전자 설계 - 비분리 스위치 전원 공급 장치의 PCB 레이아웃 설계

전원 스위치의 일반적인 문제 중 하나는 스위치 파형이 불안정하다는 것입니다.때때로 파형이 주파수 대역 내에서 떨리면 자기 부품이 오디오 소음을 발생시킨다.인쇄 회로 기판의 레이아웃에서 문제가 발생하면 원인을 찾기 어려울 수 있습니다.따라서 전원 스위치 설계의 초기 단계에서 올바른 PCB 레이아웃이 매우 중요합니다.전원 설계자는 최종 제품의 기술적 세부 사항과 기능 요구 사항을 충분히 이해해야 합니다.

양호한 배치 설계는 출력 효율을 최적화하고 열 응력을 낮출 수 있다;더 중요한 것은 노이즈와 동선, 구성 요소 간의 상호 작용을 최소화한다는 것입니다.이러한 목표를 달성하기 위해 설계자는 스위치 전원 내부의 전류 전도 경로와 신호 흐름을 이해해야합니다.비격리 스위치 전원의 정확한 배치 설계를 실현하기 위해서는 다음과 같은 설계 요소를 명심해야 한다.

비분리 스위치 전원 PCB 레이아웃 설계의 팁

배치 계획?

관건은 시스템의 초기 설계와 계획 단계에서 전원의 위치와 판 공간에 대한 수요를 계획하는 것이다.때때로 설계자는 이 제안을 무시하고 대형 시스템 보드에서 더 중요하거나 흥미로운 회로에 집중합니다.전원 관리는 회로 기판의 추가 공간에 전원을 배치하는 사후 아이디어로 간주됩니다.이 방법은 효율적이고 신뢰할 수 있는 전원 설계에 매우 불리하다.

다층판의 경우 고전류 전력 소자 층과 민감한 작은 신호 흔적선 층 사이에 DC 접지 또는 DC 입력/출력 전압 층을 배치하는 것이 좋습니다.접지층 또는 DC 전압층은 AC 접지 차폐 작은 신호 흔적선을 제공하여 높은 소음 전력 흔적선과 전력 부품으로부터의 간섭을 방지한다.일반적으로 다층 PCB의 접지 평면과 직류 전압 평면은 분리되어서는 안 된다.만약 이러한 분리가 불가피하다면, 이 층의 흔적선의 수량과 길이를 줄이려고 시도하고, 흔적선의 배치는 높은 전류와 같은 방향을 유지하여 영향을 최소화해야 한다.

비분리 스위치 전원 PCB 레이아웃 설계의 팁

예:

이러한 구조는 작은 신호층을 고전류 전력층과 접지층 사이에 끼워 고전류/전압 전력층과 아날로그 작은 신호층 사이에 결합된 커패시터 소음을 증가시킨다.

(b) 및 (d) 는 각각 6층과 4층 PCB용으로 설계된 양호한 구조로 층 간의 결합 소음을 최소화하고 접지층이 작은 신호층을 차단하는 데 사용된다.

외부 파워 레벨 옆에 접지층을 배치하고, 외부 대전류 파워 레벨은 PCB 전도 손실과 열 저항을 최소화하기 위해 두꺼운 동박을 사용합니다.

동력대 배치?

스위치 전원 회로는 전력급 회로와 소신호 제어 회로 두 부분으로 나눌 수 있다.전원 회로에는 큰 전류를 전송하는 데 사용되는 부품이 포함되어 있습니다.일반적으로 이러한 어셈블리는 먼저 배치된 다음 레이아웃의 특정 점에 작은 신호 제어 회로를 배치해야 합니다.고전류 흔적선은 PCB 감지, 저항 및 전압 강하를 최소화하기 위해 짧고 넓어야합니다.높은 di/dt 펄스 전류를 가진 흔적선에 대해 이 방면은 특히 중요하다.

1. 동기식 강압 변환기 전류 경로

비분리 스위치 전원 PCB 레이아웃 설계의 팁

동기 강압 변환기의 연속 전류 경로와 펄스 전류 경로.실선은 연속 전류 경로를 나타내고 점선은 펄스 (스위치) 전류 경로를 나타냅니다.펄스 전류 경로에는 디커플링 세라믹 콘덴서 CHF 입력, 상단 제어 FET QT 및 하단 동기화 FET QB 입력, 병렬 쇼트키 다이오드 옵션 등 다음 구성 요소에 연결된 흔적이 포함됩니다.

2. 기생 감지

비분리 스위치 전원 PCB 레이아웃 설계의 팁

기생전감 때문에 펄스 전류 경로는 자기장을 방사할 뿐만 아니라 PCB 흔적선과 MOSFET에서 큰 전압 진동벨과 최고봉을 생성한다.PCB 감응을 최소화하기 위해 펄스 전류 회로 (이른바 열 회로) 는 배치할 때 최소 둘레를 가지고 궤적이 짧고 넓어야 한다.고주파 디커플링 콘덴서 CHF는 0.1 ° F~10 ° F, X5R 또는 X7R 매개 세라믹 콘덴서여야 하며, 매우 낮은 ESL (유효 직렬 감지) 과 ESR (동일 직렬 저항) 을 가지고 있어야 한다.Y5V와 같은 큰 콘덴서 전매질은 서로 다른 전압과 온도에서 콘덴서 값이 크게 떨어질 수 있으므로 CHF에 가장 적합한 재료가 아닙니다.