Progettazione PCB - Progettazione del layout PCB dell'alimentatore di commutazione non isolato

Un problema comune con la commutazione di alimentatori è la commutazione di forme d'onda "instabili". A volte, il jitter della forma d'onda è nella banda sonora e i componenti magnetici produrranno rumore audio. Se il problema risiede nel layout del circuito stampato, potrebbe essere difficile trovare la causa. Pertanto, il corretto layout PCB nella fase iniziale della progettazione dell'alimentazione elettrica di commutazione è molto critico. Il progettista dell'alimentazione elettrica deve avere una buona comprensione dei dettagli tecnici e dei requisiti funzionali del prodotto finale.

Una buona progettazione del layout può ottimizzare l'efficienza energetica e ridurre lo stress termico; Ancora più importante, riduce al minimo il rumore e l'interazione tra tracce e componenti. Per raggiungere questi obiettivi, il progettista deve comprendere il percorso di conduzione corrente e il flusso del segnale all'interno dell'alimentazione di commutazione. Per realizzare la corretta progettazione del layout dell'alimentatore di commutazione non isolato, devono essere tenuti a mente i seguenti elementi di progettazione.

Quali sono i suggerimenti per la progettazione del layout PCB dell'alimentatore switching non isolato

Pianificazione del layout?

La chiave è pianificare la posizione dell'alimentazione elettrica e la domanda di spazio sul bordo nelle prime fasi di progettazione e pianificazione del sistema. A volte i progettisti ignorano questo consiglio e si concentrano sui circuiti più "importanti" o "emozionanti" sulla grande scheda di sistema. La gestione dell'alimentazione è considerata come un ripensamento e l'alimentazione è posizionata sullo spazio extra sul circuito stampato. Questo approccio è molto dannoso per l'alta efficienza e la progettazione affidabile dell'alimentazione elettrica.

Per le schede multistrato, un buon metodo è quello di posizionare uno strato di tensione di ingresso/uscita DC a terra o DC tra lo strato del componente di potenza ad alta corrente e lo strato sensibile di traccia del segnale piccolo. Lo strato di terra o lo strato di tensione CC fornisce una protezione a terra AC piccole tracce di segnale per prevenire interferenze da tracce di potenza ad alto rumore e componenti di alimentazione. Come regola generale, né il piano di terra né il piano di tensione CC di un PCB multistrato devono essere separati. Se questa separazione è inevitabile, cercare di ridurre il numero e la lunghezza delle tracce su questi strati, e la disposizione delle tracce dovrebbe essere mantenuta nella stessa direzione della corrente alta per ridurre al minimo l'impatto.

Quali sono i suggerimenti per la progettazione del layout PCB dell'alimentatore switching non isolato

illustrare:

Queste strutture sandwich il piccolo strato di segnale tra lo strato di potenza ad alta corrente e lo strato di terra, aumentando così il rumore capacitivo accoppiato tra lo strato di potenza ad alta corrente / tensione e lo strato di segnale analogico piccolo.

(b) e (d) sono buone strutture per progettazione PCB a sei strati e quattro strati rispettivamente, che aiutano a ridurre al minimo il rumore di accoppiamento tra strati e lo strato di terra è utilizzato per proteggere il piccolo strato di segnale.

Assicurarsi di posizionare uno strato di terra accanto allo strato esterno di livello di potenza e utilizzare una spessa lamina di rame per lo strato esterno di potenza ad alta corrente per ridurre al minimo la perdita di conduzione PCB e la resistenza termica.

Il layout del power stage?

Il circuito di alimentazione di commutazione può essere diviso in due parti, il circuito della fase di alimentazione e il piccolo circuito di controllo del segnale. Il circuito della fase di alimentazione contiene componenti utilizzati per trasmettere grandi correnti. Generalmente, questi componenti dovrebbero essere posizionati prima, e poi i circuiti di controllo a piccolo segnale dovrebbero essere posizionati in punti specifici del layout. Le tracce ad alta corrente dovrebbero essere corte e larghe per ridurre al minimo l'induttanza PCB, la resistenza e la caduta di tensione. Per quelle tracce con alte correnti di impulso di/dt, questo aspetto è particolarmente importante.

1. Percorso di corrente sincrono del convertitore buck

Quali sono i suggerimenti per la progettazione del layout PCB dell'alimentatore switching non isolato

Il percorso continuo della corrente e il percorso della corrente di impulso in un convertitore sincrono buck. La linea solida rappresenta il percorso della corrente continua e la linea tratteggiata rappresenta il percorso della corrente dell'impulso (interruttore). Il percorso della corrente di impulso include tracce collegate ai seguenti componenti: condensatore ceramico di disaccoppiamento in ingresso CHF, FET QT di controllo superiore e FET QB sincrono inferiore e diodi Schottky paralleli opzionali.

2. Induttanza parassitica

Quali sono i suggerimenti per la progettazione del layout PCB dell'alimentatore switching non isolato

A causa dell'induttanza parassitaria, il percorso della corrente di impulso non solo irradia campi magnetici, ma genera anche grandi squilli di tensione e picchi su tracce PCB e MOSFET. Al fine di ridurre al minimo l'induttanza PCB, il ciclo di corrente di impulso (il cosiddetto ciclo termico) dovrebbe avere la circonferenza più piccola durante la posa e la sua traccia dovrebbe essere breve e larga. Il condensatore di disaccoppiamento ad alta frequenza CHF dovrebbe essere 0.1μF ~ 10μF, X5R o X7R condensatore ceramico dielettrico, ha ESL molto basso (induttanza di serie effettiva) e ESR (resistenza di serie equivalente). I dielettrici dei condensatori più grandi (come Y5V) possono causare una diminuzione significativa del valore di capacità a tensioni e temperature diverse, quindi non è il materiale migliore per CHF.