Notizie PCB - Layout PCB dell'alimentazione elettrica di commutazione alcuni punti principali

Schema di alimentazione switching step-down per applicazioni elettroniche di consumo. Il progettista deve essere in grado di distinguere su questo diagramma i componenti del circuito di alimentazione da quelli del circuito del segnale di comando. Il problema può essere grave se il progettista tratta tutti i componenti dell'alimentatore come se fossero componenti di un circuito digitale. Di solito è necessario prima conoscere il percorso della corrente PCB ad alta frequenza dell'alimentazione elettrica e distinguere tra il piccolo circuito di controllo del segnale e i componenti del circuito di alimentazione e il loro cablaggio.

In generale, il circuito di alimentazione dell'alimentazione comprende principalmente il condensatore del filtro in ingresso, il condensatore del filtro in uscita, l'induttore del filtro e i feTS di potenza superiore e inferiore. Il circuito di controllo comprende principalmente chip di controllo PWM, condensatore di bypass, circuito bootstrap, divisore di tensione di feedback e circuito di compensazione di feedback.

Un tipico schema di alimentazione switching step-down (ingresso 12V, uscita 3.3V/15A) [circuito di controllo dell'alimentazione (linea sottile), circuito di alimentazione (linea spessa)]

Il corretto posizionamento e cablaggio dei dispositivi di alimentazione sul PCB determineranno se l'intero alimentatore funziona correttamente. I progettisti devono prima comprendere la forma d'onda della tensione e della corrente sui dispositivi di alimentazione di commutazione.

Quanto segue mostra le forme d'onda di corrente e tensione sui componenti del circuito di alimentazione di un alimentatore di commutazione graduale.

Poiché la corrente che scorre attraverso il condensatore del filtro di ingresso (Cin), il mosFET superiore (S1) e il MOSfet inferiore (S2) è corrente CA con alta frequenza e valore di picco, l'area del ciclo formata da CIN-S1-S2 dovrebbe essere minimizzata. Allo stesso tempo, l'area loop composta da S2, L e condensatore filtro di uscita (Cout) dovrebbe essere minimizzata.

La corrente e la tensione nel circuito

Se un progettista non riesce a realizzare un circuito di alimentazione PCB come descritto in questo articolo, è probabile che faccia il PCB di alimentazione sbagliato come mostrato di seguito.

Posizionamento e cablaggio errati del dispositivo di alimentazione di commutazione

Ci sono molti errori in questo layout PCB:

A causa del grande ESL di Cin, la capacità di filtraggio ad alta frequenza di Cin fondamentalmente scompare; In secondo luogo, l'area dei loop CIN-S1-S2 e S2-L-Cout è troppo grande e il rumore elettromagnetico generato causerà grandi interferenze all'alimentazione stessa e ai circuiti circostanti. In terzo luogo, i pad di L sono troppo vicini l'uno all'altro, con conseguente CP essendo troppo grande e riducendo la sua funzione di filtraggio ad alta frequenza; Quarto, il cavo Cout pad è troppo lungo, con conseguente LA PERDITA della funzione di filtraggio ad alta frequenza dell'ESL è troppo grande.

Questo è un circuito di alimentazione migliore per il cablaggio PCB. L'area dei loop cIN-S1-S2 e S2-L-Cout è stata controllata.

Il collegamento tra la sorgente di S1, lo scarico di S2 e L è un unico pezzo di pad di rame. Poiché la tensione in questo punto di connessione è alta frequenza, S1, S2 e L devono essere molto vicini tra loro. Sebbene il cablaggio tra L e Cout non abbia corrente ad alta frequenza con valore di picco, il cablaggio più ampio può ridurre la perdita di impedenza DC e migliorare l'efficienza dell'alimentazione elettrica.

Se il costo lo consente, l'alimentazione può essere un PCB con due lati completamente collegati a terra, ma bisogna fare attenzione ad evitare linee di alimentazione e segnale a terra. Un condensatore chip viene aggiunto alle porte di ingresso e uscita dell'alimentazione elettrica per migliorare le prestazioni di filtraggio ad alta frequenza dell'alimentazione elettrica.

Layout PCB del circuito di controllo dell'alimentazione

Anche il layout PCB dei circuiti di controllo di potenza è molto importante. Il layout irragionevole causerà la deriva e l'oscillazione della tensione di uscita dell'alimentazione elettrica. La linea di controllo dovrebbe essere posizionata sul bordo del circuito di alimentazione, non nel mezzo del ciclo AC ad alta frequenza. Il condensatore di bypass dovrebbe essere vicino al VCC e GND del chip. Una resistenza del divisore di feedback è anche plac

ed vicino al chip. Anche il loop che guida il chip ai MOSFET dovrebbe essere mantenuto il più breve possibile.

Punti di base del layout di potenza: il circuito di azionamento dal chip di controllo al fET superiore e inferiore dovrebbe essere il più breve possibile.

Esempio di layout PCB di alimentazione di commutazione

Vediamo nell'articolo che la tipica mappa della superficie del componente PCB dell'alimentatore switching step-down. Un controller PWM a basso costo (Semtech SC1104A) è utilizzato in questo alimentatore. Lo strato inferiore di PCB è uno strato di terra completo. Non c'è separazione tra la formazione di potenza PCB e la formazione di controllo.

Si può vedere che il circuito di alimentazione dell'alimentazione dalla presa di ingresso (in alto a sinistra del PCB) attraverso il condensatore filtro di ingresso (C1, C2), S1, S2, L1, condensatore filtro di uscita (C10, C11, C12, C13), fino alla presa di uscita (in basso a destra del PCB). Il SC1104A è posizionato in basso a sinistra del PCB.

Poiché la corrente del circuito di alimentazione non passa attraverso il circuito di controllo allo strato, non è necessario separare il collegamento del circuito di controllo dal collegamento del circuito di alimentazione. Se la presa di ingresso è posizionata in basso a sinistra del PCB, il

8 grandi takeaway:

1. La capacità del condensatore del chip di bypass non dovrebbe essere troppo grande e la sua induzione di serie parassitaria dovrebbe essere il più piccolo possibile. Condensatori multipli in parallelo possono migliorare le caratteristiche di impedenza del condensatore;

2. la capacità parassitaria dello shunt dell'induttore dovrebbe essere il più piccola possibile e la distanza tra i perni e le pastiglie dell'induttore dovrebbe essere il più possibile;

3. Evitare di posizionare qualsiasi cablaggio di alimentazione o segnale sullo strato;

4. L'area del ciclo ad alta frequenza dovrebbe essere ridotta il più possibile;

5. il posizionamento del foro non dovrebbe distruggere il percorso della corrente ad alta frequenza sulla formazione;

6. diversi circuiti sulla scheda di sistema hanno bisogno di messa a terra differente e la messa a terra di circuiti differenti è collegata con la messa a terra dell'alimentazione elettrica attraverso un singolo punto;

7. il chip di controllo all'estremità superiore e inferiore del circuito di azionamento del tubo di effetto di campo dovrebbe essere il più breve possibile;

8. il circuito di alimentazione di commutazione e i componenti del circuito del segnale di controllo devono essere collegati a diversi strati di terra. Questi due strati di terra sono generalmente collegati attraverso un unico punto