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I regolatori di commutazione per la conversione di tensione utilizzano induttori per immagazzinare temporaneamente l'energia. Questi induttori sono solitamente di dimensioni molto grandi e devono essere posizionati nel layout del circuito stampato (PCB) del regolatore di commutazione. La corrente non cambierà istantaneamente, ma non è difficile cambiare l'induttanza attraverso. I cambiamenti possono essere solo continui, di solito relativamente lenti.
Il regolatore di commutazione commuta la corrente avanti e indietro tra due percorsi diversi. La velocità di commutazione dipende dalla durata del bordo. Il circuito attraverso il quale scorre la corrente di commutazione è chiamato ciclo termico o percorso di corrente CA, che conduce la corrente in uno stato di commutazione e non conduce la corrente in un altro stato di commutazione. Nel layout PCB, l'area del circuito termico dovrebbe essere piccola e il percorso dovrebbe essere breve, in modo da ridurre l'induttanza parassitaria in queste tracce. Gli induttori parassitici produrranno inutili squilibri di tensione e causeranno interferenze elettromagnetiche (EMI).
Regolatore di commutazione per commutazione graduale (con circuito termico critico come mostrato in linea tratteggiata)
La figura 1 mostra un regolatore step-down con il circuito termico chiave mostrato come linea tratteggiata. Si può vedere che la bobina L1 non fa parte del circuito termico. Pertanto, si può presumere che la posizione dell'induttore non sia importante. Pertanto, la posizione del circuito secondario è la posizione corretta dell'induttore. Tuttavia, alcune regole dovrebbero essere rispettate.
I cavi di controllo sensibili non devono essere posizionati sotto l'induttore (non sulla superficie del PCB o sotto la superficie), nello strato interno o sul retro del PCB. Colpito dal flusso corrente, la bobina produrrà un campo magnetico, che influenzerà il segnale debole nel percorso del segnale. Nei regolatori di commutazione, un percorso chiave del segnale è il percorso di feedback, che collega la tensione di uscita al regolatore di commutazione IC o al divisore della resistenza.
Va anche notato che la bobina effettiva ha effetti sia capacitivi che induttivi. Gli avvolgimenti della bobina sono collegati direttamente al nodo di commutazione del regolatore di commutazione step-down, come mostrato nella Figura 1. Di conseguenza, la tensione nella bobina cambia forte e rapidamente come la tensione al nodo dell'interruttore. A causa del breve tempo di commutazione e dell'alta tensione di ingresso nel circuito, ci sarà un notevole effetto di accoppiamento su altri percorsi su PCB. Pertanto, il cablaggio sensibile dovrebbe essere lontano dalla bobina.
Circuito di esempio del convertitore step down adp2360 con posizione della bobina
La figura 2 mostra un esempio di layout di adp2360. In questa figura, l'importante roadmap di ritorno del calore nella figura 1 è verde. Come si può vedere dalla figura, il percorso di feedback giallo ha una certa distanza dal loop offline L1. Si trova nello strato interno del PCB.
Alcuni progettisti di circuiti non vogliono nemmeno rame nel PCB sotto la bobina. Ad esempio, forniranno un cut-out sotto l'induttanza, anche nello strato del piano di terra. L'obiettivo è prevenire la corrente parassita nel piano di messa a terra sotto la bobina a causa del campo magnetico della bobina. Non c'è errore in questo metodo, ma si sostiene anche che il piano di messa a terra dovrebbe essere coerente e non dovrebbe essere interrotto
1. Il piano di terra utilizzato per schermatura è efficace senza interruzione.
2. Più rame in PCB, migliore dissipazione del calore.
3. Anche se la corrente vorticosa è generata, queste correnti possono fluire solo localmente, causando poca perdita e difficilmente influenzando la funzione del piano di messa a terra.
Pertanto, è convenuto che lo strato del piano di messa a terra, anche sotto la bobina, dovrebbe essere mantenuto intatto.
In conclusione, possiamo concludere che anche se la bobina del regolatore di commutazione non fa parte del ciclo termico critico, è consigliabile non posizionare cavi di controllo sensibili sotto o vicino alla bobina. Vari piani su un PCB - ad esempio, un piano di terra o un piano VDD (tensione di alimentazione) - possono essere costruiti continuamente senza tagli.
