Progettazione PCB - Fasi di configurazione di progettazione PCB convertitore step-down

Se gli alimentatori a modalità commutata (SMPSs) vogliono bilanciare prestazioni e stabilità, la configurazione PCB è particolarmente importante, ma è spesso trascurata. Se la configurazione è sbagliata, causerà vari problemi, come scarsa regolazione della tensione di uscita e commutazione anomala, o addirittura guasto del dispositivo. Poiché il design del PCB viene spesso regolato durante il processo di riparazione, tali problemi dovrebbero essere evitati il più possibile. Tuttavia, se puoi passare del tempo a pensare al processo di configurazione prima di ordinare il PCB, queste carenze possono essere facilmente superate. Questo articolo introduce cinque semplici passaggi per aiutare a preparare rapidamente un prototipo di produzione quando si progetta la configurazione di progettazione PCB del convertitore buck la prossima volta.

Quando si progettano server, tablet e terminali elettronici, se si desidera ridurre al minimo il rischio, è meglio copiare direttamente gli esempi di configurazione di progettazione PCB nel modulo di valutazione o nel manuale del prodotto, ma molte ragioni creano resistenza. I cinque passaggi della configurazione di progettazione sono applicabili a qualsiasi convertitore buck con interruttore integrato di TPS62xx. I MOSFET interni e il circuito integrato di compensazione del ciclo possono ridurre la difficoltà e il tempo necessari per la progettazione e la configurazione del PCB, semplificando così notevolmente la progettazione e la configurazione del PCB nel dispositivo.

Passo 1: Impostare e collegare il condensatore di ingresso

Affinché un convertitore buck funzioni stabilmente, il condensatore di ingresso è il singolo componente più importante. Pertanto, la sequenza di disposizione dovrebbe essere seconda solo al chip e il condensatore e il chip dovrebbero essere collegati immediatamente per evitare ostacoli nel percorso, perché V = L * dI / dt La commutazione dell'alimentazione elettrica e del terminale condensatore di ingresso a terra genera induttanza parassitaria aggiuntiva, e l'eccessiva sovratensione tra i terminali PVIN e PGND del chip può causare il malfunzionamento del chip.

Passo 2: Impostare e collegare l'induttore e il buffer del nodo SW

Molto importanti sono anche la configurazione e il collegamento dell'induttore e del buffer del nodo SW (se necessario). A volte è necessario un circuito buffer nel circuito stampato. Rallentando il tempo di salita e caduta del nodo SW, l'interferenza elettromagnetica del SMPS è ridotta, ma aumenta anche la perdita di commutazione e riduce l'efficacia. Il tempo di aumento e caduta della tensione del nodo SW dalla tensione di ingresso alla terra è molto breve ed è anche la fonte principale di interferenza elettromagnetica di SMPS. Il moderno SMPS contiene solitamente tecnologia per ridurre le interferenze elettromagnetiche. Ad esempio, in questo momento, il buffer resistore/condensatore (RC) è impostato nella configurazione di progettazione PCB. Stabilire la connessione più breve tra i perni SW e PGND e minimizzare l'induttanza parassitaria

Passo 3: Impostare e collegare il condensatore di uscita e il pin VOS

Il condensatore di uscita è l'ultimo elemento nella connessione dei componenti di potenza (MOSFET interno, condensatore di ingresso, condensatore di uscita, induttore e buffer opzionale). Questo è l'ultimo componente del sistema collegato al terminale di massa di alimentazione per accorciare la distanza tra l'induttore e la massa di alimentazione e l'uscita Se il condensatore non è configurato correttamente, spesso causerà una scarsa regolazione della tensione di uscita.

Il pin di ingresso VOS è il più importante collegamento di segnale piccolo. Se non viene gestito correttamente o c'è troppo rumore, può portare a scarsa regolazione della tensione di uscita, salti di commutazione e persino guasto del chip. Dopo la disposizione del cablaggio, il perno VOS è di grande importanza. Per l'altro routing del segnale, il pin VOS dovrebbe essere corto e collegato direttamente al condensatore di uscita. Poiché il TPS62130A ha pin, due vias e tracce dedicate possono essere utilizzate per collegare il pin VOS e il condensatore di uscita, quindi è migliore di altri nel circuito. Componenti di alimentazione.

Passo 4: Impostare e collegare i piccoli componenti del segnale

I componenti analogici e digitali possono essere chiamati piccoli componenti di segnale purché non siano direttamente correlati alla conversione di potenza, come il divisore di tensione del pin FB, il condensatore soft start e tutti i condensatori di disaccoppiamento di piccolo valore (come 0,1 µF), rispetto ai componenti dell'alimentazione elettrica e i loro nodi genereranno rumore. I componenti analogici a piccolo segnale sono molto sensibili al rumore. Lasciare che ogni componente si avvicini al chip e utilizzare un percorso diretto e breve per ridurre la sensibilità al rumore.

La dimensione del nodo FB dovrebbe essere ridotta il più possibile per ridurre il rilevamento del rumore e fornire una buona regolazione della tensione di uscita; Utilizzare la messa a terra analogica o silenziosa comune e posizionare tutti i componenti sullo stesso lato del PCB per ridurre la difficoltà di connessione. Se i piccoli componenti del segnale non sono configurati correttamente, i problemi comuni includono scarsa regolazione della tensione di uscita, avvio morbido instabile e problemi di funzionamento del dispositivo.

Passo 5: Fare un unico punto di terra e collegarlo ad altre parti del sistema

Il design di messa a terra deve fare riferimento alle raccomandazioni contenute nel manuale del prodotto. Ciò significa che i componenti di alimentazione rumorosi sono dotati di messa a terra e i componenti di segnale più silenziosi sono dotati anche di messa a terra. Se vengono seguiti i suggerimenti e i passaggi di cui sopra, le impostazioni pertinenti sono state completate. Successivamente, i due terreni si intersecano nello stesso punto, di solito situato sul dissipatore di calore sotto il chip, e anche il dissipatore di calore dovrebbe essere messo a terra.

Dopo che la progettazione di messa a terra è completata, questo circuito deve essere collegato ad altre parti del sistema, ad esempio attraverso fori passanti, perché la tensione di ingresso, la tensione di uscita e la terra sono generalmente collegati al piano dello strato interno del PCB e quindi ad ogni circuito, il foro passante è da terra All'inizio, è meglio impostarlo direttamente sotto il chip, Quindi il dissipatore di calore può trasferire calore allo strato PCB per ottenere le migliori prestazioni termiche del chip.

I fori passanti sono generalmente situati ai terminali di terra dei condensatori di ingresso e di uscita. Generalmente non è consigliabile impostare fori nel piano di terra del sistema di componenti a terra silenziosamente, perché può causare rumore del piano di terra nella rete. È meglio collegare questi terreni direttamente all'AGND Il perno funge da singolo punto di collegamento per il pad termico.

Considerazioni particolari

Si prega di leggere il manuale del dispositivo per comprendere le configurazioni e gli esempi specifici raccomandati. Per la maggior parte delle configurazioni dei dispositivi, le descrizioni e gli esempi sono sufficienti. In molti convertitori buck WCSP, il pin del chip mette il pin SW tra i pin VIN e PGND. Se si segue il primo passo, a meno che il pin SW non sia deviato da sotto il condensatore di ingresso, il condensatore di ingresso bloccherà la connessione SW. Piedi, alcuni designer rifiutano questo approccio,

Perché la traccia deve essere abbastanza sottile per collegare tra i terminali di piccoli componenti come condensatori di ingresso.

Se questa traccia non può essere stabilita, un foro passante può essere utilizzato per collegare il perno SW e l'induttore. Anche se questo foro passante e una connessione più lunga causeranno ulteriori interferenze elettromagnetiche, perché l'induttanza parassitaria è collegata in serie con altre induttanze, queste attraverso fori aumentano l'induttanza ha poco effetto. Rispetto alla posizione ideale di spostamento del condensatore di ingresso, si consiglia di utilizzare un foro passante in questo percorso.

in conclusione

Quando si progetta la progettazione e la configurazione PCB di SMPS, fare riferimento agli esempi e suggerimenti nel manuale del dispositivo e nel modulo di valutazione. Se è impossibile copiare completamente o non vi è alcuna base di riferimento, è possibile utilizzare cinque semplici passaggi per creare un convertitore buck di alta qualità:

1. Impostare e collegare il condensatore di ingresso;

2. Impostare e collegare l'induttore e il buffer del nodo SW;

3. impostare e collegare il condensatore di uscita e il pin VOS;

4. impostare e collegare i piccoli componenti del segnale;

5. Fare un unico punto di terra e collegarlo ad altre parti del sistema.

Se si seguono i passaggi di cui sopra, fornirà un design sonoro e prestazioni superiori per i sistemi che utilizzano convertitori step-down come server, tablet e terminali elettronici.