Liniile directoare privind proiectarea aspectului PCB pentru circuitele de alimentare cu energie în modul comutator (SMPS)
Alimentarea cu comutare este o topologie de alimentare pe scară largă utilizată în electronica de putere. Fie că poate fi o mașină CNC complicată sau un dispozitiv electronic compact, atât timp cât dispozitivul este conectat la un fel de sursă de alimentare, un circuit SMPS este întotdeauna obligatoriu. Unitatea de alimentare necorespunzătoare sau defectă poate duce la o defecțiune mare a produsului, indiferent de cât de bine proiectat și funcțional poate fi circuitul. Am proiectat deja destul de multe circuite de alimentare SMPS, cum ar fi 12V 1A SMPS și 5V 2A SMPS folosind Power Integration și respectiv Viper controller IC.
Fiecare sursă de alimentare de comutare folosește un comutator ca un MOSFET sau un tranzistor de alimentare care este pornit sau oprit constant în funcție de specificațiile driverului de comutare. Frecvența de comutare a acestei stări ON și OFF variază de la câteva sute de kiloherci la megahertz. Într-o astfel de modul de comutare de înaltă frecvență, tactica de proiectare a PCB-urilor este mult mai esențială și este uneori ignorată de designer. De exemplu, un design PCB slab ar putea duce la defectarea întregului circuit, precum și PCB bine conceput ar putea rezolva multe evenimente neplăcute.
Ca regulă generală, acest tutorial vă va oferi câteva aspecte detaliate de importanță Linii directoare privind aspectul PCB care sunt esențiale pentru orice tip de proiectare PCB bazată pe sursa de alimentare cu comutare. Puteți consulta, de asemenea, tehnicile de proiectare pentru reducerea EMI în circuitele SMPS.
În primul rând, pentru proiectarea unei surse de alimentare cu comutare, trebuie să aveți o indicație clară a cerințelor și specificațiilor circuitului. Sursa de alimentare are patru porțiuni importante.
- Filtre de intrare și ieșire.
- Circuitul driverului și componentele asociate pentru driver, în special circuitul de control.
- Inductoare de comutare sau transformatoare
- Output Bridge și filtrele asociate.
Într-un design PCB, toate aceste segmente trebuie separate în PCB și necesită o atenție specială. Vom discuta fiecare segment în detaliu în acest articol.
Liniile directoare pentru filtrele de intrare și asociate
Secțiunea de intrare și filtru este locul în care liniile de alimentare zgomotoase sau neregulate se conectează la circuit. De aceea condensatori de filtrare de intrare trebuie să fie situate la o distanță uniformă de conectorul de intrare și circuitul driverului. Este esențial să folosiți întotdeauna o lungime scurtă de conexiune pentru conectarea secțiunii de intrare cu circuitul driverului.
Secțiunile evidențiate din imaginea de mai sus reprezintă amplasarea apropiată a condensatoare de filtrare.
Liniile directoare pentru circuitul de comandă și circuitul de control
Driverul constă în principal dintr-un MOSFET intern sau uneori MOSFET-ul de comutare este conectat extern. Linia de comutare este pornită și oprită întotdeauna frecvență foarte mare și creează o linie de alimentare foarte zgomotoasă. Această porțiune trebuie întotdeauna separată de toate celelalte conexiuni.
De exemplu, linia de curent continuu de înaltă tensiune care merge direct la transformator (Pentru flyback SMPS) sau linia de curent continuu care merge direct la inductor de putere (regulatoare de comutare bazate pe topologie Buck sau Boost) ar trebui separate.
În imaginea de mai jos, semnalul evidențiat este linia de înaltă tensiune DC. Semnalul este direcționat în așa fel încât să fie separat de alte semnale.
Una dintre cele mai zgomotoase linii într-un mod de comutare a alimentării cu energie este designul știftul de scurgere al șoferului, dacă este o Proiectare flyback de la AC la DC sau poate fi un design de sursă de alimentare cu comutare redusă bazat pe topologie bazat pe topologie. Întotdeauna trebuie să fie separat de toate celelalte conexiuni, precum și trebuie să fie foarte scurt, deoarece acest tip de rute poartă în general semnale de înaltă frecvență. Cea mai bună modalitate de a izola această linie de semnal de la alții este de a utiliza Decupare PCB prin utilizarea straturilor de frezare sau cotare.
În imaginea de mai jos, este afișată o conexiune izolată a pinului de scurgere care are o distanță sigură de opto-cuplaj, precum și decupajul PCB va elimina orice interferență de la alte rute sau semnale.
Un alt punct important este că un circuit al șoferului are aproape întotdeauna un feedback sau o linie detectată (de câteva ori mai mult decât una, cum ar fi linia de detectare a tensiunii de intrare, linia de detectare a ieșirii), care este foarte sensibilă și funcționarea driverului este în întregime dependentă prin detectarea feedback-ului. Orice fel de feedback-ul sau linia de detectare ar trebui să aibă o lungime mai mică pentru a evita cuplarea zgomotului. Aceste tipuri de linii trebuie întotdeauna separate de alimentare, de comutare sau de orice alte linii zgomotoase.