Tecnologia PCB - Come posizionare l'induttanza dell'alimentazione elettrica di commutazione sul PCB

I regolatori di commutazione che convertono la tensione utilizzano l'induttanza per immagazzinare temporaneamente l'energia. Questi induttori sono solitamente di dimensioni molto grandi e devono essere situati nel layout del circuito stampato del regolatore di commutazione. Questo compito non è difficile perché la corrente che scorre attraverso l'induttore può cambiare, ma non istantaneamente. Il cambiamento può essere solo continuo ed è solitamente relativamente lento.

I regolatori di commutazione commutano la corrente avanti e indietro tra due percorsi diversi. Questa commutazione è molto veloce, a seconda della durata del bordo di commutazione. Le linee attraverso le quali i flussi di corrente di commutazione sono chiamati circuiti termici o percorsi di corrente alternata, che conducono la corrente in uno stato di commutazione e non nell'altro stato di commutazione. Nei layout PCB, l'area del ciclo termico dovrebbe essere piccola e il percorso breve per ridurre al minimo l'induttanza parassitaria in questi percorsi. L'induttanza del filo parassitico può produrre uno squilibrio di tensione indesiderato e portare a interferenze elettromagnetiche (EMI).

Un regolatore step-down con il ciclo termico chiave mostrato come linea tratteggiata. Come potete vedere, la bobina L1 non fa parte del ciclo termico. Pertanto, si può presumere che il posizionamento dell'induttore non sia importante. È corretto avere l'induttore fuori dal ciclo caldo -- quindi in questo caso, il posizionamento è di secondaria importanza. Tuttavia, ci sono alcune regole che dovrebbero essere seguite.

I cavi di controllo sensibili non devono essere posti sotto l'induttore (non sopra o sotto la superficie del PCB), nello strato interno o sul retro del PCB. Sotto l'influenza del flusso di corrente, la bobina crea un campo magnetico, che può influenzare i segnali deboli nel percorso del segnale. Nei regolatori di commutazione, un percorso critico del segnale è il percorso di feedback, che collega la tensione di uscita al regolatore di commutazione IC o al divisore di resistenza.

Va anche notato che le bobine reali hanno effetti sia capacitivi che induttivi. Gli avvolgimenti sono collegati direttamente al nodo di commutazione del regolatore di commutazione step-down, come mostrato nella Figura 1. Di conseguenza, la tensione nella bobina cambia forte e rapidamente come la tensione al nodo di commutazione. Poiché il tempo di commutazione nel circuito è molto breve e la tensione di ingresso è molto alta, vi è un notevole effetto di accoppiamento sugli altri percorsi sul PCB. Pertanto, il cablaggio sensibile dovrebbe essere tenuto lontano dalla bobina.

Un esempio di layout dell'ADP2360. In questa figura, i punti di riferimento termici importanti nella Figura 1 sono verdi. Come si può vedere dalla figura, il percorso di feedback giallo è ad una certa distanza dalla bobina L1. Si trova nello strato interno del PCB.

Alcuni progettisti di circuiti non vogliono nemmeno strati di rame nel PCB sotto la bobina. Ad esempio, forniscono una tacca sotto l'induttore, anche in uno strato piano a terra. L'obiettivo è prevenire la formazione di correnti parassite nel piano di terra sotto la bobina a causa del campo magnetico della bobina. Non c'è nulla di sbagliato in questo approccio, ma si sostiene anche che il piano di messa a terra dovrebbe rimanere coerente e non dovrebbe essere interrotto:

1. Il piano di messa a terra utilizzato per schermatura è efficace senza interruzione.

2. più PCB in rame, migliore dissipazione del calore.

3. Anche se si generano vortici, queste correnti scorrono solo localmente, causano solo piccole perdite e hanno poco effetto sulla funzione del piano di terra.

Pertanto, è convenuto che lo strato del piano di messa a terra, anche sotto la bobina, dovrebbe rimanere intatto. In conclusione, possiamo concludere che anche se la bobina del regolatore di commutazione non fa parte del ciclo termico critico, è consigliabile non posizionare cavi di controllo sensibili sotto o vicino alla bobina. I vari piani sul PCB - per esempio, il piano di terra o il piano VDD (tensione di alimentazione) -- possono essere costruiti continuamente senza tagliare.