'espace est serré et que vous êtes obligé de placer le Contrôleur près du MOSFET de puissance et de l'inducteur, vous devez être particulièrement prudent en isolant le circuit de commande des composants de puissance avec un plan de masse ou une trace de terre. Le circuit de commande doit avoir un signal séparé (analo
La zone de boucle et la diaphonie de deux conducteurs adjacents ou plus peuvent générer un couplage capacitif. Un DV / DT élevé sur un conducteur est couplé au courant de l'autre conducteur par une capacité parasite. Afin de réduire le bruit de couplage de l'étage de puissance au circuit de commande, les traces de commutation bruitées sont écartées des traces sensibles de petits signaux. Si possible, câblez les pistes à fort bruit sur une couche distincte des pistes sensibles et utilisez le plan de masse interne comme bouclier contre le bruit. Si l'espace le permet, le ci de commande doit être maintenu à une courte distance (0,5 "à 1") du MOSFET de puissance et de l'inducteur, car ils peuvent être bruyants et chauds. L'utilisation de traces courtes et larges permet de minimiser l'impédance dans le chemin de commande de grille lors du routage du signal de commande de grille. Placez les traces de pilote haute FET Tg et SW dans la zone de boucle appropriée pour minimiser l'inductance et le bruit élevé DV / dt. De même, la piste de commande basse FET BG doit être placée à proximité de la piste pgnd. Si le plan pgnd est placé sous la trace BG, le courant alternatif de retour à la terre du FET bas sera automatiquement couplé dans le trajet proche de la trace BG. Le courant alternatif circulera vers la boucle / impédance qu'il trouve. À ce stade, les pilotes à grille basse n'ont pas besoin de traces de retour pgnd séparées. La solution consiste à minimiser le nombre de couches traversées par les traces de pilotage de grille, empêchant ainsi le bruit de grille de se propager à d'autres couches. De toutes les petites traces de signal, les traces électriques de grippe sont sensibles au bruit. L'amplitude du signal de détection de courant est généralement inférieure à 100 MV, ce qui est comparable à l'amplitude du bruit. Dans l'exemple du ltc3855, les traces sense + / sense - doivent être placées parallèlement à l'espacement (détection Kelvin) pour minimiser les chances de capter le bruit lié au di / dt. En outre, les résistances de filtre et les condensateurs utilisés pour les traces de grippe électrique doivent être placés aussi près que possible de la broche IC. L'effet de filtrage de cette structure lorsque le bruit est injecté dans une longue ligne de détection. Choix de la largeur de piste le niveau de courant et la sensibilité au bruit sont les mêmes pour une broche de contrôleur spécifique, il est donc nécessaire de choisir une largeur de piste spécifique pour différents signaux. En général, les petits réseaux de signaux peuvent être plus étroits, en utilisant des traces de 10 mil à 15 mil de largeur. Les réseaux à courant élevé (Gate Drive, VCC et pgnd) doivent utiliser des traces courtes et larges. Il est recommandé que les traces de ces réseaux aient au moins 20 mil de large sur la carte PCB.
