A tápegységek alapvető szerepet játszanak a rendszeralkalmazásokban. A minőségi tápegység PCB kialakítása optimalizálja az energiahatékonyságot, csökkenti a hőleadási nyomást és alacsonyabb zajkibocsátást a nagyobb pontosság és stabilitás érdekében kültéri áramellátásban. Jelenleg számos termékalkalmazás, például ipari, autóipari, kommunikációs és fogyasztói igények miniatürizált megoldásokat igényelnek; ennek következtében a miniatürizálási követelmények is ennek megfelelően növekedtek. Ez a cikk a tápegységek PCB-elrendezésének részleteivel foglalkozik.
A tápegység PCB elrendezésének alapelvei.
Az áramforrás helyének meghatározása
Mindenekelőtt a tápegységek PCB-jének a rendszerelrendezés korai szakaszában történő mérlegelésekor figyelembe kell venni azok elhelyezkedését. A kulcsfontosságú alapelv az, hogy a terhelésük közelében helyezzék el őket, hogy elkerüljék, hogy a PCB-nyomok túl hosszúak legyenek, és túl nagy feszültségkülönbséget hozzon létre a tényleges terhelési feszültség és a tápegységek által beállított kimeneti feszültség között, ami pontatlan feszültségméréshez, lassabb dinamikus terhelésreakcióhoz és csökkent hatékonysághoz vezet. Ezenkívül meg kell adni az áramellátási terület becslését is; különben sok PCB-elrendezési irányelv nem követhető, és nem garantálható a működési teljesítmény ezeknél a tápegységeknél.
Ugyanakkor, ha egy rendszer hőelvezetést biztosító ventilátorral rendelkezik, a tápegységet a levegőkimenet közelében helyezve el segíti a hő hatékonyabb elvezetését, miközben növeli az energiahatékonyságot. A ventilátor hatékony hűtésének biztosítása érdekében a hőelvezetési útvonalat is alaposan át kell gondolni, nehogy a magas passzív alkatrészek (tekercsek és elektrolitkondenzátorok) akadályozzák a rövid aktív alkatrészek, például a MOS csövek és a PWM vezérlők hatékony hőelvezetését.
Többrétegű PCB tervezési folyamat
A többrétegű nyomtatott áramköri lapok tervezésének részeként gyakran tanácsos föld- vagy egyenfeszültségű réteget felvenni árnyékoló rétegként a nagyáramú rétegek (például bemeneti feszültség vagy kimeneti feszültség) és az érzékeny kis jelrétegek közé. A földréteg vagy az egyenfeszültségű réteg hatékonyan képes elkülöníteni az érzékeny kis jeleket és táphurkokat, hogy elkerülje a kis jelekkel való interferenciát. A földelési vagy egyenfeszültségű réteg elrendezésének kialakításakor lehetőség szerint prioritást élvez a vezetékek minimalizálása a megszakítás nélküli réteg biztosítása érdekében.
Ha szükséges, győződjön meg arról, hogy a vezetékek ugyanabban az irányban haladnak, mint a nagyáramú vezetékek a táprétegekben, hogy minimálisra csökkentsék a kis jelekkel való interferenciát. Ha vezetékezésre is szükség van, akkor a teljesítményrétegek hasonló nagy áramerősségű kábelezését kell követni, hogy csökkentsük a kettő közötti interferenciát.Például:
1.opció(hatástalan tervezés)
6 rétegű PCB
1. réteg: Tápegység
2. réteg: Kis jel
3. szint: Földszint
4. réteg: DC feszültség vagy padlóréteg
5. réteg: Kis jel
6. réteg: Tápegység vagy vezérlő
4 rétegű PCB
1. réteg: Tápegység
2. réteg: Kis jel
3. szint: Földszint
4. réteg: Kis jel vagy vezérlő
2.opció(hatékony tervezés)
6 rétegű PCB
1. réteg: Tápegység
2. szint: Földszint
3. réteg: Kis jel
4. réteg: DC feszültség vagy padlóréteg
5. réteg: Kis jel
6. réteg: Tápegység vagy vezérlő
4 rétegű PCB
1. réteg: Tápegység
2. szint: Földszint
3. réteg: Kis jel
4. réteg: Kis jel vagy vezérlő
Az opcionális 1 egy nem hatékony kialakítás, amelyben a kis jelréteg beszorul a földi és a nagyáramú rétegek közé, növelve a kapacitív csatolást közte és a nagyáramú rétegek között, és ennek következtében a kis jelek közötti interferencia könnyen zavarhatóvá válik nagyáramú rétegekkel.
Tápegység elrendezése
A kapcsolóáramkör két hurokból áll – a táphurokból és a kis jelvezérlő hurokból. A táphurokban vannak olyan eszközök, amelyek nagy áramot vezetnek, mint például induktorok, kondenzátorok és MOS tranzisztorok – ezeket az eszközöket használat előtt el kell helyezni. Eközben a kis jelvezérlő hurok visszacsatoló ellenállásokat, kompenzációs hálózatokat, frekvenciabeállításokat és túláram-beállításokat tartalmaz, amelyek jellemzően egy táplapka meghatározott helyein találhatók.
Az elektromos vezeték szélességének kiszámítása
Az erősáramú vezetékeken átfolyó áram nagysága miatt a szűkített vezetékek megnövekedett veszteséget és a PCB hőmérsékletet eredményeznek.
Tökéletes az 1A és 20A közötti vonalszélesség-számításokhoz áramokkal, ahol W a vonalszélesség milben mérve; Az I áramot Amperben mérik; A Tcu a réz tömege OZ-ban, a PCB rézanyag tömege OZ-ban.
Példaként 5 A áramerősséget és 1 Oz rézsúlyt feltételezve a minimális vezetékszélesség 120 mils.
Íme a vonalszélesség empirikus képlete:
Hurokelrendezés magas áramváltozási sebességgel
Minden alkatrész, mint például a PCB nyomok, parazita induktivitást, kapacitást és ellenállást tartalmaz, amelyek az áram változásával ingadoznak. A hirtelen áramváltozás feszültségcsúcsokat eredményezhet a parazita induktivitáson, ami meghaladja a feszültségállósági követelményeket, és továbbterjed az interferenciát kifelé, tovább csökkentve az EMI-teszten való sikeres átadás esélyét.
Az 1. ábra egy Buck áramkör alapfelépítését mutatja.
Az 1. ábra egy Buck áramkör alapszerkezetét mutatja be. Először is, zöld vonalak jelzik, hol folyik az áram, amikor a felső cső be van kapcsolva; piros vonalak jelzik az aktuális útvonalakat, amikor ki van kapcsolva; a nagy áramváltozási sebességű hurkok csak egy színnel jelzik az áramkörben betöltött szerepüket – ez a módszer minden áramköri topológiára vonatkozik.
2. ábra Buck áramkör nagy áramváltozási sebesség hurokhoz
A 2. ábra egy Buck-áramkör nagy áramváltozási sebességű hurkát ábrázolja, a kék pedig a nagy áramváltozási sebességű hurkot. Gondoskodni kell arról, hogy a talaj és a sík külön legyen; szétválasztó kondenzátorai jellemzően 0.1 uF és 10 uF között vannak; ezek X5R vagy X7R típusú kerámia kondenzátorok, kis parazita induktivitással és ellenállással, amelyek jó áramutat biztosítanak nagy áramváltozási sebesség mellett.
3. ábra A Boost áramkör vázlata
4. ábra Boost áramkör nagy áramváltozási sebesség hurokhoz
Hasonlóan megfelelőjéhez, a Boost áramkör is elemezhető és megtervezhető ugyanazzal a módszerrel, mint a Buck áramköröknél (a 3. és 4. ábra a Boost áramkör alapvető áramköri felépítését és a nagy áramváltozási sebesség hurkot mutatja).
High feszültség változási sebesség csomópont elrendezés
A kapcsolóüzemű tápegységekben csomópontok vannak a kapcsolócsöves MOS-ok és a szabadonfutó diódák (vagy MOS-cső-egyenirányítók) között, amelyek gyorsan váltanak a földfeszültség és a nagyfeszültség között, és feszültségváltozási sebességük gyors; csomóponti feszültségük, az úgynevezett „csengetési feszültség” a legtöbb elektromágneses interferenciazaj (EMI) forrása.
A zajérzékeny kis jelvezetékekkel történő csatolás minimalizálása érdekében a kapcsoló csomópontok körüli területet minimálisra kell csökkenteni, de ne feledje, hogy ez a csomópont nem lehet túl kicsi!
5. ábra: SCT2360 terhelési vázlat 12V bemenet 5V kimenet 6A kapcsolási rajz
Így a többrétegű kártyatervezéseknél előnyös, ha egy alapsíkot helyeznek el a következő rétegen egy kapcsoló csomópontból a jobb elszigetelés és a zajterjedés csökkentése érdekében.
Az SCT2360 példaként szolgál, ahol az L1 és az SW viszonylag közel helyezkednek el; maximalizálni kell a réz csomópontokon keresztüli hőelvezetést a zaj terjedési képességének csökkentése érdekében. Az Eashub figyelembe vette ezt a problémát a chip tervezése során, hogy minimalizálja a hurokkapcsolatokat a BST és az SW között (azaz a szomszédos érintkezőkön).
6SCT2360 elrendezés
Nagyfrekvenciás szűrőkondenzátor elrendezés.
A nagyfrekvenciás szűrőkondenzátorok minden elektronikus rendszer nélkülözhetetlen részét képezik, védenek a nagy áramváltozási sebesség huroktól és csökkentik a feszültségfeszültséget. Az SCT2360-on például a C3 kondenzátor a chip VIN PIN-kódjához és PGND PIN-kódjához is a legközelebb van egy rövid, de vastag csatlakozóvezetéken keresztül.
A 2. táblázat egy példát mutat be a nagyfrekvenciás szűrőkondenzátorok elrendezésére (nincs átmenő).
3. táblázat Az alábbiakban egy példa látható a nagyfrekvenciás szűrőkondenzátor elrendezésére (átmenetekkel).
Többféle energiaelrendezés
Ha egy rendszeren belül több, egy bemeneti forrást megosztó tápegység nem működik szinkronban egymással, a bemeneti tápegység nyomvonalait el kell választani, hogy megakadályozzuk, hogy a tápegységek közötti közös módú zaj terjedjen a bemenetre és a földre, és zavarja egymást. .
A 4. táblázat példákat ad több tápegység konfigurációjára.
Következtetés:
Becslések szerint a tápegység PCB tervezési problémáinak 80%-a a PCB elrendezéséből ered. Ha megfelelő időt szánunk a NYÁK-elrendezésre, az jelentősen csökkentheti a későbbi hibakeresési időt és lerövidítheti a fejlesztési ciklusokat, az SCT23xx sorozat chip-PIN-tüskéjének optimalizálását kínáló termékek segíthetik az ügyfeleket az optimális PCB-elrendezés elérésében a legjobb teljesítmény érdekében.
Eashub törekszik arra, hogy kiemelkedő teljesítmény-chip részleteket biztosítson, és továbbra is csúcsminőségű power chip termékeket hoz létre, hogy optimális megoldásokat kínáljon ügyfeleinek.
