Смернице за дизајн ПЦБ распореда за кругове напајања у режиму прекидача

Преклопно напајање је широко коришћена топологија напајања у енергетској електроници. Било да је реч о компликованој ЦНЦ машини или компактном електронском уређају, све док је уређај повезан на неку врсту напајања, СМПС коло је увек обавезно. Неправилна или неисправна јединица за напајање може довести до великог квара производа, без обзира на то колико добро дизајниран и функционалан круг може бити. Већ смо дизајнирали доста СМПС склопова за напајање попут 12В 1А СМПС и 5В 2А СМПС користећи Повер Интегратион и Випер ИЦ контролер.

Свако комутационо напајање користи прекидач попут МОСФЕТ-а или транзистор снаге који се непрекидно УКЉУЧУЈЕ или ИСКЉУЧУЈЕ у зависности од спецификације преклопног драјвера. Учесталост укључивања овог стања УКЉУЧЕНО и ИСКЉУЧЕНО се креће од неколико стотина килохерца до опсега мегахерца. У таквом високофреквентном преклопном модулу тактике дизајнирања ПЦБ-а су много битније и дизајнер их понекад превиди. На пример, лош дизајн ПЦБ-а може довести до отказа целог кола, као и добро дизајниран ПЦБ може решити многе непријатне догађаје.

Као опште правило, овај водич ће пружити неке детаљне аспекте важних смерница за дизајн ПЦБ-а који су од суштинске важности за било коју врсту дизајна ПЦБ-а заснованог на преклопном режиму напајања. Такође можете погледати технике дизајна за смањење ЕМИ у СМПС круговима.

Прво, за пројектовање напајања у преклопном режиму, треба имати јасну назнаку захтева и спецификација кола. Напајање има четири важна дела.

1. Улазни и излазни филтери.
2. Возачка кола и сродне компоненте за возач, посебно управљачки круг.
3. Прекидачке индуктивности или трансформатори
4. Излазни мост и повезани филтери.

У дизајну ПЦБ-а, сви ови сегменти морају бити одвојени у ПЦБ-у и захтевају посебну пажњу. У овом чланку детаљно ћемо размотрити сваки сегмент.

Смернице за улазне и придружене филтере

Улаз и одељак филтера су место где се бучни или нерегулисани напојни водови повезују у коло. Због тога се улазни кондензатори филтера морају налазити на равномерно удаљеној удаљености од улазног конектора и управљачког кола. Неопходно је увек користити кратку дужину везе за повезивање улазног дела са струјним кругом.

Истакнути одељци на горњој слици представљају блиски положај кондензатора филтера.

Смернице за управљачки круг и управљачки круг

Возач се углавном састоји од интерног МОСФЕТ-а или је понекад преклопни МОСФЕТ споља спојен. Преклопна линија се увек УКЉУЧУЈЕ и ИСКЉУЧУЈЕ на врло високим фреквенцијама и ствара врло бучну линију напајања. Овај део увек мора бити одвојен од свих осталих веза.

На пример, високонапонски једносмерни вод који директно иде до трансформатора (за повратни СМПС) или једносмерни вод који директно иде до индуктивитета (преклопни регулатори засновани на топологији Буцк или Боост) треба да буду одвојени.

На слици испод, истакнути сигнал је високонапонска једносмерна линија. Сигнал се усмерава на такав начин да је одвојен од осталих сигнала.

Једна од најбучнијих линија у дизајну напајања у преклопном режиму је одводна иглица возача, било да је реч о дизајну преусмерења наизменичног и једносмерног напона или може бити комутационо напајање засновано на топологији ниског напајања засновано на доводу, појачању или потицају. дизајн. Увек треба да буде одвојен од свих осталих веза, као и да мора бити врло кратак, јер ова врста рутирања углавном носи врло високофреквентне сигнале. Најбољи начин да ову сигналну линију изолујете од других је коришћење ПЦБ изреза помоћу глодања или димензионалних слојева.

На доњој слици је приказана изолована веза одводног пина која има безбедну удаљеност од Опто-спојнице, као и изрезана ПЦБ-а, који ће уклонити све сметње из других рута или сигнала.

Још једна важна тачка је да возачко коло готово увек има повратну везу или осетљиву линију (неколико пута више од оне као што је линија осећања улазног напона, излазну линију осећања) која је врло осетљива и рад возача у потпуности зависи осетом повратне информације. Било која врста повратне везе или линије осећаја треба да буде краћа како би се избегло спречавање шума. Ове врсте линија увек треба одвојити од струјних, преклопних или било којих других бучних линија.

На доњој слици је приказана одвојена линија за повратне информације од оптопарника до возача.

И не само ово, већ и управљачко коло може имати више врста компонената као што су кондензатори, РЦ филтри који су потребни за контролу рада управљачког кола. Те компоненте морају бити постављене уско преко возача.

Смернице за пребацивање индуктора и трансформатора

Прекидачки индуктор је највећа доступна компонента у било којој плочи за напајање након гломазних кондензатора. Један лош дизајн је усмеравање било које врсте везе између каблова индуктора. Неопходно је не усмеравати никакве сигнале између напона или јастучића индуктивности филтера.

Такође, кад год се трансформатори користе у извору напајања, посебно у АЦ-ДЦ СМПС, главна употреба овог трансформатора је изолација улаза са излазом. Потребна је одговарајућа удаљеност између примарних и секундарних јастучића. Један од најбољих начина за повећање пузања је применом пресека ПЦБ-а помоћу глодалног слоја. Никада немојте користити никакву врсту усмеравања између каблова трансформатора.

Смернице за излазни мост и одељак филтера

Излазни мост је високострујна Сцхоттки диода која одводи топлоту у зависности од струје оптерећења. У неколико случајева су потребни хладњаци са ПЦБ-ом које треба створити у самој ПЦБ-ом помоћу бакарне равни. Ефикасност хладњака је пропорционална површини бакра и дебљини бакра.

Постоје две врсте дебљине бакра обично доступне у ПЦБ-има, 35 микрона и 70 микрона. Што је већа дебљина, то се смањује топлотна повезаност и површина хладњака са ПЦБ-ом. Ако је ПЦБ двоструки слој, а загрејани простор помало није доступан у ПЦБ-у, могу се користити обе стране бакарне равни и те две стране би се могле повезати помоћу заједничких вијака.

Слика испод је пример ПЦБ хладњака Сцхоттки диоде који је створен у доњем слоју.

Кондензатор филтера одмах након Сцхоттки диоде треба поставити врло уско преко трансформатора или прекидачке индуктивности на такав начин да петља напајања кроз индуктор, мост диоду и кондензатор постане врло кратка. На тај начин се може смањити излазна вала.

Горња слика је пример кратке петље од излаза трансформатора до мостне диоде и кондензатора филтера.

Смањивање одбијања тла за СМПС распореде ПЦБ-а

Прво, пуњење земље је неопходно, а раздвајање различитих равни земље у кругу напајања је још једна најважнија ствар.

Из перспективе кола, комутационо напајање може имати јединствено заједничко тло за све компоненте, али то није случај током фазе дизајнирања ПЦБ-а. Према перспективи дизајна ПЦБ-а, тло је одвојено на два дела. Први део је уземљење, а други део је аналогни или контролни. Ова два основа имају исту везу, али постоји велика разлика. Аналогно или контролно уземљење користе компоненте које су повезане са кругом возача. Те компоненте користе равнину уземљења која ствара повратни пут мале струје, с друге стране, струјно уземљење носи повратни пут велике струје. Компоненте напајања су бучне и могле би довести до несигурних проблема са одбијањем тла у управљачким круговима ако су директно повезане у исто тло. Слика доле показује како су аналогни и управљачки склопови потпуно изоловани од осталих далековода на ПЦБ у једнослојној ПЦБ.

Ова два дела треба раздвојити и повезати их у одређеном региону.

То је лако ако је ПЦБ двоструки слој, као што се горњи слој може користити као контролно уземљење, а сви управљачки кругови требају бити повезани у заједничку равнину уземљења у горњем слоју. С друге стране, доњи слој се може користити као струјно уземљење и све бучне компоненте треба да користе ову равнину уземљења. Али та два основа су иста веза и повезана су шематски. Сада, за повезивање горњег и доњег слоја, виас се могу користити за повезивање обе равни земље на једном месту. На пример, погледајте доњу слику -

Горњи део управљачког програма има све кондензаторе повезане са филтером напајања који користе равнину уземљења одвојено названу Повер ГНД, али доњи део ИЦ управљачког програма су све компоненте повезане са контролом, користећи засебни управљачки ГНД. Оба основа су иста веза, али одвојено створена. Обе ГНД везе су се затим спојиле преко управљачког програма.

Пратите ИПЦ стандарде

Слиједите ПЦБ смјернице и правила према ИПЦ стандарду за дизајн ПЦБ-а. Ово увек минимализује шансе за грешке ако дизајнер следи ПЦБ стандард за дизајн описан у ИПЦ2152 и ИПЦ-2221Б. Углавном имајте на уму да ширина трагова директно утиче на температуру и носивост струје. Стога би погрешна ширина трагова могла довести до повећања температуре и слабог протока струје.

Размак између два трагова је такође важно да се избегне неизвесну неуспех или унакрсно разговор, понекад цроссфирес у средњој тренутне апликације високог напона. ИПЦ-9592Б описује препоручени размак између далековода у дизајну ПЦБ заснованих на напајању.

Келвинова веза за Сенсе Лине

Келвинова веза је још један важан параметар у дизајну плоче за напајање, због тачности мерења која утиче на способност управљачког кола. Контролно коло напајања увек захтева неку врсту мерења, било да је то осетљивост струје или осетљивост напона у повратној или осетној линији. Ово очитавање треба извршити из каблова компоненте на такав начин да други сигнали или трагови не ометају чулну линију. Келвинова веза помаже у постизању истог, ако је чулна линија диференцијални пар, дужина мора бити иста и за трагове и траг треба да се повеже преко каблова компоненте.

На пример, Келвинова веза је правилно описана у смерницама за дизајн ПЦБ-а за контролере напајања компаније Текас Текас Инструментс.

Горња слика приказује правилно очитавање струје помоћу Келвинове везе. Права веза је правилна келвин веза која ће бити од суштинског значаја за дизајн чулних линија. Изглед ПЦБ-а је такође правилно наведен у том документу.

Изглед ПЦБ-а приказује уску везу између керамичког кондензатора од 10нФ и 1нФ преко управљачког програма или управљачког склопа ИЦ. Сенсе линија такође одражава правилну келвинску везу. Унутрашњи енергетски слој је одвојена изворна линија која је повезана са истим, али одвојеним изворним линијама, користећи вишеструке вијасе за смањење спреге шума.