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Blogue PCB - Créez rapidement des conceptions de carte PCB pour l'alimentation à découpage

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Créez rapidement des conceptions de carte PCB pour l'alimentation à découpage

2022-05-27
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Author:pcb

Les régulateurs de commutation et les alimentations électriques d'aujourd'hui sont de plus en plus compacts et puissants, et la fréquence de commutation de plus en plus élevée est l'un des principaux problèmes rencontrés par les concepteurs, ce qui rend la conception de cartes PCB de plus en plus difficile. En fait, la mise en page de PCB est devenue un tournant pour distinguer les bonnes et les mauvaises conceptions d'alimentation à découpage. Cet article fournit quelques conseils sur la façon de créer une mise en page PCB.


Pensez à un régulateur de commutation 3a qui abaisse la tension de 24V à 3,3v. La conception d'un tel régulateur de 10W peut ne pas être trop difficile au début et les concepteurs peuvent bientôt passer à la phase de mise en œuvre. Cependant, Voyons quels problèmes vous rencontrez réellement après avoir adopté un logiciel de conception tel que webench. Si nous entrons les exigences ci - dessus, webench sélectionne parmi plusieurs circuits intégrés le lm25576 (un dispositif d'entrée 42V comprenant un FET 3a) de la série "simpler Switcher". La puce est emballée dans un boîtier tssop - 20 avec un tampon thermique. Les optimisations de conception pour le volume ou l'efficacité sont incluses dans le menu webench. La conception nécessite beaucoup d'inductances et de condensateurs, ce qui nécessite beaucoup d'espace sur la carte PCB. Webench fournit les options indiquées dans le tableau 1.

Carte PCB

Il est à noter que le rendement est de 84% et que ce rendement peut être atteint lorsque la différence de pression d'entrée - sortie est très faible. Dans cet exemple, le rapport entrée / sortie est supérieur à 7. D'une manière générale, il est possible d'utiliser un circuit à deux étages pour réduire le rapport inter - étages, mais l'efficacité obtenue avec deux régulateurs n'est pas meilleure. Ensuite, nous sélectionnons la fréquence de commutation de la zone de la carte PCB. Une fréquence de commutation élevée peut causer des problèmes de mise en page. Webench peut générer des schémas de circuits contenant tous les composants actifs et passifs. Regardez le chemin du courant: Marquez en rouge la boucle où FET est à l'état passant; Marquer la boucle du FET à l'état off en vert. Nous pouvons observer deux situations différentes: une zone avec deux couleurs et une zone avec une seule couleur. Nous devons accorder une attention particulière à ce dernier cas, de sorte que le courant alterne entre zéro et pleine échelle. Ces zones ont un di / DT élevé. Le courant alternatif à haute di / DT créera un champ magnétique important autour des fils de la carte PCB, ce qui deviendra une source majeure d'interférence pour d'autres périphériques du circuit et même d'autres circuits sur la même carte PCB ou une carte PCB adjacente. En supposant qu'il ne s'agit pas d'un courant alternatif, le chemin de courant commun n'est pas très important et l'effet di / DT est beaucoup moins important. D'autre part, ces zones seront soumises à des charges plus importantes au fil du temps. Dans cet example, le chemin commun est de la cathode de la diode vers la sortie et de la masse de sortie vers l'anode de la Diode. Lorsque le condensateur de sortie est chargé et déchargé, ce condensateur produit un di / DT élevé. Tous les segments reliant les condensateurs de sortie doivent remplir deux conditions: ils doivent être larges en raison du courant important et ils doivent être aussi courts que possible pour minimiser l'effet di / dt.


L'essentiel de la conception de la disposition de PCB en fait, les concepteurs ne devraient pas mettre en œuvre la disposition dite traditionnelle par le câblage de vout et de la Terre aux condensateurs. Ces fils transporteront un courant alternatif important, donc connecter la sortie et la masse directement aux bornes du condensateur est une meilleure approche. Ce courant alternatif n'apparaît que sur le condensateur. Les autres fils reliant les condensateurs portent maintenant un courant presque constant, de sorte que tout problème de di / DT est bien résolu. La terre est un autre Puzzle souvent mal compris. Le simple fait de placer un plan de masse sur le « niveau 2» et de connecter toutes les mises à la terre à ce niveau ne fonctionnera pas bien. Voyons pourquoi. Nos exemples de conception ont un courant allant jusqu'à 3a qui doit être renvoyé de la terre à l'alimentation (batterie de voiture 24V ou alimentation 24V). La connexion à la masse des diodes cout, cin et de la charge aura un courant plus important, tandis que la connexion à la masse du régulateur de commutation aura un courant plus faible. Il en est de même pour la référence de masse du diviseur de tension résistif. Si toutes les broches de mise à la terre ci - dessus sont connectées à un plan de mise à la terre, un rebond de mise à la terre se produit. Bien que les points sensibles dans le circuit soient petits (par exemple, un diviseur de tension résistif qui obtient une tension de contre - réaction), il n'y aura pas de référence de masse stable. De cette façon, toute la précision de la régulation de tension sera grandement affectée. En effet, les sources cachées dans le plan de sol secondaire génèrent également des « sonneries » et sont difficiles à localiser. En outre, les connexions à courant élevé doivent utiliser des trous dans le plan de masse, une autre source de perturbations et de bruit. Une meilleure solution consiste à connecter cin à la terre en tant que nœud en étoile pour tous les conducteurs de masse à fort courant du côté de l'entrée et du côté de la sortie du circuit. Ce noeud en étoile relie le plan de masse et deux connexions de masse à faible courant (IC et diviseur de tension). Maintenant, le plan de masse sera propre: pas de courant élevé, pas de rebond du sol. Tous les grands courants de masse sont connectés en étoile à la masse cin. Tout ce que les concepteurs ont à faire est de garder les fils de terre (tous au niveau supérieur du PCB) aussi courts et épais que possible. Les noeuds à vérifier sont ceux à haute impédance car ils sont facilement perturbés. Le nœud clé est la broche de rétroaction de l'IC, dont le signal est tiré du diviseur de tension résistif. La broche FB est l'entrée d'un amplificateur tel que le lm25576 ou d'un comparateur tel qu'un régulateur d'hystérésis. Dans les deux cas, l'impédance au point FB est assez élevée. Par conséquent, le diviseur de tension résistif doit être placé sur le côté droit de la broche FB, avec un court fil allant du milieu du diviseur de tension résistif au FB. Les conducteurs de la sortie au diviseur résistif sont de faible impédance et peuvent être connectés au diviseur résistif en utilisant des conducteurs plus longs. C'est la méthode de câblage qui compte ici, pas la longueur du fil. Les autres nœuds sont moins critiques. Donc, ne vous inquiétez pas des noeuds de commutation, des diodes, des cout, des broches vin ou des cin des circuits intégrés du régulateur de commutation.

Méthode de câblage la méthode de câblage peut avoir un impact sur les diviseurs de tension à résistance. Ce fil est relié de cout à un diviseur de tension résistif dont la masse retourne à cout. Nous devons nous assurer que la boucle ne forme pas une zone ouverte. La zone ouverte agit comme une antenne de réception. Si l'on peut s'assurer qu'il n'y a pas d'interférence dans le plan de masse sous les fils, la zone entourée par les fils et la terre sous les fils et la distance entre les couches 1 et 2 devraient également être exemptes d'interférence. Il est maintenant clair pourquoi le sol ne devrait pas être au niveau 4, car la distance a considérablement augmenté. Une autre méthode consiste à câbler la connexion de masse du diviseur résistif sur la couche 1 et à amener les deux fils en parallèle et le plus près possible pour réduire la surface. Ces points s'appliquent à tous les fils parcourus par le signal: connexion du capteur, sortie de l'amplificateur, entrée de l'ADC ou de l'amplificateur audio. Chaque signal analogique doit être traité pour réduire la probabilité qu'il capte du bruit. L'exigence de réduire autant que possible la surface de la plaque ouverte s'applique également aux traces de faible impédance; Dans ce cas, nous avons une source potentielle ("antenne") qui émet des signaux d'interférence vers d'autres parties du PCB ou d'autres appareils. Une fois de plus, plus la zone ouverte est petite, mieux c'est. Deux autres lignes sont également critiques, celle - ci étant issue de la sortie de commutation de l'IC vers les noeuds de Diode et d'inductance; Le second est de la diode à ce noeud. Lorsque l'interrupteur est allumé et que la diode est alimentée, les deux fils ont un di / DT élevé, de sorte que ces fils doivent être aussi courts et épais que possible. Les fils de ce noeud à l'inducteur et de l'inducteur à cout sont moins critiques. Dans cet example, le courant de l'inductance est relativement constant et varie lentement. Tout ce que nous avons à faire est de nous assurer qu'il s'agit d'un point de faible impédance pour minimiser la chute de tension.

Le composant principal de l'analyse de l'échantillon réel est un Contrôleur qui fonctionne avec le FET externe dans le boîtier msop - 8. Notez l'espace près de cin, le point de masse de ce condensateur est directement connecté à l'anode de la Diode. Vous ne pouvez pas raccourcir le fil à l'intérieur du "Power Ground"! Le FET [SW] peut être déplacé de quelques millimètres vers le haut pour raccourcir le fil entre les inductances de cathode FET. La zone cout est invisible. Mais nous pouvons observer que les diviseurs résistifs (fb1 - fb2) sont très proches de ce ci. Le fb2 est connecté à un autre plan de masse indépendant et les broches de masse du ci sont également traitées de la même manière. Utilisez trois Vias pour connecter la masse "signal" au plan de masse et la masse "power" utilise également trois Vias pour connecter les broches GNd de la carte PCB. De cette façon, la mise à la terre « signal» ne voit aucun rebond de mise à la terre qui se produit sur la mise à la terre « alimentation». Si vous pouvez suivre quelques règles simples ci - dessus, votre conception de mise en page PCB sera plus fluide. Prendre le temps de réfléchir attentivement à la conception de la mise en page de votre carte PCB avant de commencer la conception de la mise en page peut avoir un effet multiplicateur, ce qui peut vous aider à gagner du temps pour résoudre le comportement anormal des futures Alimentations à découpage.