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Alcuni suggerimenti di layout della scheda PCB SMPS e problemi termici e di rumore
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Alcuni suggerimenti di layout della scheda PCB SMPS e problemi termici e di rumore

Alcuni suggerimenti di layout della scheda PCB SMPS e problemi termici e di rumore

2022-08-25
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Author:pcb
p>Se eseguire la conversione AC-DC o DC-DC su Scheda PCB, I layout di alimentazione di commutazione sono comuni nei progetti ad alta tensione e devono essere costruiti con attenzione. Anche se questo sistema è molto comune, è incline a EMI irradiato a causa dei rapidi cambiamenti di tensione e corrente durante la commutazione. I progettisti sono raramente in grado di adattare i progetti esistenti a nuovi sistemi perché piccoli cambiamenti in un'area possono creare problemi EMI difficili da diagnosticare. Con selezione e instradamento adeguati del posizionamento, Il rumore può essere evitato di diventare un problema significativo sull'uscita SMPS. I convertitori di bassa tensione possono essere acquistati come IC con diversi fattori di forma, ma i convertitori ad alta tensione dovranno essere prodotti da componenti discreti su schede dedicate. Ecco alcuni importanti SMPS Scheda PCB Consigli di layout per mantenere i componenti freschi e prevenire problemi di rumore nel sistema.

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 effetti, you are converting low frequency ripple (i.e. from a full wave rectifier during AC-DC conversion) into high frequency switching noise. Anche se questa conversione produce un'uscita DC più stabile, Ci sono ancora due fonti significative di rumore: rumore di commutazione diretta dagli elementi di commutazione. Rumore transitorio altrove nel sistema. Il rumore può apparire all'uscita dell'unità SMPS sotto forma di rumore condotto e irradiato. Anche se la causa di ogni problema è difficile da diagnosticare, due tipi di rumore possono essere facilmente distinti. Un'altra sfida progettuale in SMPS Scheda PCB layout è il calore generato sulla scheda. Mentre questo può essere influenzato dalla scelta della frequenza PWM corretta, ciclo di lavoro e tempo di salita, è ancora necessario utilizzare la corretta strategia di gestione termica sulla scheda. Con queste due sfide in mente, Diamo un'occhiata ad alcuni dettagli a cui prestare attenzione in SMPS Scheda PCB layout.

thermal management
An ideal SMPS would dissipate zero power, anche se in pratica questo non accade. Your switching transistors (and the input transformer for AC-DC conversion) will dissipate most of the heat. Anche se l'efficienza può raggiungere il 90% nelle topologie di alimentazione di commutazione, I MOSFET di potenza possono ancora dissipare molto calore durante la commutazione. Una pratica comune qui è quella di posizionare dissipatori di calore su componenti critici dell'interruttore. Assicurarsi di ricollegarli al piano di terra per evitare nuovi EMI. In alta tensione/alimentatori ad alta corrente, Questi dissipatori di calore possono essere abbastanza grandi. È possibile migliorare la capacità di raffreddamento del sistema installando ventole sul telaio. Di nuovo, Assicurarsi di seguire le buone pratiche per alimentare questa ventola per prevenire nuovi problemi EMI.

Alcuni SMPS Scheda PCB layout tips
Your layout will help with thermal management to some extent, ma è un fattore più importante della suscettibilità EMI. Tipicamente, Il rumore condotto è gestito utilizzando filtri EMI sui circuiti di ingresso e uscita. Come molti problemi EMI ad alta velocità/sistemi ad alta frequenza, Il vostro stackup sarà il principale determinante della resistenza all'EMI irradiato. La gamma di frequenza pertinente per il funzionamento SMPS è da ~10kHz a ~1MHz, così irradiato EMI induce rumore indotto. Pertanto, si desidera posizionare il piano di terra nello stackup direttamente sotto lo strato superficiale, insieme a tutti i componenti di potenza. Ciò garantirà una bassa induttanza del ciclo del circuito superficiale. Qualsiasi segnale di rumore indotto che si propaga all'uscita viene solitamente eliminato filtrando all'uscita.

transient ringing
Transients are a more difficult problem to solve because they are related to your stackup, routing, presenza di vias, e disaccoppiamento eccessivo/impedenza. Come nel caso dei progetti ad alta velocità, non instradare alcun segnale di commutazione di rame sulle lacune del piano di terra, come questo crea qualche tipo di struttura di antenna che irradia fortemente durante i transienti. These transients tend to be high frequency (anywhere from 10 to 100 MHz). Il problema con il suono transitorio è un problema di gestione dell'impedenza. L'alta impedenza provoca una forte ondulazione di tensione. I componenti devono essere posizionati con il modello di terra corretto per ridurre al minimo l'impedenza nella scheda PDN. Esempi di cuscinetti buoni e cattivi per il tuo componente sono mostrati di seguito.

The quality of the components in the layout
In general, non tenere isole isolate nel tuo layout. Utilizzare condensatori di disaccoppiamento per collegare a terra eventuali isole di alimentazione che possono contenere circuiti di controllo o componenti passivi/piano terra. In questo caso, Faccia attenzione a mettere qualsiasi flaconcino su Scheda PCB, come non si desidera creare vuoti o prese non intenzionali nel piano di terra.