Mga alituntunin sa disenyo ng layout ng PCC para sa mga switch mode ng power supply ng switch

Ang paglipat ng suplay ng kuryente ay isang malawakang ginagamit na topology ng power supply sa power electronics. Kung ito man ay maaaring maging isang kumplikadong CNC Machine o isang compact electronic device, basta ang aparato ay nakakonekta sa ilang uri ng power supply isang SMPS circuit ay palaging sapilitan. Hindi wasto o may sira Unit ng suplay ng kuryente ay maaaring humantong sa isang malaking kabiguan ng produkto anuman ang mahusay na pagdisenyo at pagganap na maaaring maging circuit. Dinisenyo na namin ang ilang mga circuit ng SMPS Power Supply tulad ng 12V 1A SMPS at ang 5V 2A SMPS gamit ang Power Integration at Viper controller IC ayon sa pagkakabanggit.

Ang bawat paglipat ng supply ng kuryente ay gumagamit ng isang switch tulad ng isang MOSFET o isang power transistor na patuloy na naka-ON o OFF depende sa detalye ng paglipat ng driver. Ang dalas ng paglipat ng ON at OFF state na saklaw na ito mula sa ilang daang kilohertz hanggang saklaw ng megahertz. Sa tulad ng isang mataas na dalas na module ng paglipat, ang mga taktika sa disenyo ng PCB ay mas mahalaga at kung minsan ay hindi ito pinapansin ng taga-disenyo. Halimbawa, ang isang hindi magandang disenyo ng PCB ay maaaring humantong sa pagkabigo ng buong circuit pati na rin ang mahusay na pagkadisenyo ng PCB ay maaaring malutas ang maraming mga hindi kasiya-siyang kaganapan.

Bilang isang pangkalahatang tuntunin ng hinlalaki, ang tutorial na ito ay magbibigay ng ilang mga detalyadong aspeto ng mahalagang mga alituntunin sa layout ng disenyo ng PCB na mahalaga para sa anumang uri ng switch-mode na power supply na batay sa disenyo ng PCB. Maaari mo ring suriin ang Mga Diskarte sa Disenyo para sa Pagbawas ng EMI sa SMPS Circuits.

Una muna, para sa pagdidisenyo ng isang switch-mode na supply ng kuryente, kailangang magkaroon ng isang malinaw na pahiwatig ng kinakailangan sa circuitry at mga pagtutukoy. Ang suplay ng kuryente ay may apat na mahahalagang bahagi.

Mga filter ng input at output.
Driver circuitry at mga nauugnay na sangkap para sa driver lalo na ang control circuit.
Paglipat ng mga inductor o Transformer
Output Bridge at ang nauugnay na mga filter.

Sa isang disenyo ng PCB, ang lahat ng mga segment na ito ay kailangang ihiwalay sa PCB at nangangailangan ng espesyal na pansin. Tatalakayin namin ang bawat segment nang detalyado sa artikulong ito.

Mga Alituntunin para sa mga filter ng Input at Associated

Ang pag-input at seksyon ng filter ay kung saan ang mga maingay o hindi pinag-uusapan na mga linya ng supply ay nakakakonekta sa circuit. Samakatuwid, ang mga input filter capacitor ay dapat na nakalagay sa isang pantay na spaced distansya mula sa input konektor at ang driver circuit. Mahalaga na palaging gumamit ng isang maikling haba ng koneksyon para sa pagkonekta sa seksyon ng Pag-input sa driver circuit.

Ang mga naka-highlight na seksyon sa imahe sa itaas ay kumakatawan sa malapit na pagkakalagay ng mga filter capacitor.

Mga Alituntunin para sa Circuitry ng Driver at Control Circuit

Pangunahing binubuo ng driver ang isang panloob na MOSFET o kung minsan ang paglipat ng MOSFET ay konektado sa panlabas. Palaging naka-ON ang linya ng paglipat at naka-OFF sa napakataas na dalas at lumilikha ng isang napakaingay na linya ng supply. Palaging kailangang ihiwalay ang bahaging ito mula sa lahat ng iba pang mga koneksyon.

Halimbawa

Sa imahe sa ibaba, ang naka-highlight na signal ay ang linya ng mataas na boltahe DC. Ang signal ay itinuturo sa isang paraan na hiwalay ito sa iba pang mga signal.

Ang isa sa mga pinakaingay na linya sa isang disenyo ng suplay ng kuryente na switch-mode ay ang pin na kanal ng driver, maging ito man ay isang disenyo ng DC to DC flyback o maaari itong maging isang usbong, pagpapalakas o pag-usbong ng topology na batay sa mababang pag-switch ng kuryente disenyo Palaging kailangan itong ihiwalay mula sa lahat ng iba pang mga koneksyon pati na rin kailangang maging napaka-ikli dahil ang ganitong uri ng mga pagruruta sa pangkalahatan ay nagdadala ng mga napakataas na dalas na signal. Ang pinakamahusay na paraan upang ihiwalay ang linya ng signal na ito mula sa iba ay ang paggamit ng cutout ng PCB sa pamamagitan ng paggamit ng mga layer ng paggiling o sukat.

Sa imaheng nasa ibaba, ipinakita ang isang nakahiwalay na koneksyon ng Drain pin na may ligtas na distansya mula sa Opto-coupler pati na rin ang cut ng PCB ay aalisin ang anumang pagkagambala mula sa iba pang mga pagruruta o signal.

Ang isa pang mahalagang punto ay, ang isang circuit ng driver ay halos palaging may feedback o sensed line (ilang beses na higit sa isa tulad ng input voltage sense line, output sense line) na napaka-sensitibo at ang operasyon ng drayber ay ganap na nakasalalay sa pamamagitan ng pagdama ng feedback. Ang anumang uri ng feedback o sense line ay dapat na mas maikli ang haba upang maiwasan ang pagkabit ng ingay. Ang mga ganitong uri ng linya ay laging kailangang ihiwalay mula sa Power, switching o anumang iba pang mga maingay na linya.

Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng isang hiwalay na linya ng Feedback mula sa optocoupler patungo sa driver.

Hindi lamang ito, ngunit ang isang circuit ng driver ay maaari ring magkaroon ng maraming uri ng mga bahagi tulad ng mga capacitor, mga filter ng RC na kinakailangan upang makontrol ang mga operasyon ng driver circuit. Ang mga sangkap na iyon ay kailangang mailagay malapit sa driver.

Mga Alituntunin para sa Paglipat ng Mga Inductor at Transformer

Ang Switching Inductor ay ang pinakamalaking magagamit na sangkap sa anumang board ng power supply pagkatapos ng napakalaking capacitor. Ang isang hindi magandang disenyo ay upang mag-ruta ng anumang uri ng koneksyon sa pagitan ng mga lead ng Inductor. Ito ay mahalaga na hindi ruta ng anumang mga signal sa pagitan ng mga kapangyarihan o i-filter inductor pads.

Gayundin, Kailanman ginagamit ang mga Transformer sa isang suplay ng kuryente, lalo na sa AC-DC SMPS, ang pangunahing paggamit ng transpormer na ito ay upang ihiwalay ang input na may output. Kinakailangan ang sapat na distansya sa pagitan ng pangunahin at pangalawang pad. Ang isang pinakamahusay na paraan upang madagdagan ang creepage ay sa pamamagitan ng paglalapat ng isang cutoff ng PCB gamit ang isang layer ng paggiling. Huwag kailanman gumamit ng anumang uri ng pagruruta sa pagitan ng mga lead ng transpormer.

Mga Alituntunin para sa Output Bridge at Seksyon ng Filter

Ang output tulay ay isang mataas na kasalukuyang Schottky diode na dissipates init depende sa kasalukuyang pag-load. Sa ilang mga kaso, kinakailangan ang mga heat sink ng PCB na kailangang malikha sa mismong PCB sa pamamagitan ng paggamit ng eroplanong tanso. Ang kahusayan ng heat sink ay proporsyonal sa lugar ng tanso ng PCB at kapal.

Mayroong dalawang uri ng kapal ng tanso na karaniwang magagamit sa mga PCB, 35 microns at 70 microns. Ang mas mataas na kapal ay, ang mas mahusay na pagkakakonekta ng thermal at lugar ng lababo ng init ng PCB ay pinaikling. Kung ang PCB ay isang dobleng layer at ang pinainit na puwang ay medyo hindi magagamit sa isang PCB, maaaring magamit ng isa ang magkabilang panig ng eroplanong tanso at maiugnay ang dalawang panig na iyon gamit ang mga karaniwang vias.

Ang imahe sa ibaba ay isang halimbawa ng PCB heatsink ng isang Schottky diode na nilikha sa ilalim na layer.

Ang filter capacitor pagkatapos mismo ng Schottky diode ay kailangang mailagay malapit sa transpormer o ang switching inductor sa paraang ang supply loop sa pamamagitan ng Inductor, Bridge diode at capacitor ay napakaliit. Sa ganitong paraan, maaaring mabawasan ang output ripple.

Ang imahe sa itaas ay isang halimbawa ng isang maikling loop mula sa output ng transpormer sa tulay na diode at filter capacitor.

Pagbabawas ng Ground bounce para sa Mga Layout ng SMB PCB

Una, ang pagpupuno ng lupa ay mahalaga at ang paghihiwalay ng iba't ibang mga eroplano sa lupa sa isang circuit ng supply ng kuryente ay isa pang pinakamahalagang bagay.

Mula sa pananaw ng circuitry, ang isang paglipat ng supply ng kuryente ay maaaring magkaroon ng iisang karaniwang batayan para sa lahat ng mga bahagi ngunit hindi ito ang kaso sa panahon ng disenyo ng PCB. Tulad ng pananaw sa disenyo ng PCB, ang lupa ay pinaghiwalay sa dalawang bahagi. Ang unang bahagi ay power ground at ang pangalawang bahagi ay analog o control ground. Ang dalawang bakuran ay may parehong koneksyon ngunit mayroong isang malaking pagkakaiba. Ang analog o control ground ay ginagamit ng mga sangkap na nauugnay sa driver circuit. Ang mga sangkap na iyon ay gumagamit ng isang ground plane na lumilikha ng isang mababang kasalukuyang path ng pagbabalik, sa kabilang banda, ang power ground ay nagdadala ng mataas na kasalukuyang return path. Ang mga sangkap ng kuryente ay maingay at maaaring humantong sa hindi sigurado na mga isyu sa bounce ground sa control circuitry kung direkta silang konektado sa iisang lupa. Ipinapakita ng imahe sa ibaba kung paano ang analog at control circuitry ay ganap na ihiwalay mula sa iba pang mga linya ng kuryente ng PCB sa isang solong layer ng PCB.

Ang dalawang bahagi na ito ay kailangang ihiwalay at dapat na konektado sa isang partikular na rehiyon.

Madali ito kung ang PCB ay isang dobleng layer, tulad ng tuktok na layer ay maaaring magamit bilang isang control ground at lahat ng control circuitry ay dapat na konektado sa karaniwang ground plane sa tuktok na layer. Sa kabilang banda, ang ilalim na layer ay maaaring magamit bilang isang power ground at lahat ng mga maingay na sangkap ay dapat gamitin ang ground plane na ito. Ngunit ang dalawang mga batayan ay ang parehong koneksyon at konektado sa eskematiko. Ngayon, para sa pagkonekta sa tuktok at ilalim na mga layer, maaaring magamit ang vias para sa pagkonekta ng parehong mga eroplano sa lupa sa isang solong lugar. Halimbawa, tingnan ang larawan sa ibaba -

Ang bahagi sa itaas ng driver ay may lahat ng mga capacitor na nauugnay sa filter ng kapangyarihan na gumagamit ng isang ground plane na hiwalay na tinatawag na Power GND, ngunit ang bahagi sa ibaba ng driver IC ay lahat ng mga kaugnay na kontrol na sangkap, gamit ang isang hiwalay na control GND. Ang parehong mga bakuran ay magkatulad na koneksyon ngunit magkahiwalay na nilikha. Ang parehong koneksyon sa GND pagkatapos ay sumali sa buong Driver IC.

Sundin ang Mga Pamantayan sa IPC

Sundin ang mga alituntunin at panuntunan ng PCB alinsunod sa pamantayan ng disenyo ng IPC PCB. Palaging pinapaliit nito ang mga pagkakataong error kung sundin ng taga-disenyo ang pamantayan ng disenyo ng PCB na inilarawan sa IPC2152 at IPC-2221B. Pangunahing tandaan na ang lapad ng mga bakas ay direktang nakakaapekto sa temperatura at kasalukuyang kapasidad sa pagdadala. Samakatuwid, ang maling lapad ng mga bakas ay maaaring humantong sa isang pagtaas ng temperatura at mahinang kasalukuyang daloy.

Ang agwat sa pagitan ng dalawang mga bakas ay mahalaga din upang maiwasan ang hindi tiyak na pagkabigo o cross-talk, kung minsan ang mga crossfires sa mataas na kasalukuyang mataas na boltahe na aplikasyon. Inilalarawan ng IPC-9592B ang inirekumendang spacing sa pagitan ng mga linya ng kuryente sa disenyo ng PCB batay sa Power Supply.

Kelvin Connection para sa Sense Line

Ang koneksyon ni Kelvin ay isa pang mahalagang parameter sa Disenyo ng Power Supply Board, dahil sa kawastuhan ng pagsukat na nakakaapekto sa kakayahan ng control circuit. Ang isang power supply control circuit ay laging nangangailangan ng ilang uri ng mga sukat, maging kasalukuyang sensing o volting sensing sa feedback o sense line. Ang sensing na ito ay dapat gawin mula sa mga lead na bahagi sa isang paraan na ang ibang mga signal o bakas ay hindi makagambala sa linya ng kahulugan. Ang koneksyon ng Kelvin ay tumutulong sa pagkamit ng pareho, kung ang linya ng pang-unawa ay isang pares na kaugalian, ang haba ay kailangang pareho para sa parehong mga bakas at ang bakas ay dapat na kumonekta sa mga bahagi ng bahagi.

Halimbawa, ang koneksyon ng Kelvin ay maayos na inilarawan sa mga alituntunin sa disenyo ng PCB ng mga Power Controller ng mga instrumento sa Texas.

Ang imahe sa itaas ay nagpapakita ng wastong kasalukuyang sensing gamit ang isang koneksyon sa Kelvin. Ang tamang koneksyon ay ang tamang koneksyon ng kelvin na magiging mahalaga para sa disenyo ng linya ng kahulugan. Ang layout ng PCB ay ibinigay din nang maayos sa dokumento na iyon.

Ang layout ng PCB ay nagpapakita ng isang malapit na koneksyon sa pagitan ng 10nF at 1nF ceramic capacitor sa buong driver o controller IC. Ang linya ng Sense ay sumasalamin din sa tamang koneksyon ng kelvin. Ang layer ng lakas ng Inner ay isang pinaghiwalay na linya ng mapagkukunan na konektado sa pareho ngunit pinaghiwalay na mga linya ng mapagkukunan gamit ang maraming vias para sa pagbawas ng pagkabit ng ingay.