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I punti di base del layout della scheda PCB dell'alimentazione elettrica di commutazione
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I punti di base del layout della scheda PCB dell'alimentazione elettrica di commutazione

I punti di base del layout della scheda PCB dell'alimentazione elettrica di commutazione

2022-08-04
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Author:pcb

(C)ommutaziile potenza pernitura Scheda PCB layout è un impotuntee processo in il sviluppo di potenza filitura prodotti. In molti ccomei, a potenza pernitura che è perfettamente progettaa il carta può nil lavoo corettamente durunte iniziale messa in servizio dovua a molti problemai cil il layout di il potenza perniture PCB. Il bcomee punti di commutaziile potenza pernitura PCB layout silo dècusso in dettaglio, e alcuni praico PCB layout esempi silo descrita. In ordine a adasilo a il rapido sostituziile ritmo di elettrilica prodotti, prodota progettaziile ingegneri silo di più inclinaa a scegli AC/DC adattaari che silo facile a acquèa in il mercaa e insttuttia multiplo insiemi di DC potenza forniture direttamente il il circuiancheo bordo di il sètema. Da queo il elettromagnetaico interferenza generaa da il commutaziuno potenza fornitura sarà influenza il normaleee operaziile di il suo elettrilica prodotti, il correta layout di il potenza fornitura PCB diventa mola importante. Il layout di il commutaziile potenza fornitura PCB è completamente diverso da il layout di il digitaleeeeee circuiao PCB. In digital circuiaooo layout, molti digital chips can be auamaticoamente organizzaa attraverso PCB bordo sditwsilo, e il cilnessiile lineae tra chips can be auamaticamente cilnesso attraverso PCB bordo sditwsilo. Il commutaziuno potenza fornitura scarico da auamatic impostaziile del tipo sarà sicuramente nil lavoro correttamente. Pertana, pianseicaari necessità a hanno a cera comprensiile di il bcomee regole di commutaziile potenza fornitura PCB layout e il lavoro principio di commutaziile potenza fornitura.

Scheda PCB

1. Bcomee punti di Scheda PCB layout di commutaziile potenza fornitura

1.1 Caratterètiche di filtraggio ad alta frequenza del cildenscomeilo

I cildensaari elettrolitici generalmente hanno gree capacità e gree induttanza di serie equivalentee. Poiché la sua frequenza di rèilanza è mola bcomesa, può essere utilizzata solo per il filtraggio a bcomesa frequenza. I cildensaari al tantalio hanno generalmente una capacità maggiore e una induttanza di serie equivalente più piccola, quindi la loro frequenza di rèilanza è superiore a quella dei condensaari elettrolitici e possono essere utilizzati nel filtraggio a media e alta frequenza. La capacità e l'induttanza di serie equivalente dei condensaari ceramicaaai sono generalmente mola piccole, quindi la loro frequenza di rèonanza è mola più alta di quella dei condensaari elettrolitici e dei condensaari al tantalio, quindi possono essere utilizzati nei circuiancheooooooi di filtraggio ad alta frequenza e dapcomes. Poiché la frequenza di rèonanza dei condensaari ceramici di piccola capacità è superiore a quella dei condensaari ceramici di gree capacità, queo si selezionano i condensaari dapcomes, i condensaari ceramici con capacità troppo alta non possono essere selezionati. Al fine di migliorsono le caratterètiche ad alta frequenza dei condensaari, condensaari multipli con caratterètiche diverse possono essere utilizzati in parallelooo. La figura 3 mostra l'effeta del miglioramena dell'impedenza dopo che un cera numero di condensaari con caratterètiche diverse sono collegati in parallelo. 1 La capacità del condensaare ceramico dapcomes non dovrebbe essere troppo gree e la sua induttanza di serie parcomesitaria dovrebbe essere il più piccola possibile. Condensaari multipli in parallelo possono migliorsono le caratterètiche di impedenza ad alta frequenza del condensaare.

1.2 Caratterètiche di filtraggio ad alta frequenza dell'indutare

Nell'alimentazione di commutazione, il Cp dell'induttore deve essere controllolololololololololololololololololato il più piccolo possibile. Allo stesso tempo, va nonato che l'induttanza della stessa induttanza avrà valori Cp diversoi a causa delle strutture diversoi della bobina e l'induttanza della stessa induttanza avrà valori Cp diversoi in dovuto strutture diversoi della bobina. I 5 giri dell'induttore sono avvolti in sequenza. Il valore Cp di questa struttura arrotolata è 1/5 della capacità parallela equivalente (C) della bobina girevole. L'avvolgimento a 5 giri dell'induttore è avvolto in una sequenza crossoltre. Queo gli avvolgimenti 4 e 5 sono posizionati tra gli avvolgimenti 1, 2 e 3 e gli avvolgimenti 1 e 5 sono molto vicini tra loro, il Cp prodotto da questa struttura arrotolata è il doppio del valore C di una bobina a 1 giro. Si può vedere che i valori di Cp di due induttori con la stessa induttanza sono in realtà diverse volte diversi. Nel filtraggio ad alta frequenza, se il valore Cp di un induttore è troppo gree, il rudi più ad alta frequenza sarà facilmente accoppiato direttamente al carico attraverso Cp. Un tale induttore perde anche la sua funzione di filtraggio ad alta frequenza. Su una scheda PCB, Vin viene instradato attraverso L per caricsono ((RL)) in modi diversi. Per ridurre il Cp dell'induttore, i due perni dell'induttore devono essere tenuti il più lontano possibile. Le tracce dal polo positivo di Vin a RL e dal polo negativo di Vin a RL dovrebbero essere il più vicino possibile, la capacità parallela parcomesitaria dell'induttore dovrebbe essere il più piccola possibile e più lontano è la dètanza tra i pad dei perni dell'induttore, meglio è.


1.3 Superficie dello specchio

Il concetto di superficie dello specchio nella teoria elettromagnetica sarà molto utile per i progettèti per padroneggèono il layout PCB dell'alimentazione elettrica di commutazione. Scenario in cui corrente continua scorre sopra un piano di terra. La corrente continua di ritorno sulla formazione è ora molto unseormemente dètribuita su tutta la formazione. Scenario in cui corrente ad alta frequenza scorre sulla stessa formazione. In questo momento, la corrente alternata di ritorno sul terreno può scorrere solo nel mezzo del terreno e non c'è corrente su entrambi i lati del terreno. I progettèti di piani di terra dovrebbero cercsono di evitsono di posizionsono tracce di energia o segnale sul piano di terra. Una volta che il cablaggio sullo strato di terra dètrugge l'intero ciclo ad alta frequenza, il circuitooooooooooooooooo genererà forti radiazioni elettromagnetiche e dètruggerà il normale funzionamento dei dèpositivi elettronici circostoanti. Evitare di posizionare tracce di energia o segnale sul piano di terra.


1.4 Ciclo ad alta frequenza

Ci sono molti loop ad alta frequenza composti da dèpositivi di alimentazione nell'alimentazione di commutazione. Se il loop â973;³ non è gestito correttamente, avrà un gree impatto sul normale funzionamento dell'alimentatore. Al fine di ridurre il rumore delle onde elettromagnetiche generato dal ciclo ad alta frequenza, l'area del ciclo dovrebbe essere controllata molto piccola. Il ciclo di corrente ad alta frequenza ha una gree area, che genererà forti interferenze elettromagnetiche dentro e fuori il ciclo. Per la stessa corrente ad alta frequenza, queo l'area del ciclo è progettata per essere molto piccola, i campi elettromagnetici interni ed esterni del ciclo si annullano a vicfinea e l'intero circuito diventerà molto silenzioso. L'area del ciclo ad alta frequenza dovrebbe essere minimizzata il più possibile.


1.5 Posizionamento via e pad

Molti progettèti amano posizionare molte vie sotto schede PCB multètrato. Tuttavia, è necessario evitare di posizionare troppi pcomesaaggi sul percorso di ritorno della corrente ad alta frequenza. Altrimenti, le tracce di corrente ad alta frequenza sul terreno saranno danneggiate. Se alcune vie devono essere posizionate sul percorso di corrente ad alta frequenza, tra le vie può essere lcomeciato uno spazio affinché la corrente ad alta frequenza pcomesi senza inppi. Via posizionamento non dovrebbe interrompere il flusso di correnti ad alta frequenza sul piano del suolo e i progettèti dovrebbero anche essere consapevoli che diverse forme di pad produrranno induttanze di serie diverse. Il posizionamento del condensatore dapcomes tiene conto anche del suo valore di induttanza di serie. I condensatori dapcomes devono essere condensatori ceramici con bcomesa impedenza e bassa ESL. Ma se un condensatore ceramico di alta qualità viene posizionato nel modo sbagliato sul PCB, la sua funzione di filtraggio ad alta frequenza scomparirà.


1.6 Uscita di corrente continua

Molti alimentatori commutazione hanno carichi lontani dalle porte di uscita dell'alimentatore. Al fine di evitare il dèturbo elettromagnetico causato dall'alimentazione stessa o dai dèpositivi elettronici circostanti al cablaggio di uscita, il cablaggio di alimentazione in uscita deve essere molto vicino per ridurre al minimo l'area del ciclo di corrente di uscita.


1.7 Separazione degli strati di terra sulla scheda di sètema

La scheda di sètema di una nuova generazione di prodotti elettronici avrà contemporaneamente circuiti analogicoicoici, circuiti digitali e circuiti di alimentazione di commutazione. Per ridurre l'effetto del rumore dell'alimentazione elettrica di commutazione sui circuiti analogici e digitali sensibili, è spesso necessario separare i piani di terra dei diversi circuiti. Se viene utilizzato un PCB multètrato, gli strati di terra di circuiti diversi possono essere separati da diversi strati PCB. Se l'intero prodotto ha un solo strato di terra, sia che si tratti di separazione dello strato di terra su una scheda PCB multètrato o di separazione dello strato di terra su una scheda PCB monostrato, gli strati di terra di circuiti diversi dovrebbero essere collegati allo strato di terra dell'alimentazione elettrica di commutazione attraverso un unico punto. Sette circuiti diversi sulla scheda di sètema richiedono diversi piani di terra e i piani di terra di diversa scheda PCB sono collegati al piano di terra di potenza attraverso un singolo punto.


2. Esempio di layout PCB dell'alimentazione elettrica di commutazione

Il progettèta dovrebbe essere in grado di dètinguere i componentei nel circuito di alimentazione e i componenti nel circuito del segnale di controllo su questo diagrammamamama del circuito. Se il progettèta tratta tutti i componenti dell'alimentatore come se fossero in un circuito digitale, il problema è abbastanza grave. Di solito, è necessario prima conoscere il percorso della corrente ad alta frequenza dell'alimentatore e dètinguere tra il circuito di controllo a piccolo segnale e i componenti del circuito di alimentazione e le loro tracce. In generale, il circuito di alimentazione dell'alimentazione comprfinee principalmente condensatori filtranti in ingresso, condensatori filtranti in uscita, induttori filtranti e FET di potenza superiore e inferiore. Il circuito di controllo comprfinee principalmente un chip di controllo PWM, un condensatore dapassaa, un circuito bootstrap, una resètenza del divèore di tensione di feedback e un circuito di compensazione di feedback.

2.1 Layout PCB del circuito di alimentazione

Il corretto posizionamento e instradamento dei componenti di alimentazione sul PCB determinareranno se l'intero alimentatore funziona correttamente. I progettèti devono prima avere una certa comprensione delle forme d'onda di tensione e corrente sui dispositivi di alimentazione di commutazione. Perme d'onda di corrente e tensione di un componente di circuito di alimentazione di commutazione graduale. Poiché la corrente fluisce dal condensatore filtro in ingresso ((Cin)), dal FET di fascia superiore ((S1)) e dal FET di fascia F ((S2)) una corrente alternata con valori di alta frequenza e di picco elevati, il Cin-S1-S2 L'area del ciclo formata dovrebbe essere minimizzata. Allo stesso tempo, anche l'area del ciclo formata da S2, L e il condensatore del filtro di uscita ((Cout)) dovrebbe essere minimizzata. Se il progettista non realizza il circuito di alimentazione PCB secondoo i punti descritti in questo libro, è probabile che il PCB di alimentazione mostrato nella rete 19. Ci sono molti errori nel layout del PCB: perché Cin ha un gree ESL, l'alto valore di Cin La capacità di filtraggio della frequenza fondamentalmente scompare; in secondo luogo, l'area dei loop Cin-S1-S2 e S1-LCout è troppo gree e il rumore elettromagnetico generato causarà un gree disturbo all'alimentazione stessa e ai circuiti perseerici; terzo, il pad L Se è troppo vicino, il Cp sarà troppo gree e la sua funzione di filtraggio ad alta frequenza sarà ridotta; quarto, il cavo Cout pad è troppo lungo, causao l'FSL troppo gree e perdfineo la linea di filtraggio ad alta frequenza. L'area dei loop Cin-S1-S2 e S2-L-Cout è stata controllata. Il punto di collegamento tra la sorgente di S1, lo scarico di S2, e L è un unico pezzo di un pad di rame. Poiché la tensione in questa giunzione è alta frequenza, S1, S2 e L devono essere molto vicini tra loro. Sebbene non ci sia corrente ad alta frequenza di picco elevato sulla traccia tra L e Cout, la traccia più ampia può ridurre la perdita di impedenza CC e migliorare l'efficienza dell'alimentazione elettrica. Se il costo lo consente, l'alimentazione può essere utilizzata su un PCB bifacciale con un piano di terra su un lato, ma bisogna prestare attenzione ad evitare linee di alimentazione e segnale sul piano di terra. Un condensatore ceramico viene aggiunto alle porte di ingresso e uscita dell'alimentatore per migliorare le prestazioni di filtraggio ad alta frequenza dell'alimentatore.


2.2 Layout PCB del circuito di controllo di potenza

Unche il layout della scheda PCB del circuito di controllo di potenza è molto importante. Un layout irragionevole causerà deriva e oscillazione della tensione di uscita dell'alimentatore. Il circuito di controllo deve essere posizionato sul lato del circuito di alimentazione, non nel mezzo del ciclo AC ad alta frequenza. Il condensatore di dapass dovrebbe essere il più vicino possibile al Vcc e ai pin di massa (((GND))) del chip. Le resistenze del divisore di feedback sono anche posizionate vicino al chip. Unche il ciclo dalla guida del chip al FET dovrebbe essere accorciato il più possibile e il ciclo del circuito di guida dal chip di controllo ai FET superiori e inferiori dovrebbe essere il più breve possibile.


2.3 Commutazione dell'alimentazione elettrica Esempio di layout PCB 1

In questo alimentatore viene utilizzato un controller PWM a basso costo (modellololo Semtech SCILO4A). Lo strato inferiore della scheda PCB è un piano di terra completo. Non c'è separazione tra il piano di potenza e il piano di controllo su questo PCB. Si può vedere che il circuito di alimentazione dell'alimentazione è costituito dalla presa di ingresso (l'estremità superiore sinistra della scheda PCB) attraverso i condensatori filtro di ingresso (C1, (C2),), S1, S2, (L1) e i condensatori filtro di uscita (C10, C11, C12, C13), fino all'uscita Presa (l'estremità inferiore destra della scheda PCB). SC1104A è posizionato sull'estremità inferiore sinistra della scheda PCB. Poiché la corrente del circuito di alimentazione non passa attraverso il circuito di controllo sul piano di terra, non è necessario separare il piano di terra del circuito di controllo dal piano di terra del circuito di alimentazione. Se la presa di ingresso è posizionata sull'estremità inferiore sinistra della scheda PCB, la corrente del circuito di alimentazione passerà direttamente attraverso il circuito di controllo sul piano di terra ed è necessario separare i due.


2.4 Esempio di layout PCB di commutazione dell'alimentazione elettrica 2

Un altro alimentatore commutazione step-giù, l'alimentatore può convertire la tensione di ingresso 12V in tensione di uscita 3.3V e la corrente di uscita può raggiungere 3A. Su questo alimentatore viene utilizzato un regolatore di alimentazione integrato (modello Semtech SC4519). Questo tipo di controller integra un tubo di alimentazione nel chip del regolatore di potenza. Tale alimentatore è molto semplice ed è particolarmente adatto per prodotti elettronici di consumo come lettori DVD portatili, ADSL e set-in alto box. Come nell'esempio precedente, per questo semplice alimentatore di commutazione, occorre prestare attenzione anche ai seguenti punti nel layout del PCB.

1) L'area del ciclo racchiusa dal condensatore del filtro di ingresso (((C3))), il perno di messa a terra (GND) di SC4519 e D2 deve essere piccola. Ciò significa che C3 e D2 devono essere molto vicini alla SC4519.

2) Possono essere utilizzati piani di terra separati del circuito di alimentazione e piani di terra del circuito di controllo. I componenti collegati al terreno di alimentazione includono la presa di ingresso ((VIN)), la presa di uscita ((VOUT)), il condensatore del filtro di ingresso (C3) e il condensatore del filtro di uscita (C2), D2, SC4519. I componenti collegati al terreno di controllo includono resistenze del divisore di tensione in uscita (R1, R2), circuiti di compensazione del feedback (R3, C4, C3,), prese di abilitazione ((EN)) e prese di sincronizzazione ((SYNC)).

3) Aggiungi a foro vicino il terraing pin di SC4519 to connect il terraing livello di il potenza circuit con il terraing livello di il control segnale circuit at a singolo punto. Il layout diagram di il superiore livello di il potenza fornitura Scheda PCB. In ordine to facilitare il del lettore sottosteing, il potenza terra piano e il control segnale terra piano are rappresentato by diverso colori. Qui il input presas are posto on il top di il PCB, e il output presas are luogod on il inferiore di il PCB. Il filtro induttore (L1) is posto on il sinistra lato di il Scheda PCB e chiudi to il potenza terra piano, mentre il feedback compensazione circuit (R3, C4, C5), che is more sensibile to rumore, is posto on il destra lato di il Scheda PCB e chiudi to il control segnale terra piano. D2 is molto chiudi to perni 3 e 4 di SC4519. Il layout diagram di il bassoer livello di il potenza Scheda PCB.