Data PCB - Cipta reka papan PCB dengan cepat untuk menukar bekalan kuasa

Pertukaran peraturan dan bekalan kuasa hari ini semakin sempit dan berkuasa, dan frekuensi perubahan yang lebih tinggi dan lebih tinggi adalah salah satu isu utama yang dihadapkan oleh desainer, making Papan PCB merancang semakin sukar. Sebenarnya, bentangan PCB telah menjadi ruang air untuk membezakan antara rancangan bekalan kuasa yang baik dan yang buruk. Artikel ini menyediakan beberapa cadangan bagaimana mencipta bentangan PCB.

Pertimbangkan pengatur tukar 3A yang menurunkan 24V ke 3.3V. Rancang pengaturan 10W seperti ini mungkin tidak kelihatan terlalu sukar pada awalnya, dan raksasa mungkin akan segera dapat bergerak ke tahap implementasi. Namun, mari kita lihat apa masalah yang sebenarnya ditemui selepas mengadopsi perisian desain seperti Webench. Jika kita masukkan keperluan di atas, Webench memilih LM25576 (peranti input 42V termasuk FET 3A) dalam keluarga "Simpler Switcher" dari beberapa ICs. Cip ditempatkan dalam pakej TSSOP-20 dengan pad panas. Optimisasi desain untuk volum atau efisiensi disertai dalam menu Webench. Design memerlukan sejumlah besar induktor dan kondensator, yang memerlukan ruang papan PCB yang besar. Webench menyediakan pilihan seperti yang dipaparkan dalam Jadual 1.

Ia layak diperhatikan bahawa efisiensi adalah 84%, dan efisiensi ini dicapai apabila perbezaan tekanan input-output sangat rendah. Dalam contoh ini, input/nisbah output lebih besar dari 7. Secara umum, sirkuit dua tahap boleh digunakan untuk mengurangi nisbah tahap ke tahap, tetapi efisiensi yang dicapai dengan dua pengatur tidak akan lebih baik. Seterusnya, kita memilih frekuensi tukar Papan PCB area. Frekuensi penukaran tinggi boleh mencipta masalah bentangan. Webench boleh menghasilkan diagram sirkuit dengan semua komponen aktif dan pasif. Lihat laluan semasa: tanda loop FET dalam keadaan aktif dalam merah; tanda loop FET dalam keadaan off dalam hijau. Kita boleh mengamati dua kes yang berbeza: kawasan dengan dua warna dan kawasan dengan satu warna sahaja. Kita mesti perhatikan kes yang terakhir., jadi alternatif semasa diantara sifar dan skala penuh. Ini adalah kawasan dengan/dt. The high di/dt semasa alternatif akan menghasilkan medan magnetik yang signifikan sekitar Papan PCB wayar, yang akan menjadi sumber utama gangguan bagi peranti lain dalam sirkuit dan juga sirkuit lain pada yang sama atau bersebelahan Papan PCB. Anggap ini bukanlah semasa bertukar, laluan semasa umum tidak terlalu penting dan di/kesan dt jauh lebih kecil. Di sisi lain, kawasan-kawasan ini akan membawa beban yang lebih besar pada masa. Dalam contoh ini, laluan umum adalah dari katod diod ke output dan dari tanah output ke anod diod. Sebagai muatan kondensator output dan pelepasan, kondensator ini menghasilkan di tinggi/dt. Semua segmen yang menyambung kondensator output mesti memenuhi dua syarat: ia mesti lebar kerana aliran semasa tinggi, dan ia mesti sebagai pendek yang mungkin untuk mengurangi di/kesan dt.

Key points of PCB layout design
Sebenarnya, desainer tidak patut melaksanakan layouts yang disebut tradisional dengan menjalankan wayar dari Vout dan tanah ke kondensator. Kawalan ini akan membawa arus alternatif besar, jadi menyambung output dan tanah secara langsung ke terminal kondensator adalah pendekatan yang lebih baik. Strom bertukar seperti ini hanya muncul pada kondensator. Kabel lain yang menyambung kondensator sekarang membawa semasa hampir tetap, jadi apa-apa masalah dengan di/dt telah selesai dengan baik. Bumi adalah satu lagi yang sering salah faham. Hanya meletakkan pesawat tanah pada "Lapisan 2" dan menyambung semua dasar ke lapisan ini tidak akan berfungsi dengan baik. Mari kita lihat kenapa. Our design example has up to 3A of current that must flow from ground back to the source (a 24V car battery or a 24V power supply). Sambungan tanah dioda, COUT, CIN, dan muatan akan mempunyai aliran semasa yang lebih besar, semasa sambungan tanah pengatur tukar akan mempunyai aliran semasa kecil. Sama berlaku untuk rujukan tanah bagi pembahagi resistor. Jika semua pin tanah di atas disambung ke satu pesawat tanah, lompatan tanah akan berlaku. Walaupun kecil, sensitive points in the circuit (such as the resistive divider through which the feedback voltage is obtained) will not have a stable ground reference. Dengan cara ini, keseluruhan ketepatan peraturan tekanan akan terpengaruh. In fact, sumber tersembunyi dalam pesawat tanah aras kedua juga menghasilkan "ringing" dan sangat sukar untuk ditemui. Tambahan, sambungan semasa tinggi mesti guna laluan ke pesawat tanah, yang merupakan sumber lain gangguan dan bunyi. Solusi yang lebih baik adalah menyambung tanah CIN sebagai nod bintang untuk semua konduktor tanah semasa tinggi pada sisi input dan output sirkuit. This star node connects the ground plane and two small current ground connections (IC and voltage divider). Sekarang pesawat tanah akan bersih: tiada arus tinggi, tiada lompatan tanah. Semua kawasan semasa tinggi tersambung-bintang ke tanah CIN. All the designer has to do is to keep the ground wires (all on the top layer of the PCB) as short and thick as possible. Nod yang perlu diperiksa adalah nod impedance tinggi kerana ia mudah diganggu. Nod kritik adalah pin balas IC, isyaratnya diambil dari pembahagi resistor. The FB pin is the input to an amplifier (such as the LM25576) or a comparator (such as a hysteresis regulator). Impedasi di titik FB agak tinggi dalam kedua-dua kes. Oleh itu, pembahagi resistor patut ditempatkan ke kanan pin FB, dengan wayar pendek dari tengah pembahagi resistor ke FB. Pemimpin dari output ke pembahagi resisten adalah impedance rendah dan pemimpin lebih panjang boleh digunakan untuk menyambung ke pembahagi resisten. Apa yang penting di sini adalah kaedah kabel dan bukan panjang kabel. Nod lain tidak begitu kritik. Jadi jangan risau tentang menukar nod, diod, COUT, pin VIN bagi IC pengatur tukar, atau CIN.

Wiring method
The wiring method will make a difference to the resistor divider. Kabel ini pergi dari COUT ke pembahagi resistor, dan tanahnya kembali ke COUT. Kita perlu pastikan gelung tidak membentuk kawasan terbuka. Kawasan terbuka bertindak sebagai antena yang menerima. Jika kita boleh pastikan pesawat tanah di bawah wayar bebas dari gangguan, maka kawasan yang ditutup oleh wayar dan tanah di bawah wayar dan jarak antara lapisan 1 dan 2 juga harus bebas dari gangguan. Sekarang jelas mengapa tanah tidak perlu berada di lapisan 4, kerana jarak telah meningkat secara signifikan. Cara lain adalah untuk lalui sambungan tanah bagi pembahagi resistor pada lapisan 1, dan mempunyai dua wayar selari dan sebanyak mungkin untuk membuat kawasan lebih kecil. Titik ini berlaku pada semua wayar yang isyarat mengalir melalui: sambungan sensor, output amplifier, Input penyampai audio atau ADC. Setiap isyarat analog patut diproses untuk mengurangi kemungkinan mereka akan mengambil bunyi. The requirement to minimize open board area whenever possible also applies to low-impedance traces; in this case we have a potential source ("antenna") emitting interfering signals to other parts of the PCB or to other equipment. Untuk mengulang, semakin kecil kawasan papan terbuka, semakin baik. Dua wayar lain juga kritikal, the strip is from the IC's switch output to the diode and inductor node; kedua adalah dari dioda ke nod ini. Dua wayar ini mempunyai di tinggi/dt kedua-duanya apabila suis menyala dan apabila dioda melepasi semasa, jadi wayar ini sepatutnya pendek dan tebal yang mungkin. Kabel dari nod ini ke induktor dan dari induktor ke COUT kurang kritikal. Dalam contoh ini, semasa induktor adalah relatif konstan dan berubah perlahan-lahan. Yang perlu kita lakukan adalah memastikan ia adalah titik impedance rendah untuk mengurangi titik tekanan.

Practical sample analysis
The main component is a controller that works with external FETs in an MSOP-8 package. Perhatikan ruang dekat CIN, titik tanah kondensator ini tersambung secara langsung dengan anod dioda. Anda tidak boleh membuat wayar di dalam "tanah kuasa" mana-mana pendek! The FET[SW] can be moved up a few millimeters to shorten the wire between the cathode-inductor-FET. Kawasan COUT tidak kelihatan. But we can observe that the resistor divider (FB1-FB2) is very close to this IC. FB2 disambung ke pesawat tanah independen lain, dan titik tanah IC juga diperlakukan dengan cara yang sama. Guna tiga kunci untuk sambung tanah "isyarat" ke pesawat tanah, dan tanah "kuasa" juga tersambung dengan pin GND Papan PCB menggunakan tiga botol. Lewat sini., tanah "isyarat" tidak melihat apa-apa lompatan tanah yang berlaku di tanah "kuasa". Jika anda boleh mengikuti beberapa peraturan sederhana di atas, rancangan bentangan PCB anda akan lebih lembut. Sebelum memulakan desain bentangan, mengambil masa untuk mempertimbangkan dengan hati-hati Papan PCB desain bentangan akan mempunyai kesan pembilang, yang boleh membantu anda menyimpan masa untuk menyelesaikan perilaku yang tidak normal dalam bekalan kuasa tukar di masa depan.