Minimizarea căderii de tensiune a sursei de alimentare pe PCB Design electronic
Pentru a livra tensiunea de alimentare specificată încărcăturilor de pe PCB-urile de curent înalt și de joasă tensiune de astăzi, proiectanții trebuie să minimizeze căderea IR înțelegând soluțiile disponibile și compromisurile lor.
În ciuda disponibilității și utilizării pe scară largă a componentelor cu consum redus de energie, plăcile de circuite imprimate de astăzi (PCB) pot necesita o cantitate semnificativă de curent, plăcile consumând 50, 100 și chiar 200 A în utilizare obișnuită. Ori de câte ori curentul este livrat la o sarcină, va exista o cădere de tensiune bazată pe IR, iar proiectanții trebuie să țină seama de această pierdere atunci când așeză placa și plasează sursa de alimentare, șinele de alimentare de curent continuu și sarcinile.
Pentru o funcționare consecventă și fiabilă, este important să vă asigurați că această cădere nu împinge aceste tensiuni ale șinei de curent continuu la capătul inferior al benzii lor minime/maxime. De obicei, este plus/minus câteva procente din valoarea nominală.
O privire rapidă asupra numerelor clarifică provocarea. „1 oz” standard cupru (așa-numitul deoarece cântărește 1 oz pe picior pătrat) pe un laminat PCB, cum ar fi FR-4, are o grosime de 35 µm; 2 oz. cuprul este de două ori mai gros, desigur, iar cuprul „subțire” este la jumătate mai gros. Folosind 1 oz. cupru, de exemplu, o urmă de 10 cm lungime, 1 mm lățime va avea o rezistență de aproximativ 50 m) (rezistența cuprului este de 1,74 × 10 -8 Ω⋅m la 20 ° C). Există multe calculatoare de rezistență online la îndemână, precum cel de la Trance-Cat (Fig. 1).
Dacă livrați 10 A prin această urmă, căderea IR este de aproximativ 500 mV (0,5 V), ceea ce este substanțial. Aceasta înseamnă că șina de curent continuu la sarcină este cu jumătate de volt mai mică decât la sursă și există, de asemenea, energie irosită (I 2 R) și disiparea căldurii însoțitoare. Rețineți că scăderea nu este o funcție a valorii tensiunii nominale a șinei - depinde doar de curent și rezistență. Prin urmare, o șină de 15 V vede aceeași pierdere ca o șină de 3 V, dar pierderea proporțională este mult mai mare la tensiunea mai mică.
Situația se poate agrava și mai mult. Unele modele utilizează un plan de masă cu rezistență redusă (adesea ca strat distinct de PCB) atât pentru solurile de semnal analogice cât și digitale și pentru solul de retur de curent continuu. Cu toate acestea, multe modele beneficiază de (sau necesită) căi de împământare separate pentru semnale și pentru împământarea electrică pentru a reduce la minimum zgomotul și pot folosi chiar și o cale separată de retur de curent continuu. În astfel de cazuri, căderea IR este efectiv dublată, cu o picătură pentru încărcarea șinei de ieșire a sursei și o a doua cădere pentru revenirea sarcinii curentului la sursă.