Teknik PCB - Sumber kuasa untuk desain bentangan papan PCB switch terpisah

Rancangan papan PCB yang baik optimize efisiensi, mengurangi tekanan panas, dan mengurangi bunyi dan kesan antara jejak dan komponen. Semuanya berasal dari pemahaman desainer tentang laluan kondukti semasa dan aliran isyarat dalam bekalan kuasa. Apabila tali kuasa prototip pertama kali dihidupkan, ia tidak hanya berfungsi, tetapi juga tenang dan panas rendah. Namun, ini jarang. Masalah umum dengan menukar bekalan kuasa adalah "tidak stabil" menukar bentuk gelombang. Kadang-kadang, gelisah bentuk gelombang berada dalam julat akustik, dan komponen magnetik menghasilkan bunyi yang terdengar. Jika masalah adalah dengan bentangan papan sirkuit dicetak, ia mungkin sukar untuk mencari penyebab. Oleh itu, bentangan PCB yang betul pada tahap awal untuk menukar rancangan bekalan kuasa adalah sangat kritik. Para desainer bekalan kuasa perlu mempunyai pemahaman yang baik tentang perincian teknikal, serta keperluan fungsi produk akhir. Oleh itu, dari awal projek desain papan, perancang bekalan kuasa patut bekerja dengan perancang bentangan PCB pada bentangan bekalan kuasa kritik. Rancangan bentangan yang baik optimizasikan efisiensi kuasa dan mengurangkan tekanan panas; yang lebih penting, ia mengurangkan suara dan interaksi rekod-komponen. Untuk mencapai tujuan ini, raksasa mesti memahami laluan kondukti semasa dan aliran isyarat dalam bekalan kuasa tukar. Untuk mencapai rancangan bentangan yang betul untuk bekalan kuasa penggantian yang tidak terisolasi, penting untuk mengingati unsur rancangan ini.

FloorplanFor a embedded dc/dc power supply on large printed circuit boards, obtaining voltage regulation, load transient response, and system efficiency requires placing the power supply output close to the load device, minimizing interconnect impedance and conduction voltage drop on the PCB traces . Pastikan aliran udara yang baik untuk hadapi tekanan panas; jika pendinginan udara terpaksa tersedia, letakkan bekalan kuasa dekat dengan penggemar. Selain itu, komponen pasif besar seperti induktor dan kondensator elektrolitik tidak boleh menghalang aliran udara melalui komponen setengah konduktor sambung permukaan profil rendah seperti kuasa MOSFET atau pengawal PWM. Untuk mencegah menukar bunyi daripada mengganggu isyarat analog dalam sistem, mencegah meletakkan garis isyarat sensitif di bawah bekalan kuasa sebanyak mungkin; Jika tidak, pesawat tanah dalaman perlu ditempatkan antara lapisan bekalan kuasa dan lapisan isyarat kecil untuk melindungi. Kunci ialah merancang untuk lokasi bekalan kuasa, serta keperluan ruang papan, dalam tahap merancang awal sistem. Kadang-kadang desainer mengabaikan nasihat ini dan fokus pada sirkuit yang lebih "penting" atau "menarik" pada papan sistem besar. Pengurusan kuasa dianggap sebagai selepas itu, dan meletakkan bekalan kuasa dalam ruang yang berlebihan di papan itu merugikan rancangan bekalan kuasa yang efisien dan boleh dipercayai. Untuk papan berbilang-lapisan, pendekatan yang baik adalah untuk meletakkan lapisan tekanan DC tanah atau DC input/output diantara lapisan komponen kuasa-semasa tinggi dan lapisan jejak isyarat kecil sensitif. Pesawat tanah atau pesawat tekanan DC menyediakan tanah AC yang melindungi jejak isyarat kecil dari jejak kuasa bunyi 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, bilangan dan panjang jejak pada lapisan ini patut diminumkan, dan jejak patut ditempatkan dalam arah yang sama dengan semasa tinggi untuk minimumkan kesan. Bentangan tahap kuasaThe switching power supply circuit can be divided into two parts: power stage circuit and small signal control circuit. Sirkuit tahap kuasa mengandungi komponen yang membawa arus tinggi, dan biasanya komponen ini ditempatkan dahulu, diikuti oleh penempatan sirkuit kawalan isyarat-kecil pada titik tertentu dalam bentangan. Jejak-semasa tinggi sepatutnya pendek dan lebar untuk minimumkan induktansi PCB, resistensi, dan jatuh tegangan. Aspek ini sangat penting untuk jejak dengan arus denyut di/dt tinggi. Kondensator penyahpautan frekuensi tinggi CHF sepatutnya kondensator keramik 0.1uf~10uf, X5R atau X7R dielektrik, yang mempunyai ESL yang sangat rendah (induktansi siri efektif) dan ESR (resistensi siri yang sama). dielektrik kapasitatif yang lebih besar (seperti Y5V) mungkin mempunyai titik besar dalam nilai kapasitasi pada voltas dan suhu yang berbeza, dan oleh itu bukan bahan CHF. Masalah ini boleh diselesaikan dengan menambah dua kondensator keramik frekuensi tinggi 1 kabut pada hujung input setiap saluran. Kondensator mengisolasi kawasan loop panas setiap saluran dan membuatnya lebih mudah digunakan. Bentuk gelombang tukar stabil walaupun pada aliran muatan sehingga 30A.Area tukar DV/DT Tinggi Sambungan ini kaya dengan komponen bunyi frekuensi tinggi dan adalah sumber kuat bunyi EMI. Untuk minimumkan kapasitas sambungan antara sambungan tukar dan jejak sensitif bunyi lain, anda mungkin ingin menyimpan kawasan tembaga SW sebanyak mungkin. Bagaimanapun, untuk menjalankan semasa induktor besar dan menyediakan kawasan penyebaran panas untuk kuasa MOSFET, kawasan PCB nod SW tidak sepatutnya terlalu kecil. Secara umum disarankan untuk meletakkan kawasan foil tembaga berdasar di bawah sambungan switch untuk menyediakan perisai tambahan. Jika tidak ada sink panas untuk kuasa lekap permukaan MOSFET dan induktor dalam desain, kawasan foil tembaga mesti mempunyai kawasan penyebaran panas yang cukup. Untuk sambungan tekanan DC (seperti tekanan input/output dan tanah kuasa), ia masuk akal untuk membuat kawasan foil tembaga sebanyak mungkin. Beberapa botol membantu mengurangi tekanan panas lebih lanjut. Menentukan kawasan tembaga yang sesuai untuk sambungan switch dv/dt tinggi memerlukan seimbang rancangan diantara mengurangi bunyi dv/dt-berkaitan dan menyediakan penyebaran panas MOSFET yang baik. Form pad kuasaFor decoupling capacitors, the positive and negative vias should be as close to each other as possible to reduce the ESL of the PCB. Ini sangat berkesan untuk kondensator ESL rendah. Nilai kecil, kondensator ESR rendah umumnya lebih mahal, dan corak pad yang salah dan jejak yang buruk boleh merusak prestasi mereka dan meningkatkan kos keseluruhan. Secara umum, bentuk pad yang masuk akal boleh mengurangi bunyi PCB, mengurangi resistensi panas, dan mengurangi kesan jejak dan jatuh ketegangan komponen-komponen semasa tinggi. Salah faham biasa bila meletakkan komponen kuasa semasa tinggi adalah penggunaan tidak betul untuk melegakan suhu. Penggunaan tidak diperlukan pads udara panas akan meningkatkan pengendalian antara sambungan antara komponen kuasa, menghasilkan kehilangan kuasa yang lebih besar dan mengurangkan kesan pemisahan kondensator ESR kecil. Jika vias digunakan untuk menjalankan arus besar semasa bentangan, pastikan mereka mempunyai bilangan yang cukup untuk mengurangi impedance. Juga, jangan gunakan pads udara panas untuk botol ini. Bentangan sirkuit kawalanKeep control circuits away from noisy switch copper areas. Untuk penukar buck, ia adalah idea yang baik untuk meletakkan sirkuit kawalan dekat dengan VOUT+, sementara untuk penukar boost, sirkuit kawalan patut diletakkan dekat dengan VIN+, membolehkan jejak kuasa untuk membawa arus terus menerus. Jika ruang membenarkan, simpan jarak kecil (0.5 inci hingga 1 inci) antara IC kawalan dan kuasa MOSFET dan induktor (kedua-dua bunyi tinggi dan komponen panas tinggi). Jika ruang ketat dan and a dipaksa untuk meletakkan kawalan dekat dengan kuasa MOSFET dan induktor, perlukan perhatian istimewa untuk mengisolasi sirkuit kawalan dari komponen kuasa dengan pesawat tanah atau jejak tanah. Sirkuit kawalan sepatutnya mempunyai isyarat terpisah (analo

Loop Area and CrosstalkTwo or more adjacent conductors can create capacitive coupling. DVD/dt tinggi pada satu pasangan konduktor keluar arus pada konduktor lain melalui kapasitas parasit. Untuk mengurangi bunyi sambungan dari tahap kuasa ke sirkuit kawalan, pastikan jejak tukar bunyi jauh dari jejak isyarat kecil sensitif. Jika boleh, lalui jejak bunyi tinggi pada lapisan terpisah dari jejak sensitif, dan gunakan pesawat tanah dalaman sebagai perisai bunyi. Jika ruang membenarkan, IC kawalan patut disimpan jarak kecil (0.5 inci hingga 1 inci) dari kuasa MOSFET dan induktor, yang kedua-dua bunyi dan menghasilkan panas. Apabila menjalankan isyarat pemacu pintu, menggunakan jejak pendek, lebar membantu mengurangkan impedance dalam laluan pemacu pintu. Letakkan pemacu FET tinggi jejak TG dan SW dengan kawasan loop yang betul untuk minimumkan induksi dan bunyi dv/dt tinggi. Begitu juga, jejak pemacu FET rendah BG patut ditempatkan dekat jejak PGND. Jika pesawat PGND ditempatkan di bawah jejak BG, arus kembali AC tanah FET rendah akan secara automatik pasang ke laluan dekat jejak BG. Semasa AC akan mengalir ke loop/impedance yang ditemui. Pada titik ini, pemacu pintu rendah tidak memerlukan jejak kembalian PGND terpisah. Solusi adalah untuk minimumkan bilangan lapisan yang jejak pemacu pintu lewat, yang mencegah bunyi pintu daripada menyebar ke lapisan lain. Dari semua jejak isyarat kecil, jejak perasaan semasa sensitif kepada bunyi. Amplitude isyarat pengesan semasa biasanya kurang dari 100mV, yang sama dengan amplitude bunyi. Mengambil LTC3855 sebagai contoh, jejak Sense+/Sense- patut ditempatkan secara selari dengan jarak (pengesan Kelvin) untuk minimumkan peluang untuk mengambil bunyi berkaitan di/dt. Juga, penahan penapis dan kondensator untuk jejak perasaan semasa seharusnya sebanyak mungkin kepada pin IC. Kesan penapisan struktur ini apabila terdapat bunyi disuntik ke dalam garis masuk akal panjang. Pemilihan lebar jejak Biasanya, rangkaian isyarat kecil boleh lebih sempit, menggunakan jejak lebar 10mil~15mil. Rangkaian semasa tinggi (pemacu pintu, VCC, dan PGND) patut guna jejak pendek, luas. Jejak jaringan ini dicadangkan untuk sekurang-kurangnya 20 mil lebar di papan PCB.