PCB Tecnico - 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 è nella sezione audio e la componente magnetica produrrà rumore audio. Se il problema risiede nel layout del circuito stampato, potrebbe essere difficile trovare la causa. 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. Pertanto, dall'inizio del progetto di progettazione del circuito stampato, il progettista sorgente dovrebbe cooperare strettamente con il progettista del layout PCB sul layout elettrico chiave.

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.

2. Pianificazione del layout

Per l'alimentazione DC / DC incorporata su un circuito stampato di grandi dimensioni, al fine di ottenere la migliore regolazione della tensione, la risposta transitoria del carico e l'efficienza del sistema, è necessario rendere l'uscita di potenza vicina al dispositivo di carico e ridurre al minimo l'impedenza di interconnessione e la conduzione sulla traccia PCB. Perdita di pressione. Assicurarsi che ci sia un buon flusso d'aria per limitare lo stress termico; se è possibile utilizzare misure di raffreddamento ad aria forzata, l'alimentazione deve essere vicina alla ventola.

Inoltre, i componenti passivi di grandi dimensioni (come induttori e condensatori elettrolitici) non devono bloccare il flusso d'aria attraverso componenti semiconduttori a basso profilo montati in superficie, come MOSFET di potenza o controller PWM. Per evitare che il rumore di commutazione interferisca con i segnali analogici nel sistema, è necessario evitare di posizionare il più possibile linee di segnale sensibili sotto l'alimentatore; Altrimenti, è necessario posizionare uno strato di terra interno tra lo strato di potenza e il piccolo strato di segnale per la schermatura.

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 il layout delle tracce dovrebbe essere mantenuto nella stessa direzione della corrente alta per minimizzare l'impatto.

3. Layout della fase di potenza

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.

a mostra l'induttanza parassitaria PCB nel percorso di corrente alta di/dt. 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.

b Fornisce un esempio di layout per il ciclo di corrente di impulso chiave in un convertitore buck. Al fine di limitare la caduta di tensione di resistenza e il numero di vias, i componenti di alimentazione sono posizionati sullo stesso lato del circuito stampato e le tracce di alimentazione sono anche posizionate sullo stesso strato. Quando è necessario instradare una certa linea elettrica a un altro livello, scegliere una linea nel percorso corrente continua. Quando si utilizzano vias per collegare lo strato PCB in un loop ad alta corrente, utilizzare più vias per ridurre al minimo l'impedenza.