Teknik PCB - Bentangan PCB bekalan kuasa penukaran tidak terisolasi

Masalah umum dengan menukar bekalan kuasa adalah "tidak stabil" menukar bentuk gelombang. Kadang-kadang, kegelisahan berada dalam seksyen bunyi dan komponen magnetik akan menghasilkan bunyi audio. Jika masalah berada dalam bentangan papan sirkuit cetak, ia mungkin sukar untuk mencari sebab. Bentangan PCB yang betul pada tahap awal desain bekalan kuasa tukar adalah sangat kritikal.

Penjana bekalan kuasa mesti mempunyai pemahaman yang baik tentang perincian teknikal dan keperluan fungsi produk akhir. Oleh itu, dari awal projek desain papan sirkuit, desainer sumber patut bekerja sama dengan desainer bentangan PCB pada bentangan elektrik kunci.

Rancangan bentangan yang baik boleh optimumkan efisiensi kuasa dan mengurangkan tekanan panas; yang lebih penting, ia mengurangkan bunyi dan interaksi antara jejak dan komponen. Untuk mencapai tujuan ini, perancang mesti memahami laluan kondukti semasa dan aliran isyarat di dalam bekalan kuasa tukar. Untuk menyadari rancangan bentangan yang betul bagi bekalan kuasa pengtukaran yang tidak terisolasi, unsur rancangan berikut mesti dipertimbangkan.

2. Rencanaan bentangan

Untuk bekalan kuasa dc/dc terbenam pada papan sirkuit besar, untuk mendapatkan peraturan tegangan terbaik, tanggapan sementara muatan dan efisiensi sistem, diperlukan untuk membuat output kuasa dekat dengan peranti muatan dan minimumkan pengendalian sambungan dan kondukti pada jejak PCB. Jatuh tekanan. Pastikan ada aliran udara yang baik untuk hadapi tekanan panas; Jika tindakan pendinginan udara terpaksa boleh digunakan, bekalan kuasa patut dekat dengan penggemar.

Selain itu, komponen pasif besar (seperti induktor dan kondensator elektrolitik) tidak boleh menghalang aliran udara melalui komponen semikonduktor yang diletak permukaan profil rendah, seperti kuasa MOSFET atau pengawal PWM. Untuk mencegah menukar bunyi daripada mengganggu isyarat analog dalam sistem, anda patut mencegah meletakkan garis isyarat sensitif di bawah bekalan kuasa sebanyak mungkin; Jika tidak, anda perlu meletakkan lapisan tanah dalaman antara lapisan kuasa dan lapisan isyarat kecil untuk melindungi.

Kunci ialah merancang lokasi bekalan kuasa dan permintaan ruang papan dalam tahap merancang awal sistem. Kadang-kadang desainer mengabaikan nasihat ini dan fokus pada litar yang lebih "penting" atau "menarik" pada papan sistem besar. Pengurusan kuasa dianggap sebagai selepas itu, dan kuasa ditempatkan pada ruang tambahan pada papan sirkuit. Pendekatan ini sangat merugikan rancangan bekalan kuasa yang efisien tinggi dan boleh dipercayai.

Untuk papan pelbagai lapisan, kaedah yang baik adalah meletakkan lapisan tekanan DC atau input/output DC antara lapisan komponen kuasa-semasa tinggi dan lapisan jejak isyarat kecil sensitif. Lapisan tanah atau lapisan tekanan DC menyediakan jejak isyarat kecil untuk mencegah gangguan dari jejak kuasa bunyi tinggi dan komponen kuasa.

Sebagai peraturan umum, tiada pesawat tanah atau pesawat tekanan DC bagi PCB berbilang lapisan patut dipisahkan. Jika pemisahan ini tidak dapat dihindari, cuba mengurangi nombor dan panjang jejak pada lapisan ini, dan bentangan jejak patut disimpan dalam arah yang sama dengan semasa tinggi untuk mengurangi kesan.

3. Bentangan tahap kuasa

Sirkuit bekalan kuasa boleh dibahagi menjadi dua bahagian, sirkuit tahap kuasa dan sirkuit kawalan isyarat kecil. Sirkuit tahap kuasa mengandungi komponen yang digunakan untuk menghantar arus besar. Secara umum, komponen ini patut ditempatkan dahulu, kemudian sirkuit kawalan isyarat-kecil patut ditempatkan pada titik tertentu dalam bentangan.

Jejak-semasa tinggi sepatutnya pendek dan lebar untuk minimumkan induktansi PCB, resistensi, dan jatuh tegangan. Untuk jejak yang mempunyai arus denyut di/dt tinggi, aspek ini sangat penting.

a menunjukkan induksi parasit PCB dalam laluan semasa di/dt tinggi. Kerana induktan parasit, laluan semasa denyutan tidak hanya radiasi medan magnetik, tetapi juga menghasilkan suara tegangan besar dan titik pada jejak PCB dan MOSFET. Untuk mengurangi induksi PCB, gelung semasa denyut (yang disebut gelung panas) sepatutnya mempunyai lingkungan paling kecil apabila meletakkan, dan jejaknya sepatutnya pendek dan lebar.

Kondensator pemisahan frekuensi tinggi CHF sepatutnya 0.1μF~10μF, X5R atau X7R kondensator keramik dielektrik, ia mempunyai ESL yang sangat rendah (induktansi siri efektif) dan ESR (resistensi siri yang sama). dielektrik kondensator yang lebih besar (seperti Y5V) boleh menyebabkan nilai kondensasi jatuh secara signifikan pada voltas dan suhu yang berbeza, jadi ia bukan bahan terbaik untuk CHF.

b Menyediakan contoh bentangan untuk gelung tekanan kekunci dalam penukar buck. Untuk hadapi titik tegangan lawan dan bilangan vias, komponen kuasa ditempatkan pada sisi yang sama papan sirkuit, dan jejak kuasa juga ditempatkan pada lapisan yang sama. Bila perlu hala garis kuasa tertentu ke lapisan lain, pilih garis dalam laluan semasa terus menerus. Apabila menggunakan vias untuk menyambungkan lapisan PCB dalam loop semasa tinggi, guna vias berbilang untuk minimumkan impedance.