PCB 기술 - 강압, 승압 및 SEPIC 동글의 PCB 설계

올바른 PCB 레이아웃은 전원 공급 장치를 성공적으로 설계하는 데 가장 중요한 요소 중 하나입니다.비격리 전원 부분은 전력 시스템의 기본 구성 부분이다.전류의 방향과 고주파 회로를 구축하는 방법을 이해하는 것은 PCB 설계에서 가장 중요한 단계라고 할 수 있다.

본고는 강압, 승압 및 단일 초급 전감 변환기(SEPIC) 전원 부분의 전원 설계 기술을 토론하였다.

강압 변환기

우선, 우리는 출력 전압이 입력 전압보다 낮은 강압 변환기를 사용한다.그림 1은 이 강압 변환기의 원리도와 PCB 레이아웃을 보여준다.

이 단순화 다이어그램에는 입력 및 출력 콘덴서, 센서, 스위치 트랜지스터 및 차단 다이오드가 포함됩니다.

펄스폭 모뎀(PWM)이 연결되는 동안 전류는 녹색 화살표와 같은 경로를 따라 흐르며 입력 콘덴서에서 스위치 트랜지스터를 통해 센서로 흐릅니다.PWM이 끊어지는 동안 분홍색 화살표의 경로를 따라 전류가 센서로 계속 흐릅니다.이것은 출력이 연속적으로 흐르는 전류를 가지고 있다는 것을 의미한다.

입력 고주파 전류는 주기마다 한 번 연결되고 끊깁니다.이러한 전력 세그먼트 레이아웃에서 가장 중요한 부분은 고주파 회로를 줄이는 것입니다.위쪽의 파란색 화살표는 이 순환을 반영합니다.트랜지스터가 통하는 동안 전류는 잠시 다이오드 D1을 통해 땅으로 흐른다.이 기간 동안 입력 콘덴서가 서로 가깝지 않으면 이런 큰 전류 서지는 일부 설계 문제를 초래할 수 있다.

전원 코드 또는 전원 평면에 전원 전류를 수용할 수 있는 충분한 너비가 있는지 확인합니다.일반적으로 스위치 노드를 제외하고 전력 평면은 가능한 한 커야 한다.스위치 노드에는 PCB 레이아웃의 다른 부분에 결합할 수 있는 큰 dV/dt 신호가 있습니다.따라서 가능한 한 표면적을 줄이면 좋은 설계를 실현할 수 있다.여러 개의 오버홀을 사용하여 다른 레이어의 전원 평면을 연결합니다.간단한 경험법은 각 오버홀(10mil 드릴링)이 1A를 초과하지 않아야 한다는 것입니다.PCB 보드처럼 큰 연속 접지 평면을 만들 수 있다면 소음과 고주파 회로를 줄이는 데 도움이 될 것입니다.

승압 변환기

승압 변환기는 낮은 입력 전압에서 높은 출력 전압을 생성하는 데 사용됩니다.승압 변환기에서 강압 변환기와 동일한 절차를 사용하여 주요 경로와 루프를 식별할 수 있습니다.

PWM이 연결되는 동안 전류는 센서를 통해 입력 단자에서 스위치 트랜지스터로 흐릅니다 (녹색 화살표 참조).이 기간 동안 센서에 에너지가 축적됐다가 PWM이 꺼지면 출력단으로 이동한다. 이제 전류는 분홍색 화살표를 따라 입력단에서 출력단으로 흐른다.이것은 입력 측면의 전류가 연속적이라는 것을 의미한다.출력단의 전류는 고주파 스위치 전류이다.고주파 노이즈를 최소화하려면 그림에서 파란색으로 표시된 루프가 가능한 한 짧아야 합니다.

트랜지스터가 통하는 동안 전류는 잠시 다이오드를 통해 출력에서 땅으로 흐를 뿐이다.출력 콘덴서가 전류를 제대로 분류하지 않으면 전원 설계에 문제가 발생할 수 있습니다.강압 변환기에 사용되는 일반적인 레이아웃 기술도 이 승압 변환기에 적용될 수 있다.스위치 노드 면적을 최소화하고 여러 개의 오버홀을 사용하여 접지 평면에 연결합니다.

SEPIC 변환기

SEPIC 동글은 입력 전압이 출력 전압보다 높거나 낮을 때 사용할 수 있습니다.이런 출력 변환기는 입력 전압이 출력보다 낮을 때 승압 작용을 할 수 있고, 입력 전압이 출력보다 높을 때 강압 작용을 발휘할 수 있다.이 회로는 두 개의 센서 또는 단일 결합 센서를 사용합니다.

두 개의 센서가 있기 때문에 스위치 주기의 각 부분에는 두 개의 전류 경로가 있습니다.PWM이 연결되는 동안 전류는 녹색 화살표를 따라 흐르며 센서에 에너지를 축적합니다.PWM이 꺼지면 분홍색 전류 경로를 통해 에너지가 출력으로 전송됩니다.이 SEPIC 설계에서는 입력 전류가 연속적입니다.출력단은 고주파 스위치 전류를 나타내기 때문에 루프를 최소화해야 한다.출력 콘덴서에 가까운 오버홀을 사용하여 접지 평면에 연결하는 것이 좋습니다.접지 평면은 모든 PCB 부품 간에 저임피던스 경로를 제공하여 노이즈를 줄일 수 있습니다.

끝말

전원 레이아웃 설계는 매우 까다로운 작업입니다.첫 번째 단계는 전원에서 전류가 흐르는 방식을 확인한 다음 고주파 회로를 찾아 최소화하는 것이다.그런 다음 접지 평면과 전원 평면을 사용하여 PCB 구성 요소를 매우 낮은 임피던스 방식으로 연결합니다.설계 전류를 수용할 수 있는 평면의 폭이 충분한지 확인합니다.고주파 스위치 노드는 소음이 다른 신호로 결합될 수 있는 기회를 최소화하기 위해 가능한 한 작아야 한다.여러 개의 구멍을 사용하여 다양한 부품을 연결하는 크고 연속적인 접지 평면도 좋은 설계가 될 수 있습니다.