PCB 블로그 - 전원 켜기 PCB 보드 레이아웃의 기본 요점

전원 스위치 PCB 보드 레이아웃은 전원 제품 개발의 중요한 과정입니다.대부분의 경우 전원 공급 장치 PCB의 레이아웃에 많은 문제가 있기 때문에 처음 디버깅하는 동안 종이에 완벽하게 설계된 전원이 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.스위치 전원 공급 장치 PCB 레이아웃의 기본 요점을 상세히 토론하고 실제 PCB 레이아웃 실례를 제시했다.제품 설계 엔지니어는 전자 제품의 빠른 교체 리듬에 맞추기 위해 시장에서 쉽게 구입할 수 있는 직류 어댑터를 선택하고 여러 대의 직류 전원을 시스템의 회로 기판에 직접 설치하는 경향이 있습니다.전원을 끄면 발생하는 전자기 간섭은 전자 제품의 정상적인 작동에 영향을 미치기 때문에 전원 PCB의 정확한 배치가 매우 중요합니다.전원 스위치 PCB의 레이아웃은 디지털 회로 PCB의 레이아웃과 완전히 다릅니다.디지털 회로 레이아웃에서 많은 디지털 칩은 PCB 보드 소프트웨어를 통해 자동으로 정렬될 수 있으며 칩 사이의 연결선은 PCB 보드 소프트웨어를 통해 자동으로 연결될 수 있습니다.자동 조판 해제된 스위치 전원이 제대로 작동하지 않을 것이다.따라서 기획자는 전원 스위치 PCB 레이아웃의 기본 규칙과 전원 스위치의 작동 원리에 대해 어느 정도 알아야 한다.

1. 스위치 전원 PCB 보드 레이아웃 요점

1.1 콘덴서 고주파 필터 특성

전해 콘덴서는 일반적으로 큰 용량과 큰 등효 직렬 전감을 가지고 있다.공명 주파수가 낮기 때문에 저주파 필터에만 사용할 수 있습니다.탄탈륨 전기 용기는 일반적으로 비교적 큰 용량과 비교적 작은 등효 직렬 감각을 가지고 있기 때문에 그 공명 주파수는 전해 콘덴서보다 높아 중고주파 필터에 사용할 수 있다.세라믹 콘덴서의 커패시터와 등가 직렬 감지는 일반적으로 매우 작기 때문에 전해 콘덴서와 탄탈럼 용기보다 공명 주파수가 훨씬 높기 때문에 고주파 필터와 우회 회로에 사용할 수 있다.소용량 세라믹 콘덴서의 공명 주파수가 대용량 세라믹 콘덴서보다 높기 때문에 바이패스 콘덴서를 선택할 때 용량이 높은 세라믹 콘덴서를 선택할 수 없다.콘덴서의 고주파 특성을 높이기 위해 서로 다른 특성을 가진 여러 콘덴서를 병렬로 사용할 수 있다.그림 3은 서로 다른 특성을 가진 여러 개의 콘덴서가 병렬된 후 임피던스가 개선되는 효과를 보여준다.전원 배치 요점 1 바이패스 세라믹 콘덴서의 용량은 너무 커서는 안 되며, 그 기생 직렬 전기 감응은 가능한 한 작다.여러 개의 병렬 콘덴서는 콘덴서의 고주파 임피던스 특성을 개선할 수 있다.

1.2 센서 고주파 필터 특성

스위치 전원 공급 장치에서 센서의 Cp를 가능한 한 작게 제어해야 합니다.또한 코일 구조가 다르기 때문에 같은 센싱의 센싱은 서로 다른 Cp 값을 가지게 되고 두 개의 서로 다른 코일 구조에서 같은 센싱은 서로 다른 Cp 값을 가지게 된다는 점에 유의해야 한다.센서의 5바퀴가 순서대로 감긴다.이 코일 구조의 Cp 값은 회전 코일의 등효 병렬 커패시터 (C) 의 1/5이다.센서의 5회전조는 교차 순서로 감긴다.권선 4와 5가 권선 1, 2, 3 사이에 놓여 있고 권선 1과 5가 매우 가까운 경우 이 권선 구조에서 발생하는 Cp는 1 권선의 C값의 두 배이다.같은 감각을 가진 두 센서의 Cp 값은 실제로 몇 배 차이가 난다는 것을 알 수 있다.고주파 필터에서는 센서의 Cp 값이 너무 크면 고주파 노이즈가 Cp를 통해 부하에 직접 결합하기 쉽다. 이런 센서도 고주파 필터 기능을 잃었다.PCB 보드에서 Vin은 L을 통해 다른 방식으로 로드(RL)를 라우팅합니다.센싱의 Cp를 낮추기 위해 센싱의 두 핀은 가능한 한 멀리해야합니다.Vin의 양극에서 RL과 Vin의 음극에서 RL까지의 흔적선은 가능한 한 접근해야 하며, 센서의 기생 병렬 커패시터는 가능한 한 작아야 하며, 센서 핀의 용접판 사이의 거리는 멀수록 좋다.

1.3 거울

전자기 이론에서 거울의 개념은 설계자가 전원을 스위치하는 PCB 레이아웃을 파악하는 데 도움이 될 것이다.직류 전류가 접지 평면을 통과할 때의 장면.지층의 회류 직류 전류는 현재 지층 전체에 매우 고르게 분포되어 있다.고주파 전류가 같은 지층을 흐를 때의 정경.이때 지면의 회류교류전기는 지면의 중간에서만 류동할수 있으며 지면의 량측에는 전류가 없다.접지평면 설계자는 접지평면에 전원이나 신호 흔적선을 설치하는 것을 최대한 피해야 한다.일단 접지층의 배선이 전반 고주파회로를 파괴하면 회로는 강렬한 전자파복사를 산생하여 주위의 전자설비의 정상적인 작업을 파괴하게 된다.접지 평면에 전원이나 신호 흔적선을 두지 마십시오.

1.4 고주파 회로

스위치 전원 공급 장치에는 전원 공급 장치로 구성된 고주파 회로가 많이 있습니다.³ 회로를 잘못 처리하면 전원 공급 장치의 작동에 큰 영향을 미칩니다.고주파 루프에서 발생하는 전자파 소음을 줄이기 위해서는 루프의 면적을 아주 작게 제어해야 한다.고주파 전류는 회로 면적이 넓어 회로 안팎에서 비교적 강한 전자기 간섭을 일으킬 수 있다.같은 고주파 전류의 경우, 회로 면적이 매우 시간 동안 설계되면 회로의 내부와 외부 전자장이 서로 상쇄되어 전체 회로가 매우 조용해질 것이다.고주파 회로의 면적은 가능한 한 줄여야 한다.

1.5 오버홀 및 패드 배치

많은 디자이너들은 여러 겹의 PCB 보드 아래에 많은 오버홀을 배치하는 것을 좋아한다.그러나 고주파 전류 반환 경로에 다중 레인을 배치하는 것은 피할 필요가 있습니다.그렇지 않으면 지면의 고주파 전류 흔적을 손상시킬 수 있다.고주파 전류 경로에 오버홀을 배치해야 하는 경우 오버홀 사이에 공간을 두어 고주파 전류가 원활하게 통과할 수 있습니다.통공의 배치는 접지평면의 고주파전류의 류동을 방해해서는 안되며 설계자는 또 부동한 용접판형상이 부동한 직렬전감을 산생한다는것을 의식해야 한다.바이패스 콘덴서의 배치도 직렬 감지 값을 고려했다.바이패스 콘덴서는 저항성이 낮고 ESL이 낮은 세라믹 콘덴서여야 합니다.그러나 고품질의 세라믹 콘덴서가 PCB에 잘못 배치되면 고주파 필터 기능이 사라집니다.

1.6 전원 DC 출력

많은 스위치 전원 공급 장치에는 전원 공급 장치에서 멀리 떨어진 출력 포트의 부하가 있습니다.전원 공급 장치 자체나 주변 전자 장치가 출력 배선에 전자기 하중을 초래하지 않도록 출력 전원 배선은 출력 전류 회로의 면적을 최대한 줄이기 위해 매우 가까워야 한다.

1.7 시스템 보드의 접지층 분리

차세대 전자 제품의 시스템 보드에는 아날로그 회로, 디지털 회로 및 스위치 전원 회로가 모두 포함됩니다.스위치 전원 소음이 민감한 아날로그 및 디지털 회로에 미치는 영향을 줄이기 위해서는 일반적으로 다른 회로의 접지 평면을 분리해야합니다.여러 계층의 PCB를 사용하는 경우 서로 다른 회로의 접지층이 서로 다른 PCB 계층으로 분리될 수 있습니다.만약 전체 제품이 하나의 접지층만 있다면 다층PCB판의 접지층분리든 단층PCB판의 접지층분리든 부동한 회로의 접지층은 모두 단점을 통해 전원을 스위치하는 접지층에 련결되여야 한다.시스템 보드의 7 개의 서로 다른 회로는 서로 다른 접지면이 필요하며 서로 다른 PCB 보드의 접지면은 한 점을 통해 전원 접지면에 연결됩니다.

2. 스위치 전원 공급 장치 PCB 레이아웃 예

설계자는 이 회로도에서 전원 회로의 부품과 제어 신호 회로의 부품을 구분할 수 있어야 한다.설계자가 전원 공급 장치의 모든 구성 요소를 디지털 회로로 처리한다면 문제는 상당히 심각합니다.일반적으로 먼저 전원의 고주파 전류의 경로를 알고 작은 신호 제어 회로와 전원 회로 구성 요소와 그 흔적선을 구분해야 한다.일반적으로 전원의 전원 회로에는 입력 필터 콘덴서, 출력 필터 콘덴서 및 필터 센서, 상하 전력 FET가 포함됩니다.제어 회로에는 주로 PWM 제어 칩, 바이패스 커패시터, 자체 회로, 피드백 분압 저항 및 피드백 보상 회로가 포함됩니다.

2.1 전원 회로용 PCB 레이아웃

PCB의 전원 구성 요소를 올바르게 배치하고 케이블을 연결하면 전체 전원이 제대로 작동하는지 여부가 결정됩니다.설계자는 먼저 스위치 전원 장치의 전압과 전류 파형에 대해 어느 정도 이해해야 한다.강압 스위치 전원 전원 회로 부품의 전류와 전압 파형.입력 필터 콘덴서(Cin), 상단 FET(S1), F단 FET(S2)에서 나오는 전류는 고주파와 피크를 가진 교류 전류이기 때문에 형성된 Cin-S1-S2 루프 면적은 최소화해야 한다.아울러 S2, L, 출력 필터 콘덴서(Cout)로 형성되는 루프 면적도 최소화해야 한다.설계자가 이 책에서 설명한 요점에 따라 전원 회로 PCB를 만들지 않았다면 네트워크 19에 표시된 전원 PCB를 만들 가능성이 높습니다.PCB의 레이아웃에는 많은 오류가 있습니다. Cin의 ESL이 크기 때문에 Cin의 고가치 주파수 필터링 능력은 거의 사라졌습니다.둘째, Cin-S1-S2와 S1 LCout 회로의 면적이 너무 커서 발생하는 전자기 소음은 전원 자체와 주변 회로에 큰 간섭을 초래할 수 있다;셋째, L 용접판이 너무 가까우면 Cp가 너무 커서 고주파 필터 기능이 저하됩니다.넷째, Cout 용접판 지시선이 너무 길어 FSL이 너무 크고 고주파 필터가 손실됩니다.Cin-S1-S2 및 S2-L-Cout 루프의 면적은 제어됩니다.S1의 원극, S2의 누극과 L 사이의 연결점은 단일 구리 용접판이다.이 매듭의 전압은 고주파이기 때문에 S1, S2, L은 매우 비슷해야 한다.L과 Cout 사이의 흔적선에는 피크 고주파 전류가 없지만, 넓은 흔적선은 직류 임피던스의 손실을 줄이고 전원의 효율을 높일 수 있다.비용이 허락하는 경우 전원은 한쪽에 접지 평면이 있는 양면 PCB에서 사용할 수 있지만 접지 평면의 전원과 신호선은 피해야 합니다.전원 공급 장치의 입력 및 출력 포트에 세라믹 콘덴서를 추가하여 전원 공급 장치의 고주파 필터 성능을 향상시킵니다.

2.2 전원 제어 회로의 PCB 레이아웃

전원 제어 회로 PCB 보드의 레이아웃도 중요합니다.불합리한 배치는 전원 출력 전압의 이동과 진동을 초래할 수 있다.제어 회로는 고주파 AC 회로의 중간이 아니라 전원 회로의 한쪽에 배치되어야 합니다.바이패스 콘덴서는 가능한 한 칩의 Vcc 및 접지 핀(GND)에 접근해야 합니다.피드백 분압 저항기도 칩 근처에 놓여 있다.칩에서 FET로 구동되는 루프도 가능한 한 줄여야 하고, 제어 칩에서 상하 FET로 구동되는 회로 루프는 가능한 한 짧아야 한다.

2.3 스위치 전원 공급 장치 PCB 레이아웃 예 1

이 전원 공급 장치에는 저렴한 PWM 컨트롤러(Semtech 모델 SCIIO4A)가 사용됩니다.PCB 보드의 아래쪽은 완전한 접지 평면입니다.이 PCB의 전원 평면과 제어 평면 사이에는 분리가 없습니다.전원의 전원 회로는 입력 콘센트 (PCB 보드의 왼쪽 상단) 가 입력 필터 콘덴서 (C1, C2,), S1, S2, L1 및 출력 필터 콘덴서 (C10, C11, C12, C13) 를 통해 출력 콘센트 (PCB 보드의 오른쪽 하단) 까지 구성되어 있음을 알 수 있습니다.SC1104A는 PCB 보드의 왼쪽 하단에 배치됩니다.전원 회로 전류는 접지 평면의 제어 회로를 통과하지 않기 때문에 제어 회로 접지 평면을 전원 회로 접지 표면과 분리할 필요가 없습니다.입력 콘센트가 PCB 보드의 왼쪽 하단에 배치되면 전원 회로 전류가 접지 평면의 제어 회로를 직접 통과하므로 분리해야 합니다.

2.4 스위치 전원 공급 장치 PCB 레이아웃 예제 2

또 다른 강압 스위치 전원은 12V의 입력 전압을 3.3V의 출력 전압으로 변환할 수 있으며 출력 전류는 3A에 달한다.이 전원 공급 장치는 내장형 전원 컨트롤러(Semtech 모델 SC4519)를 사용합니다.이 컨트롤러는 출력 컨트롤러 칩에 출력 튜브를 통합했다.이 전원 공급 장치는 휴대용 DVD 플레이어, ADSL 및 셋톱 박스와 같은 소비자 전자 제품에 특히 적합하며 매우 간단합니다.앞의 예와 마찬가지로 이 간단한 스위치 전원의 경우 PCB의 배치에서 다음과 같은 몇 가지를 주의해야 한다.

1) 입력 필터 커패시터(C3), SC4519의 접지 핀(GND) 및 D2로 둘러싸인 루프 면적은 작아야 합니다.즉, C3와 D2는 SC4519에 매우 근접해야 합니다.

2) 별도의 전원 회로 접지 평면 및 제어 회로 접지 표면을 사용할 수 있습니다.전원 접지층에 연결된 구성 요소는 입력 콘센트(VIN), 출력 콘센트(VOUT), 입력 필터 콘덴서(C3) 및 출력 필터 C2, D2, SC4519입니다.제어지에 연결된 부품은 출력 분압 저항기(R1, R2), 피드백 보정 회로(R3, C4, C3), 에너지 효율 콘센트(EN) 및 동기식 콘센트(SYNC)입니다.

3) SC4519의 접지 핀들 근처에 구멍을 추가하여 전원 회로의 접지층과 제어 신호 회로의 접지층을 단일 지점으로 연결한다.전원 공급 장치 PCB 보드 상단의 배치도.독자들이 이해하기 쉽도록 전원 접지 평면과 제어 신호 접지 평면은 다른 색상으로 표시됩니다.입력 콘센트는 PCB 상단에 있고 출력 콘센트는 PCB 하단에 있습니다.필터 센서(L1)는 PCB 보드의 왼쪽에 전원 접지 평면에 가깝고 노이즈에 민감한 피드백 보정 회로(R3, C4, C5)는 보드 오른쪽에 있으며 제어 신호 접지 평면에 가깝습니다.D2는 SC4519의 핀 3과 4에 매우 가깝습니다.전원 공급 장치 PCB 보드 아래쪽의 배치도.