PCB 기술 - 분리 스위치 전원 PCB 보드 레이아웃 설계

좋은 PCB 보드 설계는 효율을 최적화하고 열 응력을 줄이며 소음과 흔적선과 구성 요소 사이의 영향을 최소화합니다.이 모든 것은 전원 공급 장치의 전류 전도 경로와 신호 흐름에 대한 설계자의 이해에서 비롯됩니다.프로토타입 전원 공급 장치의 전원이 처음 켜졌을 때 강력한 기능뿐만 아니라 소음도 적습니다.그러나 이것은 드문 일이다.전원 스위치의 일반적인 문제 중 하나는 스위치 파형이 불안정하다는 것입니다.때때로 파형이 음향 범위 내에서 떨리고 자기 부품이 들을 수 있는 소음을 발생시킨다.인쇄회로기판의 배치에 문제가 있다면 원인을 찾기 어려울 것이다.따라서 스위치 전원 설계의 초기 단계에서 올바른 PCB 레이아웃이 매우 중요합니다.전원 설계자는 기술 세부 사항과 최종 제품의 기능 요구 사항에 대해 잘 알고 있어야 합니다.그러므로 하나의 판설계프로젝트의 처음부터 전원설계사는 PCB배치설계사와 관건적인 전원배치에서 밀접히 협력해야 한다.양호한 레이아웃 설계는 전력 효율을 최적화하고 열 응력을 경감시켰다.무엇보다 노이즈와 추적 구성 요소의 상호 작용을 최소화합니다.이러한 목표를 달성하기 위해 설계자는 스위치 전원 공급 장치 내의 전류 전도 경로와 신호 흐름을 이해해야합니다.비분리 스위치 전원의 정확한 배치 설계를 실현하기 위해서는 이러한 설계 요소를 기억하는 것이 중요하다.

평면도는 대형 인쇄회로기판의 임베디드 dc/dc 전원에 대해 전압 조절, 부하 순간적 응답 및 시스템 효율을 얻으려면 전원 출력을 부하 설비에 접근하여 PCB 흔적선의 상호 연결 저항과 전도 압력 강하를 최대한 줄여야 한다.열 응력을 제한하기 위해 공기 흐름이 양호한지 확인합니다.바람을 강제로 식힐 수 있는 경우 전원 장치를 팬에 가까이 둡니다.또한 센서와 전해콘덴서 등 대형 패시브 부품은 출력 MOSFET나 PWM 컨트롤러 등 얇은 표면을 통해 기류가 반도체 부품을 장착하는 것을 막아서는 안 된다.스위치 노이즈가 시스템의 아날로그 신호를 방해하는 것을 방지하기 위해 민감한 신호선을 전원 아래에 두는 것을 최대한 피해야 한다;그렇지 않으면 전원 레이어와 작은 신호 레이어 사이에 내부 접지 평면을 배치하여 차단해야 합니다.핵심은 시스템의 초기 설계 및 계획 단계에서 전원 공급 장치의 위치와 보드 공간 요구 사항을 계획하는 것입니다.때때로 설계자는 이 제안을 무시하고 대형 시스템 보드에서 더 중요하거나 흥미로운 회로에 집중합니다.전원 관리는 사후 고려사항으로 간주되며 전원 공급 장치를 패널에 여유 공간을 두는 것은 효율적이고 신뢰할 수 있는 전원 설계에 유해합니다.다층판의 경우 고전류 전력 소자 층과 민감한 작은 신호 흔적선 층 사이에 DC 접지 또는 DC 입력/출력 전압 층을 배치하는 것이 좋습니다.접지 평면 또는 DC 전압 평면은 작은 신호 흔적과 소음 전력 흔적 및 전력 부품을 차단하는 AC 접지를 제공합니다.일반적으로 다층 PCB의 접지 평면과 직류 전압 평면은 분리되어서는 안 된다.만약 이런 분리가 불가피하다면 이런 층의 흔적선의 수량과 길이는 최소화되여야 하며 흔적선은 고전류방향과 같아 영향을 최소화해야 한다.전력 수준 레이아웃 스위치 전원 회로는 전력 수준 회로와 작은 신호 제어 회로 두 부분으로 나눌 수 있습니다.전력 레벨 회로에는 일반적으로 먼저 배치된 다음 레이아웃의 특정 지점에 작은 신호 제어 회로를 배치하는 고전류 구성 요소가 포함됩니다.고전류 흔적선은 PCB 감지, 저항 및 전압 강하를 최소화하기 위해 짧고 넓어야합니다.이 방면은 고di/dt 펄스 전류를 가진 흔적선에 특히 중요하다.고주파 디커플링 콘덴서 CHF는 0.1uf~10uf, X5R 또는 X7R 전매질의 세라믹 콘덴서여야 하며, 매우 낮은 ESL(유효 직렬 감지) 및 ESR(동등한 직렬 저항)을 가지고 있어야 한다.Y5V와 같은 큰 용량성 전매질은 서로 다른 전압과 온도에서 CHF 재료가 아닌 큰 용량값 저하를 가질 수 있습니다.이 문제는 각 채널의 입력단에 1밀리미터의 고주파 세라믹 콘덴서 두 개를 추가하여 해결할 수 있다.콘덴서는 각 채널의 핫 루프 영역을 분리하여 더 쉽게 사용할 수 있도록 합니다.부하 전류가 최대 30A에 달하더라도 스위치 파형은 안정적이다. 고DV/DT 스위치 영역인 이 매듭은 고주파 노이즈 성분이 풍부해 EMI 노이즈의 강력한 원천이다.스위치 매듭과 기타 소음 민감 흔적 선 사이의 결합 커패시터를 최소화하려면 SW 구리 면적을 가능한 한 작게 유지해야 할 수 있습니다.그러나 큰 센서 전류를 전도하고 전력 MOSFET에 발열 면적을 제공하기 위해 SW 노드의 PCB 면적은 너무 작아서는 안 된다.일반적으로 추가 차단을 위해 스위치 커넥터 아래에 접지 동박 영역을 배치하는 것이 좋습니다.설계에 출력 MOSFET 및 센서를 표면에 장착하기 위한 히트싱크가 없는 경우 동박 영역에 충분한 히트싱크 면적이 있어야 합니다.직류 전압 매듭 (예: 입력 / 출력 전압 및 전원 접지) 의 경우 동박 면적을 가능한 한 넓히는 것이 합리적입니다.여러 개의 오버홀은 열 응력을 더욱 낮추는 데 도움이 된다.높은 dvd/dt 스위치 매듭을 위해 적절한 구리 면적을 결정하려면 dvd/dt 관련 노이즈를 최소화하고 우수한 MOSFET 열 방출 사이의 설계 균형이 필요합니다.전원 용접 디스크 형식의 디커플링 커패시터의 경우 양극과 음극 오버홀은 PCB의 ESL을 줄이기 위해 가능한 한 가까이 접근해야 합니다.이것은 특히 낮은 ESL 콘덴서에 효과적입니다.일반적으로 소값, 낮은 ESR 콘덴서는 더 비싸며, 잘못된 용접 디스크 패턴과 불량한 흔적은 성능을 저하시키고 전반적인 비용을 증가시킵니다.일반적으로 합리적인 용접판 형태는 PCB 소음을 낮추고 열 저항을 낮추며 고전류 소자의 흔적선 저항과 전압 강하를 최소화할 수 있다.큰 전류 전력 부품을 배치할 때 흔히 볼 수 있는 오해는 열 방출을 잘못 사용하는 것이다.뜨거운 공기 용접 디스크를 불필요하게 사용하면 전력 구성 요소 간의 상호 연결 임피던스가 증가하여 더 큰 전력 손실을 초래하고 소형 ESR 커패시터의 디커플링 효과를 줄일 수 있습니다.배치 중에 구멍을 사용하여 큰 전류를 전달하는 경우 임피던스를 줄일 수 있는 충분한 수량이 있는지 확인합니다.또한 핫 에어 쿠션을 이러한 오버홀에 사용하지 마십시오.제어 회로 레이아웃은 제어 회로를 시끄러운 스위치 구리 영역에서 멀어지게 합니다.강압 변환기의 경우 VOUT + 가까운 위치에 제어 회로를 배치하는 것이 좋으며, 승압 변환기의 경우 제어 회로를 VIN + 가까운 위치에 배치하여 전원 흔적선이 연속 전류를 적재할 수 있도록 해야 한다.공간이 허락하는 경우 제어 IC와 전력 MOSFET 및 인덕터(고소음 및 고열 부품) 사이의 거리를 0.5인치에서 1인치로 약간 유지합니다.공간이 부족하고 컨트롤러를 전원 MOSFET 및 센서 근처에 배치해야 하는 경우 컨트롤 회로를 전원 공급 장치와 분리하기 위해 접지 평면 또는 접지 경로로 주의해야 합니다.제어 회로에는 별도의 신호(analo)가 있어야 합니다.

루프 면적과 직렬 교란 두 개 이상의 인접 도체는 커패시터 결합을 생성할 수 있다.한 도체의 높은 dvd/dt는 기생용량을 통해 다른 도체의 전류를 결합시킨다.출력 레벨에서 제어 회로로의 결합 소음을 줄이기 위해 소음이 있는 스위치 흔적선이 민감한 작은 신호 흔적선에서 멀리 떨어지도록 한다.가능하면 민감한 흔적선과 분리된 층에 고소음 흔적선을 배선하고 내부 접지 평면을 소음 차단으로 사용한다.공간이 허락하면 제어 IC는 소음과 발열이 있기 때문에 전력 MOSFET 및 센서와 약간의 거리 (0.5 ~ 1인치) 를 유지해야 합니다.게이트 제어 신호를 라우팅할 때 짧고 넓은 이력을 사용하면 게이트 제어 경로에서 임피던스를 최소화하는 데 도움이 됩니다.적절한 루프 면적의 높은 FET 드라이브 트랙 TG 및 SW를 배치하여 감전 및 높은 dv/dt 노이즈를 최소화합니다.마찬가지로 낮은 FET 드라이브 흔적선 BG는 PGND 흔적선 가까이에 배치되어야 한다.PGND 평면이 BG 흔적선 아래에 배치되면 낮은 FET의 AC 접지 반환 전류가 BG 흔적선에 가까운 경로로 자동으로 결합됩니다.AC 전류는 찾은 회로 / 임피던스로 흐릅니다.이 점에서 로우 그리드 드라이브는 별도의 PGND 반환 흔적선이 필요하지 않습니다.해결 방안은 울타리 구동 흔적선이 통과하는 층의 수를 최소화하여 울타리 소음이 다른 층으로 전파되는 것을 방지한다.모든 작은 신호 흔적선 중에서 독감 측정선은 소음에 민감하다.전류 감지 신호의 폭은 일반적으로 소음의 폭과 비슷한 100mV 미만입니다.LTC3855의 경우 Sense+/Sense-트랙을 간격과 평행하게 배치(켈빈 체크)하여 di/dt 관련 노이즈를 선택할 기회를 최소화해야 합니다.또한 독감 측정선에 사용되는 필터 저항기와 콘덴서는 가능한 한 IC 핀에 접근해야합니다.이 구조의 필터 효과는 노이즈가 장감 측정선에 주입될 때 나타납니다.흔적선 너비의 선택은 특정 컨트롤러 핀의 전류 레벨과 소음 민감도가 같기 때문에 서로 다른 신호에 대해 특정한 흔적선 너비를 선택해야 한다.일반적으로 작은 신호망은 더 좁을 수 있으며 10mil~15mil 폭의 흔적선을 사용할 수 있다.큰 전류 네트워크 (그리드 구동, VCC 및 PGND)는 짧고 넓은 흔적을 사용해야합니다.이들 네트워크의 흔적선은 PCB 보드에 최소 20mil 너비가 있는 것이 좋습니다.