PCB 뉴스 - PCB의 전력 분배 시스템은 무엇입니까?

일반적으로 PDS는 전원 공급 장치의 전원을 시스템의 장치 및 구성 요소에 할당하는 서브시스템입니다.배전 시스템은 건물의 조명 시스템, 오실로스코프, PCB 보드, 패키지, 칩 및 내부 배전 시스템과 같은 모든 전기 시스템에 존재합니다.

PCB 보드의 전력 분배 시스템

일반적인 제품에서는 VRM(전압 조절기 모듈)부터 PCB, 패키징 및 칩에 이르는 모든 상호 연결이 배전 시스템에 포함됩니다.다음과 같은 네 부분으로 나눌 수 있습니다.

VRM(전압 조절 모듈)은 필터 콘덴서인 전원을 포함합니다.

PCB의 체용량, 고주파 디커플링 용량, 상호 연결선, 통공, 전원/접지 평면-PCB의 배전 시스템;

패키징 핀, 연결선, 상호 연결 및 내장형 콘덴서 - 패키징 배전 시스템;

슬라이스 상호 연결 및 접점식 슬라이스 배전 시스템.

이 글의 중점은 두 번째 부분, PCB의 배전 시스템이다.나머지 부분은 본문의 범위 내에 있지 않다.

PCB의 배전 시스템은 PCB가 전력을 공급해야 하는 각종 칩과 장비에 전원의 전력을 할당하는 시스템을 말한다.이 글은 PCB의 배전 시스템에 초점을 맞추고 있기 때문에 아래에 언급된 배전 시스템이나 PDS는 PCB의 전원 분배 시스템을 가리킨다는 것에 동의합니다.

배전 시스템은 정확하고 안정된 전압을 전송하는 역할을 하는데, 이는 PCB의 모든 위치의 전압이 어떠한 부하 조건에서도 정확하게 안정될 수 있다는 것을 의미한다.배전 시스템이 정확하고 안정적으로 작동하는 연구를 전력 완전성 문제라고 한다.

전원 무결성

전원 무결성은 시스템의 전원이 배전 시스템을 통과한 후 전원이 필요한 장치 포트에서 전원 요구 사항을 충족하는 정도를 말합니다.

일반적으로 PCB에서 전원이 필요한 컴포넌트는 작동 전원에 대한 요구 사항이 있습니다.칩의 경우 일반적으로 세 개의 매개변수로 표시됩니다.

극한 전원 전압: 칩 전원 핀이 감당할 수 있는 극한 전원 전압을 가리킨다.칩의 전원 전압은 요구 범위를 초과할 수 없습니다.그렇지 않으면 칩이 손상될 수 있습니다.이 범위 내에서 칩의 기능은 보장되지 않았습니다;만약 칩이 이 매개 변수의 극한값내에서 일정한 시간을 지속한다면 칩의 장기적인 안정성은 영향을 받게 된다.

권장 작동 전압: 칩 전원 핀이 칩을 정상적으로 안정적으로 작동시키기 위해 충족해야 하는 전압 범위를 말합니다.일반적으로 "V ± X%"로 표시되며 여기서 V는 칩 전원 핀의 일반적인 작동 전압이고 X% 는 허용되는 전압 변동 범위이며 일반적인 X는 5 또는 3입니다.

전원 소음: 칩 전원 핀 전압은 칩이 신뢰할 수 있고 정상적으로 작동하는 문파 소음을 피크 값으로 표시할 수 있습니다.

일반적으로 칩에 대해 "극한 전원 전압" 및 "추천 작업 전압" 요구 사항을 제공하지만 매개 변수 "추천 작업 전압" 에 포함될 수 있는"전원 노이즈"는 별도로 제공되지 않을 수 있습니다.전원 노이즈는 이 문서의 핵심이며 나중에 별도로 다룹니다.

상술한 예를 설명하기 위하여, 전원 무결성 문제는 시스템 전원이 배전 시스템을 통과한 후, 어떻게 칩의 다른 전원 핀에서"극한 전원 전압","추천 작업 전압","전원 소음"의 요구를 만족시킬 수 있는지 토론하는 것이다.

배전 시스템의 세 가지 특징

배전시스템은 커넥터, 케이블, 흔적선, 전원 평면, GND 평면, 오버홀, 용접재, 용접판, 칩 핀들 등 물리적 매체가 다양하다. 물리적 특성(재료, 모양, 크기 등)에서 다르다. 배전시스템의 목적은 시스템 전원의 전력을 전력이 필요한 장치에 공급하는 것이기 때문에안정적인 전압과 완전한 전류 회로를 제공하기 위해, 우리는 배전 시스템의 세 가지 전기 특성, 즉 저항 특성, 감지 특성, 용량 특성에만 초점을 맞춘다.

저항성

저항은 직류 전류에 대한 도체의 저해 작용을 나타내는 물리량으로, 보통 R로 표시된다. 전류 I가 흐르면 전기에너지가 열에너지(I2R)로 전환되고 양끝에서 직류 전압 강하(IR)가 발생하는 것이 주요 물리적 특징이다.

저항은 도체 자체의 특성으로 도체의 온도, 재료, 길이 및 횡단면적과 관련되며 공식 1.1에 의해 결정됩니다.

-- 도체 저항률

-- 컨덕터 길이

-- 컨덕터의 횡단 영역

그 중

도체의 물리적 성질은 온도와 관계가 있다.금속의 저항률은 일반적으로 온도에 따라 증가한다.

배전 시스템에서 저항은 어디에나 있다: 직류 저항과 접촉 저항은 케이블과 커넥터에 존재하고, 분포 저항은 동선, 전원 계층, 지층 및 구멍에 존재하며, 직류 저항은 용접 재료, 용접 디스크, 칩 핀에 존재하며, 그들 사이에는 접촉 저항이 존재한다.

이러한 저항기에 전류가 흐르면 다음과 같은 두 가지 효과가 발생합니다.

IR Drop(직류 전압 강하): 이 영향으로 배전망을 따라 전원 전압이 점차 낮아지거나 참조지의 전압이 증가하여 전원이 필요한 장치 포트의 전압이 낮아져 전원 무결성 문제가 발생합니다.

열 소비 전력: 열 소비 전력은 전원 공급 장치의 전력을 열로 변환하고 시스템 온도를 높여 시스템의 안정성과 신뢰성에 영향을 미칩니다.

그림 1.1과 같이 배전 시스템의 저항과 부하를 회로로 동일시합니다.

여기서 Vsource는 전원 전압, Voutput은 출력 전압, RS는 전원 저항, R1은 전원 경로의 분포 저항, R2는 반환 경로의 분배 저항을 나타냅니다.회로 전류가 I라고 가정하면 부하의 전원 전압은 등식 1.2와 같습니다.

RS의 전압 강하 IRS는 전원의 출력 전압 Voutput을 낮추고, 전원 경로의 전압 강하 IR1은 부하의 전원 전압 Vcc를 낮추고, 반환 경로의 전압 강하 IR2는 부하의 GND 레벨을 증가시킨다.위의 저항기 RS, R1 및 R2의 전압 강하는 부하의 전원 전압 vCC GND를 감소시켜 전원 무결성 문제를 일으킵니다.

배전 시스템 저항의 열 손실은 전원 공급 장치의 전력을 열로 전환하고 소모하여 시스템의 효율을 떨어뜨릴 수 있습니다.이와 동시에 가열하면 시스템의 온도가 상승하고 일부 설비 (예: 전해콘덴서) 의 수명이 낮아져 시스템의 안정성과 신뢰성에 영향을 줄 수 있다.일부 지역의 과도한 전류 밀도는 국부 온도가 지속적으로 상승하거나 심지어 타버릴 수도 있다.

위의 분석에서 볼 수 있듯이, 이 두 가지 영향은 시스템에 유해하며, 그것들의 영향은 저항 값의 크기와 정비례하기 때문에 배전 시스템의 저항 특성을 낮추는 것이 우리의 설계 목표 중의 하나이다.

전감 특성

전감은 도체가 교류 전기에 대한 저항의 물리량을 나타낸다.전류가 도체를 통과하면 도체 주위에 자장이 형성된다.전류가 변하면 자기장도 변하며 변화하는 자기장은 도체 량끝에서 감응전압을 형성한다.전압의 극성은 감응 전류로 하여금 원시 전류의 변화를 방해하게 할 것이다.도체 주위의 자기장의 변화가 다른 도체에서의 전류의 변화로 인해 일어났을 때 도체에서도 감응전압이 발생하는데 전압의 극성은 감응전류가 원시전류의 변화를 저애하게 된다.이러한 도체가 전류 변화에 미치는 영향을 전감이라고 하는데, 전자는 자감 L, 후자는 상호 감지 M이라고 한다. 여기서 우리는 직접 상호 감지의 두 가지 특성을 제시한다.

대칭성: 두 도체 A와 B, 크기, 모양과 상대 위치를 막론하고 도체 A가 도체 B에 대한 상호 감각은 도체 B가 도체 A에 대한 상호 감각과 같다. 즉 상호 감각은 두 도체에 대해 같은 것이다.

상호감각은 자감보다 작다: 임의의 두 도체의 상호감각은 임의의 두 도체의 자감보다 작다.