Teknik PCB - Rancangan PCB untuk penukar buck, boost dan SEPIC

Bentangan PCB yang betul adalah salah satu faktor yang paling penting untuk rancangan bekalan kuasa yang berjaya. Seksyen kuasa tidak terisolasi adalah blok bangunan asas sistem kuasa. Memahami arah aliran semasa dan bagaimana gelung frekuensi tinggi dibina adalah mungkin langkah yang paling penting dalam reka PCB.

Artikel ini membincangkan teknik desain bekalan kuasa bagi seksyen kuasa buck, boost, dan penukar indunan utama (SEPIC) satu-akhir.

Penukar langkah-bawah

Pertama, kita gunakan penukar buck yang tekanan output lebih rendah daripada tekanan input. Figure 1 menunjukkan bentangan skematik dan PCB bagi penukar buck ini.

Skema mudah ini termasuk kondensator input dan output, induktor, tukar transistor, dan diod blok

Semasa masa pada modulator lebar denyut (PWM), aliran semasa sepanjang laluan yang dipaparkan oleh panah hijau, dari kondensator input ke induktor melalui transistor tukar. Selama masa matian PWM, arus terus mengalir melalui induktor sepanjang laluan panah merah muda. Ini bermakna output mempunyai semasa yang mengalir terus-menerus.

Semasa frekuensi tinggi input diaktifkan dan dimatikan sekali dalam setiap siklus. Bahagian yang paling penting dalam bentangan seksyen kuasa ini adalah untuk mengurangi gelung frekuensi tinggi. Panah biru di bahagian atas mencerminkan gelung ini. Semasa kondukti transistor, semasa mengalir secara singkat melalui dioda D1 ke tanah. Selama masa ini, jika kondensator input tidak terlalu dekat satu sama lain, maka pertumbuhan semasa besar ini mungkin menyebabkan beberapa masalah desain.

Pastikan jejak kuasa atau pesawat kuasa mempunyai lebar yang cukup untuk membawa arus kuasa. Secara umum, pesawat kuasa sepatutnya sebanyak mungkin kecuali nod tukar. Terdapat isyarat dV/dt besar pada nod tukar, yang mungkin disambung dengan bahagian lain bentangan PCB. Oleh itu, mengurangi kawasan permukaannya sebanyak mungkin boleh mencapai rancangan yang baik. Guna vial berbilang untuk sambung pesawat kuasa pada lapisan berbeza. Peraturan sederhana ibu jari adalah bahawa setiap melalui (pengeboran 10 juta) tidak boleh melebihi 1A. Jika and a boleh cipta pesawat tanah terus-menerus sebesar papan PCB, ia akan membantu mengurangi bunyi dan gelung frekuensi tinggi.

Penukar Boost

Penukar bantuan digunakan untuk menghasilkan tekanan output yang lebih tinggi dari tekanan input yang lebih rendah. Anda boleh guna proses yang sama dalam penukar tolak seperti dalam penukar buck untuk mengenalpasti laluan kritik dan loops.

Semasa PWM pada masa, aliran semasa dari terminal input ke transistor tukar (dipaparkan oleh panah hijau) melalui induktor. Selama masa ini, tenaga berkumpul dalam induktor, dan kemudian dipindahkan ke output apabila PWM dimatikan. Sekarang semasa mengalir sepanjang panah merah muda, dari input ke output. Ini bermakna bahawa semasa di sisi input adalah berterusan. Semasa pada output adalah semasa penggantian frekuensi tinggi. Untuk mengurangi bunyi frekuensi tinggi, gelung yang dipaparkan dalam biru dalam figur mesti sebagai pendek yang mungkin.

Selama masa kondukti transistor, arus semasa hanya mengalir secara singkat dari output ke tanah melalui dioda. Jika semasa ini tidak ditutup dengan betul oleh kondensator output, ia mungkin menyebabkan masalah dalam desain bekalan kuasa. Teknik bentangan umum yang digunakan untuk penukar buck juga boleh dilaksanakan pada penukar boost ini. Minimumkan kawasan nod tukar dan guna pelbagai kunci untuk disambung ke pesawat tanah.

Penukar SEPIC

Apabila tenaga input lebih tinggi atau lebih rendah daripada tenaga output, penukar SEPIC boleh digunakan. Penukar kuasa jenis ini boleh memainkan peran penolak apabila tenaga input lebih rendah dari output, dan boleh memainkan peran langkah-bawah apabila tenaga input lebih tinggi dari output. Sirkuit ini menggunakan dua induktor atau satu induktor pasangan.

Kerana terdapat dua induktor, terdapat dua laluan semasa untuk setiap bahagian dari siklus tukar. Semasa PWM pada masa, arus semasa sepanjang panah hijau dan mengumpulkan tenaga dalam induktor. Apabila PWM dimatikan, tenaga dipindahkan ke output melalui laluan semasa merah muda. Dalam rancangan SEPIC ini, semasa input terus menerus. Akhir output menunjukkan aliran penggantian frekuensi tinggi, jadi gelung perlu diminumkan. Ia disarankan untuk menggunakan melalui dekat dengan kondensator output untuk disambung ke pesawat tanah. Pesawat tanah boleh menyediakan laluan penghalang rendah antara semua komponen PCB, dengan itu mengurangkan bunyi.

Perhatian akhir

Rancangan bentangan kuasa adalah tugas yang sangat sukar. Langkah pertama adalah untuk menentukan bagaimana aliran semasa dalam bekalan kuasa, dan kemudian mencari dan minimumkan gelung frekuensi tinggi. Seterusnya, gunakan pesawat tanah dan pesawat kuasa untuk sambung komponen PCB dengan cara yang sangat rendah. Pastikan pesawat yang digunakan mempunyai lebar yang cukup untuk membawa arus direka. Nod pertukaran frekuensi tinggi sepatutnya sebanyak mungkin untuk mengurangi peluang untuk menyambung bunyi ke isyarat lain. Menggunakan banyak botol untuk menyambungkan pesawat tanah yang besar dan terus menerus dari pelbagai peranti mungkin juga rancangan yang baik.