PCB 기술 - 스위치 안정기 PCB 레이아웃 설계

좋은 PCB 레이아웃이 중요한 이유는 무엇입니까?

각 2.5cm의 PCB 흔적선은 약 20nH의 흔적선 전감을 가지고 있다.정확한 감전값은 흔적선의 두께와 너비, 기하학적 형태에 따라 다르지만, 경험상 20nH/2.5cm를 취하는 것이 보통 가능하다. 강압조절기가 5A의 출력 전류를 제공한다고 가정하면 전류가 0A에서 5A로 전환되는 것을 볼 수 있다.스위치 전류가 크고 스위치 변환 시간이 짧은 경우 다음과 같은 공식을 사용하여 미세한 흔적선 감지가 얼마나 많은 전압 오프셋을 생성하는지 계산할 수 있습니다.

컨덕터 길이가 2.5cm(20nH), 출력 전류가 5A(강압 조절기의 5A 스위치 전류), MOSFET 출력 스위치의 스위치 시간이 30ns라고 가정하면 전압 오프셋은 3.33V가 된다.

2.5cm의 흔적선 감지만 상당한 전압 편이를 일으킬 수 있음을 알 수 있다.이러한 변화는 스위치 모드 전원 공급 장치의 완전한 고장을 초래하기도 합니다.입력 콘덴서를 스위치 조절기의 입력 핀에서 몇 센티미터 떨어진 곳에 놓으면 일반적으로 스위치 전원이 작동하지 않을 수 있습니다.배치가 부적절한 회로기판에서 전원을 스위치해도 작동할 수 있다면 매우 큰 전자기 간섭이 발생할 것이다.

위의 공식에서 유일하게 변경할 수 있는 매개 변수는 흔적선 전감이다.흔적선을 가능한 한 짧게 하여 흔적선의 감전을 줄일 수 있다.굵은 동선도 감전을 줄이는 데 도움이 된다.부하에 필요한 전력은 고정되어 있기 때문에 전류 매개변수는 변경할 수 없습니다.변환 시간에 대해서는 변경할 수 있지만 일반적으로 변경할 필요가 없습니다.스위치 시간을 늦추면 발생하는 전압 오프셋을 줄여 EMI를 줄일 수 있지만 스위치 손실이 증가하여 더 낮은 스위치 주파수에서 작업하고 비싸고 무거운 전원 장치를 사용해야 합니다.

AC 전류 경로 찾기

전원을 끄는 PCB 레이아웃에서 가장 중요한 기준은 AC 흔적을 가능한 한 짧게 만드는 것입니다.만약 당신이 이 규칙을 진지하게 따를 수 있다면, 좋은 회로판 배치는 80% 성공했다고 말할 수 있다.짧은 시간 동안(전환 시간) 전체 전류에서 "전류 없음"으로 전류를 변경한 AC를 찾으려면 세 번의 다이어그램을 그립니다.그것은 간단한 강압 스위치 전원이다.상단의 다이어그램에서 연결 시간 동안의 전류는 점선으로 그려집니다.중간 다이어그램에서 꺼진 시간 동안의 전류를 점선으로 그립니다.아래쪽의 도식은 특히 주의할 만하다.여기에는 연결 시간에서 연결 해제 시간으로 전류가 변경되는 모든 궤적이 그려져 있습니다.

이 방법을 사용하면 모든 스위치 모드 전원 토폴로지의 AC 전류 궤적을 쉽게 찾을 수 있습니다.

기존 회로 기판의 레이아웃과 케이블 연결을 평가할 때 용지에 인쇄하고 투명한 플라스틱 기판을 배치한 다음 다른 색상의 펜을 사용하여 켜진 시간과 꺼진 시간에 전류를 그리는 것이 좋습니다.흐름과 그에 상응하는 교류 연결선.비록 우리는 이 상대적으로 간단한 임무를 우리의 머리속에서 완수할수 있다고 생각하는 경향이 있지만 우리는 사고과정에 늘 작은 오유를 범하게 된다.따라서 종이에 선을 긋는 것이 좋습니다.

양호한 PCB 레이아웃 및 케이블 연결

강압 조절기의 교류 접선.주의해야 할 점은 일부 접지적선도 교류적선이므로 될수록 짧게 유지해야 한다.또한 이러한 AC 전류 경로의 경우 구멍을 통과하는 감전도 상당히 높기 때문에 구멍을 통과하지 않는 것이 좋습니다.이 규칙은 거의 예외가 없다.AC 경로에 오버홀을 사용하지 않으면 실제로 오버홀 자체보다 더 큰 트래킹 감지가 발생할 수 있으므로 오버홀을 사용하는 것이 좋습니다.단일 구멍만 사용하는 것보다 여러 개의 오버홀을 병렬로 사용하는 것이 좋습니다.

ADP2300 강압 조절기를 사용하는 보드 레이아웃의 예그림의 AC 케이블이 절대 최단 경로로 구성되어 있는지 확인합니다.

연결 A는 가능한 한 짧은 경로에 배치됩니다. C2의 고측 연결은 최단 흔적선이 있는 스위치 MOSFET(ADP2300의 핀5, 즉 Vin 핀)에 연결될 수 있기 때문입니다.

연결 B는 핀 6(SW 핀)과 다이오드 D1의 음극측 사이의 흔적선이다.우리는 또한 흔적선의 감전을 줄이기 위해 가능한 한 짧게 흔적선을 보았다.

연결 C는 다이오드 D1의 양극과 C2의 접지 연결 사이의 흔적선이다.이 두 부품의 PCB 용접판은 서로 인접해 있으며 가장 낮은 흔적선 감지를 가지고 있다.또한 교류 전류가 조용한 접지 평면을 통과하지 않는 데도 도움이 된다.접지 평면은 참조 전압으로만 사용되어야 하며 특히 AC 전류가 없는 전류가 접지 평면을 통과하지 않는 것이 좋습니다.C2 옆의 오버홀은 PCB 최상위 계층의 접지 영역을 최종 계층의 접지에 연결하지만 AC 전류가 이러한 오버홀을 통과하지 않습니다.

감전의 특수 주의사항

EMI의 경우 전기 감각도 고려해야 합니다.실제 설비는 많은 사람들이 생각하는 것처럼 그렇게 대칭적이지 않다.센서에는 자기 코어가 있으며 자기 코어는 컨덕터 주위에 있습니다.권선에는 항상 시작과 끝이 있습니다.시작단은 센서의 내부 권선에 연결되고 끝단은 센서의 외부 권선에 연결됩니다.권선의 시작점은 일반적으로 장치에 점으로 표시됩니다.시작을 노이즈 스위치 노드에 연결하고 끝을 조용한 전압에 연결하는 것이 중요합니다.강압 조절기의 경우 정전압은 출력 전압이다.이렇게 하면 외부 권선의 고정 전압이 내부 권선의 AC 스위치 노드 전압을 차단하여 전원의 EMI를 낮출 수 있습니다.

그나저나 이른바 차폐 감지기도 마찬가지다.일정한 자기 전도도를 가진 차폐 센서의 외부는 확실히 일정한 차폐 재료를 사용하는데, 이는 봉인 측면의 대부분의 자력선을 조이게 한다.그러나 이 재료는 자기장만 억제할 수 있을 뿐 전장은 억제할 수 없다.외부 권선의 AC 전압은 주로 전기 또는 커패시터 결합으로 인한 문제이며 차폐 센서의 차폐 재료는 이러한 결합을 억제하지 않습니다.따라서 차폐 감지기도 회로기판에 올려놓고 소음이 있는 스위치 노드를 권선의 시작점에 연결해 EMI를 최소화해야 한다.

스위치 전원 양호한 회로기판 배치의 기초

공학 과정은 일반적으로 양호한 회로 기판 배치를 실현하는 방법을 가르치지 않는다.고주파 무선 과정은 유선 임피던스의 중요성을 연구하지만, 자체 시스템 전원을 구축해야 하는 엔지니어들은 일반적으로 전원을 고주파 시스템으로 간주하지 않고 회로 기판 레이아웃과 배선의 중요성을 무시한다.회로 기판의 배치와 잘못된 배선으로 인한 대부분의 문제는 제어되지 않는 교류 전류 흔적선이 가능한 한 짧고 치밀하기 때문이다.이 문서에서 설명한 보드 레이아웃 가이드의 원인을 이해하고 이러한 가이드를 엄격히 준수하면 스위치 모드 전원 공급 장치에 대한 PCB 설계 관련 문제가 최소화됩니다.