PCB-Neuigkeiten - DC-DC Netzteil PCB Layout

Die Leistung des DC-DC Schaltnetzteils hängt eng mit dem Layout der Leiterplatte. Durch die Berücksichtigung des schnellen Schaltens, Leistungsübergangsstrom und Wärmeableitung beim Schalten von DC-DC, unzumutbare Anordnung und Verkabelung beeinflussen die Leistung der Stromversorgung erheblich und bilden eine ernsthafte Geräuschquelle.

layout:
In the layout of the switching regulator, die Anordnung des AC-Weges ist extrem wichtig, und der DC-Pfad kann sekundär betrachtet werden, Der Rückkopplungssignalpfad ist jedoch das einzige Schlüsselsignal der gesamten DC-DC-Stromversorgung.
Wir alle wissen, dass Spuren auf der Leiterplatte Induktivität haben, ca. 20nH/Zoll. Solange Strom durch die Spur fließt, eine induzierte Spannung erzeugt wird, aber der Spannungswert hängt nicht von der Größe des Stroms ab, sondern von der Geschwindigkeit der Änderung des Stroms, V = L*(dI/dt). Daher, Der AC-Pfad ist sehr wichtig in PCB-Design, speziell für DC-DC integrierte Schaltkreise, die Hochgeschwindigkeitsschaltrohre verwenden, der dI/dt wird sehr hoch sein. NS (National Semiconductor) gives a rough figure: "For a typical buck converter, die aktuelle Änderung im AC-Teil ist 1.2-facher Laststrom während des Abschaltvorgangs, und die Last ist die Last während des Einschaltvorgangs. 0.8-mal der Strom.Hier, die Spur des Wechselstromweges muss so kurz wie möglich sein, einschließlich der Spur des GND-Pins. Obwohl der Strom, der durch den GND-Pin fließt, sehr klein ist, Der Schaltvorgang des Schaltrohrs aktualisiert den Strom durch den GND-Pin. Die Strömung wird sehr steil werden. Dies bedeutet, dass Eingangskondensatoren und Bypass-Kondensatoren so nah wie möglich am IC platziert werden sollten, insbesondere für Step-Down-ICs.
Der Platz um den IC ist begrenzt, und der Eingangskondensator und der Bypass-Kondensator können nicht gleichzeitig in der Nähe des IC platziert werden, insbesondere der Eingangskondensator ist relativ groß.
Zunächst einmal, Verstehen Sie die Rolle des Eingangskondensators, um den Spannungseingang zum IC so stabil wie möglich zu machen und Spannungsschwankungen zu reduzieren. In der Tat, Es sollte möglich sein zu sagen, dass ein großer Eingangskondensator als Gesamtstromversorgung auf der Platine angesehen werden kann. Zur gleichen Zeit, the equivalent series resistance (ESR) and equivalent series inductance (ESL) of the input capacitor may be very high, Die hochfrequente Eingangsspannung am Eingangsleistungspin des IC verursacht. So kann der Eingangskondensator innerhalb von etwa 1 Zoll vom IC platziert werden.
Der Bypass-Kondensator muss so nah wie möglich am Eingangsleistungspin des IC sein. Für Bypass-Taschenlampen mit kurzen oder keinen Pins, im Allgemeinen 0.1uF oder 0.47uF keramische Kondensatoren werden verwendet, die eine bessere Wirkung auf die Filterung von Hochfrequenzwelligkeit hat. Short pins or no pins will reduce the parasitic inductance (ESL) of the capacitor. Zur gleichen Zeit, das allgemein verwendete Paket ist 1206, Typ X7R. Wenn eine kleine Packungsgröße verwendet wird, werden die ESL und ESR des Kondensators zunehmen. Allgemein, Ein solcher Bypass-Kondensator muss neben dem Netzteil-Pin des IC platziert werden.
Für das DC-DC Schaltnetzteil, es wird eine Klemmdiode geben, und seine Platzierung ist auch kritisch. Da ein Ende der Klemmdiode mit dem SW-Pin des IC verbunden ist, Das Signal dieses Pins ist eine rechteckige Welle. Wenn die Spur zu lang ist, seine Induktivität nimmt leicht Rauschen auf, das dem SW-Signal hinzugefügt wird, um eine Rauschspitze zu bilden. Der grundlegende Punkt des Layouts der Klemmdiode ist, sie nahe am IC zu platzieren, und verwenden Sie eine kurze und breite Spur, um den SW-Pin und den GND-Pin des IC direkt anzuschließen.
Nach dem Eingangsbypass werden Kondensator und Klemmdiode bestimmt, um platziert zu werden, das Layout anderer Geräte beginnt. Die Leiterbahn, die den Eingangsbypass-Kondensator und die Klemmdiode verbindet, sollte so kurz und breit wie möglich sein, und es sollte keine Durchgangslöcher in der mit dem IC verbundenen Bahn geben. Für SMT Leiterplatte, Es bedeutet, dass sie auf der gleichen Schicht wie der IC sein müssen. Hier gibt es kein Durchgangsloch.. Es bedeutet nur, dass VIA nicht in der Spur zwischen dem IC verwendet werden sollte, der Eingangsbypass-Kondensator, und die Klemmdiode. Das PAD des Bypass-Kondensators und der Klemmdiode wird anstelle der angeschlossenen Leiterbahn an VIA angeschlossen.

wiring:
Many times we have misused copper pour. Es ist kein Problem für GND-Ebene oder VCC-Ebene Kupferguss. Es kann die Stromschleifenimpedanz reduzieren, und kann als Referenz für Schlüsselsignale verwendet werden, um Störungen zu reduzieren. Aber für die gerade im Layout erwähnte Klemmdiodenverdrahtung, es sollte kurz und breit sein, aber nicht so breit wie möglich. Die Spur ist kurz und leicht verständlich. Jeder wird erkennen, dass dadurch, die Faustregel von "20nH"/Zoll" zeigt, dass die Induktivität der Spur proportional zur Länge ist. Aber ist die Spurinduktivität nicht umgekehrt proportional zur Breite? Normalerweise denken viele Menschen intuitiv, dass es. According to Trace inductance formula:
L = 2l * [ln(2l/w)-0.5 + 0.2235 * (w/l)]
It can be seen that the inductance value and the trace width are non-linear. Um die Wirkung der parasitären Induktivität zu reduzieren, Erweiterung der Spur sollte das letzte Mittel sein. Der erste Schritt sollte sein, die Länge der Spur zu reduzieren. Insbesondere, Die Klemmdiode ist mit dem SW-Stift verbunden. Da die Spannung selbst eine Schaltwellenform ist, wenn Sie den Trace durch einen zu breiten Kupferguss ersetzen, Es wird als Antenne betrachtet und EMI-Probleme einführen. Für den Schaltknoten, Die beste Wahl ist, die Größe der Kupferfolie um sie herum innerhalb des Mindestbereichs der tatsächlichen Anforderungen zu steuern.
Es ist ein sehr häufiges Phänomen im Layout, das Netzkabel durch Kupfer zu ersetzen. Es wird angenommen, dass je größer die Kupferpflaster, je größer der Strom, der getragen werden kann. In der Tat, it should be that the larger the cross-sectional area (width * thickness) of copper, je kleiner der Spurwiderstand pro Längeneinheit, und je kleiner die Wärmeerzeugung. Die aktuelle Handhabungsfähigkeit ist im Wesentlichen das Temperaturanstiegsproblem von Trace. Wir sollten quantitative Berechnungen verwenden, um die Größe des Stromversorgungsteils der Trace zu bestimmen, und sollte das Kupfer nicht überlagern. Allgemein, Ein Temperaturanstieg von 30°C auf 40°C ist akzeptabel, and it is also affected by the surrounding heating devices and must not exceed the rated temperature of the epoxy resin board (FR4 needs to be kept below 120°C).
A rule of thumb: For moderate temperature rise (below 30°C) and current is less than 5A
For 1oz copper, use a copper foil with a width of at least 12mil for 1A current
For 2oz copper, use at least 7mil copper foil for 1A current
GND plane, Versuchen Sie, die Bodenebene intakt zu halten, Trennen oder führen Sie die Drähte nicht auf der Erdungsebene, aber es ist schwierig, dies mit doppelseitigen Platten zu erreichen. The Mehrschichtige Leiterplatte müssen sich an diesen Grundsatz halten. Aber manchmal, wenn es notwendig ist, den digitalen Boden zu teilen, Analoge Masseebene oder Hoch- und Niederspannungs-Masseebene, es ist notwendig, die Bodenebene zu teilen, aber am Ende, Zwei getrennte Masseebenen müssen durch magnetische Perlen oder 0-Ohm-Widerstände verbunden werden, um die elektrische Verbindung und Konsistenz aufrechtzuerhalten. Eine komplette Bodenfläche ist sehr wichtig für Leiterplatte Interferenzschutz und Impedanzsteuerung, weil es ein Referenz- und Rückweg für Signale ist.
Der Rückkopplungskreis im DC-DC Schaltnetzteil ist das einzige Schlüsselsignal in der Signalleitung. Es gibt zwei Möglichkeiten, es zu lösen: 1. Verwenden Sie eine möglichst kurze Rückkopplung, um das aufgenommene Geräusch zu minimieren; 2. Von Lärmquellen fernhalten, wie Induktivitäten oder Dioden. Manchmal, um Lärmquellen zu vermeiden, Es ist auch notwendig, dass Trace länger geht.