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Einige SMPS PCB Board Layout Tipps und Geräusch und thermische Probleme
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Einige SMPS PCB Board Layout Tipps und Geräusch und thermische Probleme

Einige SMPS PCB Board Layout Tipps und Geräusch und thermische Probleme

2022-08-25
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Author:pcb
p>Ob AC-DC oder DC-DC Umwandlung auf Leiterplatte, Schaltnetzteile sind in Hochspannungsaufbauten üblich und müssen sorgfältig konstruiert werden. Obwohl dieses System sehr verbreitet ist, Es ist anfällig für abgestrahlte EMI aufgrund der schnellen Änderungen von Spannung und Strom während des Schaltens. Designer sind selten in der Lage, bestehende Designs an neue Systeme anzupassen, da kleine Änderungen in einem Bereich EMI-Probleme verursachen können, die schwer zu diagnostizieren sind. Mit der richtigen Platzierung Auswahl und Routing, Rauschen kann verhindert werden, dass es zu einem erheblichen Problem am SMPS-Ausgang wird. Niederspannungsumwandler können als ICs mit unterschiedlichen Formfaktoren erworben werden, Hochspannungsumwandler müssen jedoch aus diskreten Komponenten auf dedizierten Platinen hergestellt werden. Hier sind einige wichtige SMPS Leiterplatte Layouttipps, die Ihnen helfen, Komponenten kühl zu halten und Lärmprobleme in Ihrem System zu vermeiden.

Noise and Thermal Issues in SMPS PCB Board Layout
There is no fix: any SMPS will generate moderate high frequency noise due to the switching action of the transistor driver. In der Tat, you are converting low frequency ripple (i.e. from a full wave rectifier during AC-DC conversion) into high frequency switching noise. Obwohl diese Umwandlung einen stabileren DC-Ausgang erzeugt, Es gibt noch zwei wesentliche Störquellen: das direkte Schaltgeräusch der Schaltelemente. Vorübergehende Geräusche an anderer Stelle des Systems. Rauschen kann am Ausgang der SMPS-Einheit in Form von geführtem und abgestrahltem Rauschen auftreten. Obwohl die Ursache jedes Problems schwer zu diagnostizieren ist, zwei Arten von Lärm können leicht unterschieden werden. Eine weitere Designherausforderung in SMPS Leiterplatte Layout ist die auf der Platine erzeugte Wärme. Dies kann durch die Wahl der richtigen PWM-Frequenz beeinflusst werden, Arbeitszyklus und Anstiegszeit, Sie müssen immer noch die richtige Wärmemanagementstrategie auf dem Board anwenden. Angesichts dieser beiden Herausforderungen, Lassen Sie uns einen Blick auf einige Details werfen, auf die Sie in SMPS achten sollten Leiterplatte Layout.

thermal management
An ideal SMPS would dissipate zero power, obwohl dies in der Praxis nicht geschieht. Your switching transistors (and the input transformer for AC-DC conversion) will dissipate most of the heat. Auch wenn der Wirkungsgrad 90% in Schaltnetztopologien erreichen kann, Leistungs-MOSFETs können während des Schaltens noch viel Wärme ableiten. Eine gängige Praxis ist hier, Kühlkörper an kritischen Schalterkomponenten zu platzieren. Stellen Sie sicher, dass Sie sie wieder mit der Bodenebene verbinden, um neue EMI zu verhindern. In Hochspannung/Hochstromversorgungen, Diese Kühlkörper können ziemlich groß sein. Sie können die Kühlleistung Ihres Systems erhöhen, indem Sie Lüfter auf dem Chassis installieren. Wieder einmal, Stellen Sie sicher, dass Sie bewährte Verfahren für die Stromversorgung dieses Lüfters befolgen, um neue EMI-Probleme zu vermeiden.

Einige SMPS Leiterplatte layout tips
Your layout will help with thermal management to some extent, aber es ist eine größere Determinante der EMI-Anfälligkeit. Typischerweise, Geführtes Rauschen wird mithilfe von EMI-Filtern an den Ein- und Ausgangsschaltungen behandelt. Wie viele EMI-Probleme bei hoher Geschwindigkeit/Hochfrequenzsysteme, Ihr Stackup wird der Hauptdeterminant des Widerstands gegen bestrahlte EMI sein. Der relevante Frequenzbereich für SMPS-Betrieb ist ~10kHz bis ~1MHz, so ausgestrahlte EMI induziert induziertes Rauschen. Daher, Sie möchten die Bodenebene direkt unter der Oberflächenschicht im Stapel platzieren, zusammen mit allen Leistungskomponenten. Dies stellt eine niedrige Schleifeninduktivität der Oberflächenschaltung sicher. Jedes induzierte Rauschsignal, das sich zum Ausgang ausbreitet, wird normalerweise durch Filtern am Ausgang eliminiert..

transient ringing
Transients are a more difficult problem to solve because they are related to your stackup, Routing, Vorhandensein von Durchkontaktierungen, und übermäßige Entkopplung/Impedanz. Wie bei Hochgeschwindigkeitskonstruktionen, Leiten Sie keine kupfertragenden Schaltsignale auf die Lücken in der Masseebene, da dies eine Art Antennenstruktur erzeugt, die während Transienten stark strahlt. These transients tend to be high frequency (anywhere from 10 to 100 MHz). Das Problem mit transientem Klingeln ist ein Impedanzmanagementproblem. Hohe Impedanz führt zu starker Spannungswelligkeit. Komponenten sollten mit dem richtigen Landmuster platziert werden, um Impedanz in der Platine PDN zu minimieren. Beispiele für gute und schlechte Pads für Ihr Bauteil finden Sie unten.

The quality of the components in the layout
In general, Behalten Sie keine isolierten Inseln in Ihrem Layout. Verwenden Sie Entkopplungskondensatoren, um alle Leistungsinseln, die Steuerschaltungen oder passive Komponenten enthalten können, wieder mit der Erde zu verbinden/Bodenebene. In diesem Fall, Seien Sie vorsichtig, wenn Sie Vias auf Leiterplatte, da Sie keine unbeabsichtigten Lücken oder Buchsen in der Erdungsebene erzeugen möchten.