Technologie PCB - Conception PCB pour convertisseurs abaisseurs, élévateurs et SEPIC

La bonne disposition de PCB est l'un des facteurs les plus importants pour une conception réussie de votre alimentation. La partie d'alimentation non isolée est un composant fondamental du système d'alimentation électrique. Comprendre la direction du courant et comment construire une boucle haute fréquence est sans doute l'étape la plus importante dans la conception d'un PCB.

Cet article traite des techniques de conception d'alimentation pour les sections d'alimentation des transformateurs inductifs primaires (SEPIC) abaisseurs, élévateurs de tension et à extrémité unique.

Convertisseur abaisseur de tension

Tout d'abord, nous utilisons un Convertisseur abaisseur dont la tension de sortie est inférieure à la tension d'entrée. La figure 1 montre le schéma et la disposition PCB de ce Convertisseur abaisseur de tension.

Ce schéma simplifié comprend des condensateurs d'entrée et de sortie, des inductances, des transistors de commutation et des diodes de blocage.

Pendant la conduction du modulateur de largeur d'impulsion (PWM), le courant circule le long du chemin indiqué par la flèche verte, passant du condensateur d'entrée à l'inductance à travers le transistor de commutation. Pendant la déconnexion du PWM, le courant continue de circuler à travers l'inducteur selon le chemin de la flèche rose. Cela signifie que la sortie a un courant qui circule en continu.

Le courant haute fréquence d'entrée est allumé et éteint une fois par cycle. La partie la plus importante de cette disposition de segment de puissance est la réduction de la boucle haute fréquence. Les flèches bleues dans la partie supérieure reflètent ce cycle. Pendant la conduction du transistor, un courant circule brièvement vers la masse par l'intermédiaire de la diode D1. Pendant ce temps, si les condensateurs d'entrée ne sont pas très proches les uns des autres, de telles surtensions de courant importantes peuvent entraîner des problèmes de conception.

Assurez - vous que la piste d'alimentation ou le plan d'alimentation a une largeur suffisante pour transporter le courant d'alimentation. En général, le plan de puissance doit être aussi grand que possible, à l'exception des noeuds de commutation. Il y a un grand signal DV / DT sur le noeud de commutation qui peut être couplé à d'autres parties de la disposition du PCB. Ainsi, réduire au maximum sa surface permet d'obtenir une bonne conception. Utilisez plusieurs Vias pour connecter les plans d'alimentation sur différentes couches. La règle de base simple est que chaque sur - trou (forage 10mil) ne doit pas dépasser 1a. Si vous pouvez créer un plan de masse continu aussi grand qu'une carte PCB, cela aidera à réduire le bruit et les boucles haute fréquence.

Convertisseur Boost

Les convertisseurs Boost sont utilisés pour générer une tension de sortie plus élevée à partir d'une tension d'entrée plus faible. Vous pouvez utiliser le même processus dans un convertisseur élévateur que dans un Convertisseur abaisseur pour identifier les chemins critiques et les boucles.

Pendant la mise sous tension du PWM, le courant circule de la borne d'entrée vers le transistor de commutation (comme indiqué par la flèche verte) à travers l'inductance. Pendant ce temps, l'énergie s'accumule dans l'inductance, puis est transférée à la sortie lorsque le PWM est éteint. Le courant passe maintenant de l'entrée à la sortie le long des flèches roses. Cela signifie que le courant du côté de l'entrée est continu. Le courant à la sortie est un courant de commutation à haute fréquence. Pour minimiser le bruit à haute fréquence, la boucle représentée en bleu sur la figure doit être la plus courte possible.

Pendant la conduction du transistor, le courant ne circule que brièvement de la sortie vers la masse à travers la Diode. Si le condensateur de sortie ne Shunte pas correctement ce courant, cela peut entraîner des problèmes de conception de l'alimentation. Une technique de disposition générale pour un Convertisseur abaisseur de tension peut également être appliquée à ce convertisseur élévateur de tension. Minimisez la zone du nœud de commutation et utilisez plusieurs trous pour vous connecter au plan de masse.

Le convertisseur SEPIC

Un convertisseur SEPIC peut être utilisé lorsque la tension d'entrée est supérieure ou inférieure à la tension de sortie. Un tel convertisseur de puissance peut jouer le rôle d'un élévateur de tension lorsque la tension d'entrée est inférieure à la sortie et d'un abaisseur de tension lorsque la tension d'entrée est supérieure à la sortie. Ce circuit utilise deux inductances ou une seule inductance couplée.

Puisqu'il y a deux inductances, il y a deux chemins de courant pour chaque partie du cycle de commutation. Pendant que le PWM est allumé, le courant circule le long de la flèche verte et accumule de l'énergie dans l'inducteur. Lorsque le PWM est éteint, l'énergie est transmise à la sortie par un chemin de courant rose. Dans cette conception SEPIC, le courant d'entrée est continu. La sortie présente un courant de commutation haute fréquence, d'où la nécessité de minimiser la boucle. Il est recommandé d'utiliser des Vias proches du condensateur de sortie pour se connecter au plan de masse. Le plan de masse peut fournir un chemin de faible impédance entre tous les composants PCB, réduisant ainsi le bruit.

Mot de fin

La conception de la disposition de puissance est une tâche très délicate. La première étape consiste à déterminer comment le courant circule dans l'alimentation, puis à trouver et minimiser la boucle haute fréquence. Ensuite, les composants PCB sont connectés en très basse impédance à l'aide d'un plan de masse et d'un plan d'alimentation. Assurez - vous que le plan utilisé a une largeur suffisante pour transporter le courant conçu. Les noeuds de commutation haute fréquence doivent être aussi petits que possible afin de réduire les possibilités de couplage du bruit à d'autres signaux. L'utilisation de nombreux perçages pour connecter de grands plans de masse continus à divers dispositifs peut également être une bonne conception.