- Retningslinjer for inndata og tilknyttede filtre
- Retningslinjer for førerkrets og kontrollkrets
- Retningslinjer for bytte av induktorer og transformatorer
- Retningslinjer for utgangsbro og filterseksjon
- Redusere bakkestopp for SMPS PCB-oppsett
- Følg IPC-standardene
- Kelvin Connection for Sense Line
Bytte strømforsyning er en mye brukt strømforsyningstopologi innen kraftelektronikk. Enten det kan være en komplisert CNC-maskin eller en kompakt elektronisk enhet, så lenge enheten er koblet til en slags strømforsyning, er en SMPS-krets alltid obligatorisk. Feil eller feil strømforsyningsenhet kan føre til en stor feil på produktet uavhengig av hvor godt designet og funksjonelt kretsen kan være. Vi har allerede designet ganske mange SMPS-strømforsyningskretser som 12V 1A SMPS og 5V 2A SMPS ved bruk av henholdsvis Power Integration og Viper controller IC.
Hver bryterstrømforsyning bruker en bryter som en MOSFET eller en strømtransistor som stadig blir slått PÅ eller AV, avhengig av bryterspesifikasjonen. Bryterfrekvensen for denne PÅ og AV-tilstanden varierer fra noen få hundre kilohertz til megahertz-området. I en slik høyfrekvent svitsjemodul er PCB-designtaktikken langt mer viktig, og den blir noen ganger oversett av designeren. For eksempel kan en dårlig PCB-design føre til feil i hele kretsen, så vel som godt designet PCB kan løse mange ubehagelige hendelser.
Som en generell tommelfingerregel, vil denne opplæringen gi noen detaljerte aspekter av viktige retningslinjer for utforming av PCB-design som er essensielle for enhver form for strømforsyningsbasert PCB-design. Du kan også sjekke designteknikkene for EMI-reduksjon i SMPS-kretser.
Først og fremst, for å designe en strømforsyning i brytermodus, må man ha en klar indikasjon på kretskravet og spesifikasjonene. Strømforsyningen har fire viktige deler.
- Inngangs- og utdatafiltre.
- Driverkretsløp og tilhørende komponenter for sjåføren, spesielt kontrollkrets.
- Bytte spoler eller transformatorer
- Output Bridge og tilhørende filtre.
I et PCB-design må alle segmentene skilles i PCB og krever spesiell oppmerksomhet. Vi vil diskutere hvert segment i detalj i denne artikkelen.
Retningslinjer for inndata og tilknyttede filtre
Inngangen og filterdelen er der støyende eller uregulerte tilførselsledninger blir koblet til kretsen. Derfor må inngangsfilterkondensatorene være plassert i en jevnt fordelt avstand fra inngangskontakten og førerkretsen. Det er viktig å alltid bruke en kort tilkobling for å koble inngangsseksjonen til førerkretsen.
De uthevede delene i bildet ovenfor representerer den nære plasseringen av filterkondensatorene.
Retningslinjer for førerkrets og kontrollkrets
Driveren består hovedsakelig av en intern MOSFET eller noen ganger er MOSFET-koblingen eksternt tilkoblet. Koblingsledningen blir alltid slått PÅ og AV i veldig høy frekvens og skaper en veldig støyende forsyningslinje. Denne delen må alltid være atskilt fra alle andre tilkoblinger.
For eksempel bør høyspent DC-ledning som går direkte til transformatoren (For flyback SMPS) eller DC-ledning som går direkte til strøminduktoren (Buck eller Boost topologibaserte bryteregulatorer) skilles fra hverandre.
På bildet nedenfor er det uthevede signalet høyspent DC-ledning. Signalet dirigeres på en slik måte at det skilles fra andre signaler.
En av de mest støyende linjene i et strømforsyningsdesign i brytermodus er avløpstappen til driveren, enten det er en AC til DC-flyback-design eller det kan være en buck, boost eller buck-boost topologibasert strømforsyning med lav strømbryter design. Det må alltid skilles fra alle andre tilkoblinger, så vel som å være veldig korte, fordi denne typen rutinger generelt bærer veldig høyfrekvente signaler. Den beste måten å isolere denne signallinjen fra andre er å bruke PCB-utskjæring ved å bruke fresing eller dimensjonslag.
I bildet nedenfor vises en isolert Drain pin-tilkobling som har en sikker avstand fra Opto-koblingen, samt PCB-utkoblingen, vil fjerne forstyrrelser fra andre rutinger eller signaler.
Et annet viktig poeng er at en sjåførkrets nesten alltid har tilbakemelding eller avfølt linje (noen ganger mer enn en slik som inngangsspenningssenselinje, utgangssenselinje) som er veldig følsom og driveroperasjonen er helt avhengig av å føle tilbakemeldingen. Enhver form for tilbakemelding eller sanselinje skal være kortere for å unngå støykobling. Disse linjene må alltid skilles fra strøm, bytte eller andre støyende linjer.
Bildet nedenfor viser en egen tilbakemeldingslinje fra optokobler til sjåføren.
Ikke bare dette, men en førerkrets kan også ha flere typer komponenter som kondensatorer, RC-filtre som er nødvendige for å kontrollere driverkretsoperasjonene. Disse komponentene må plasseres tett over føreren.
Retningslinjer for bytte av induktorer og transformatorer
Switching Inductor er den største tilgjengelige komponenten i et strømforsyningskort etter store kondensatorer. En dårlig design er å dirigere enhver form for forbindelse mellom induktorkabler. Det er viktig at du ikke fører signaler mellom strømforsyningene eller filterinduktorputene.
Når transformatorer brukes i en strømforsyning, spesielt i AC-DC SMPS, er den viktigste bruken av denne transformatoren også å isolere inngangen med utgangen. Tilstrekkelig avstand mellom primære og sekundære elektroder er påkrevd. En beste måte å øke kryp er ved å bruke en PCB-avskjæring med et freselag. Bruk aldri noen form for ruting mellom transformatorledningene.
Retningslinjer for utgangsbro og filterseksjon
Utgangsbroen er en Schottky-diode med høy strøm som avgir varme avhengig av laststrømmen. I noen få tilfeller kreves det PCB-varmeavleder som må opprettes i selve PCB-en ved å bruke kobberplanet. Varmeavledereffektiviteten er proporsjonal med kobberområdet og tykkelsen på PCB.
Det er to typer kobbertykkelser som ofte er tilgjengelige i PCB, 35 mikron og 70 mikron. Jo høyere tykkelsen er, desto bedre blir termisk tilkobling og PCB-varmeavlederområdet. Hvis kretskortet er et dobbeltlag og det oppvarmede rommet ikke er tilgjengelig i et kretskort, kan man bruke begge sider av kobberplanet og kunne koble de to sidene ved hjelp av vanlige vias.
Bildet nedenfor er et eksempel på PCB-kjøleribben til en Schottky-diode som er opprettet i bunnlaget.
Filterkondensatoren rett etter Schottky-dioden må plasseres veldig tett over transformatoren eller svitsjinduktoren på en slik måte at forsyningssløyfen gjennom induktoren , brodioden og kondensatoren blir veldig kort. På en slik måte kan utgangskrusen reduseres.
Ovenstående bilde er et eksempel på en kort sløyfe fra transformatorutgangen til brodioden og filterkondensatoren.
Redusere bakkestopp for SMPS PCB-oppsett
For det første er grunnfylling viktig og det er en annen viktig ting å skille forskjellige bakkeplaner i en strømforsyningskrets.
Fra kretsperspektivet kan en koblingsstrømforsyning ha en felles grunn for alle komponenter, men det er ikke tilfelle under PCB-designfasen. I henhold til PCB-designperspektivet er bakken delt i to deler. Den første delen er kraftjord og den andre delen er analog eller kontrolljord. Disse to begrunnelsene har samme sammenheng, men det er stor forskjell. Analog eller kontrolljord brukes av komponentene som er tilknyttet førerkretsen. Disse komponentene bruker et jordplan som skaper en returstrøm med lav strøm, på den annen side bærer kraftjorden den høye strømreturveien. Kraftkomponenter er støyende og kan føre til usikre problemer med bakkestopp i kontrollkretsene hvis de er koblet direkte i samme bakken. Bildet nedenfor viser hvordan den analoge og styringskretsen er fullstendig isolert fra andre kraftledninger på kretskortet i et enkeltlags kretskort.
Disse to delene må skilles fra hverandre og skal kobles sammen i en bestemt region.
Dette er enkelt hvis kretskortet er et dobbeltlag, som det øverste laget kan brukes som kontrolljord, og alle kontrollkretsløp skal kobles sammen i det felles jordplanet i toppsjiktet. På den annen side kan bunnlaget brukes som kraftjord, og alle støyende komponenter skal bruke dette jordplanet. Men de to grunnene er den samme sammenhengen og koblet sammen i skjematisk. Nå, for å koble de øverste og nederste lagene, kan vias brukes til å koble begge bakkeplanene på ett sted. Se for eksempel bildet nedenfor -
Den ovennevnte delen av driveren har alle effektfilterrelaterte kondensatorer som bruker et jordplan separat kalt Power GND, men den nedenfor delen av driver IC er alle kontrollrelaterte komponenter, ved hjelp av en separat kontroll GND. Begge grunnlag er den samme forbindelsen, men opprettet separat. Begge GND-tilkoblingene ble deretter sammen over Driver IC.
Følg IPC-standardene
Følg PCB-retningslinjene og reglene i henhold til IPC PCB-designstandarden. Dette minimerer alltid feilsjansene hvis designeren følger PCB-designstandarden beskrevet i IPC2152 og IPC-2221B. Husk hovedsakelig at bredden på sporene direkte påvirker temperaturen og strømkapasiteten. Derfor kan feil bredde på sporene føre til temperaturøkning og dårlig strømning.
Den avstand mellom to traser er også viktig for å unngå svikt usikker eller krysstale, noen ganger crossfires i høy strøm med høy spenning søknad. IPC-9592B beskriver anbefalt avstand mellom kraftlinjene i strømforsyningsbasert PCB-design.
Kelvin Connection for Sense Line
Kelvin-tilkobling er en annen viktig parameter i strømforsyningskortdesignet, på grunn av nøyaktigheten til målingen som påvirker styringskretsens evne. En strømforsyningskontrollkrets krever alltid en slags målinger, det være seg nåværende sensing eller spenningsregistrering i tilbakemeldingen eller senselinjen. Denne sensingen skal gjøres fra komponentledningene på en slik måte at andre signaler eller spor ikke forstyrrer senselinjen. Kelvin-tilkobling hjelper til med å oppnå det samme. Hvis sanselinjen er et differensialpar, må lengden være den samme for begge sporene, og sporet skal kobles over komponentledningene.
For eksempel er Kelvin-tilkoblingen riktig beskrevet i PCB-designretningslinjene til strømkontroller av Texas-instrumenter.
Ovenstående bilde viser riktig strømmåling ved hjelp av en Kelvin-forbindelse. Riktig forbindelse er riktig kelvin-forbindelse som vil være viktig for sanselinjedesign. PCB-oppsettet er også gitt riktig i dokumentet.
PCB-oppsettet viser en tett forbindelse mellom den keramiske kondensatoren 10nF og 1nF på tvers av driveren eller kontrolleren IC. Sense-linjen gjenspeiler også riktig kelvin-forbindelse. Det indre kraftlaget er en atskilt kildelinje som er koblet til de samme, men atskilte kildelinjene ved hjelp av flere vias for å redusere støykobling.