طرح و طراحی PCB مبدل باک

1، حلقه بحرانی و گره های بحرانی تبدیل BUCK

مهم نیست که چه نوع مبدلی باشد، کلید طراحی چیدمان PCB یافتن مدارهای کلیدی و گره های کلیدی سیستم مدار است. بنابراین مدارهای کلیدی و گره های کلیدی سیستم مدار چیست؟ به طور کلی، حلقه با نرخ تغییر جریان زیاد di/dt و گره با نرخ تغییر ولتاژ بزرگ dV/dt حلقههای کلیدی و گرههای کلیدی هستند که باید در طراحی چیدمان PCB اولویت داشته باشند.

هنگامی که لوله بالایی مبدل BUCK روشن و خاموش می شود، جریان و شکل موج هر حلقه در شکل 1 نشان داده شده است.

（a）上管开通的电流回路

（b）上管关断的电流回路

（c）L1和L2环路的电流波形

(د) 开关گرهSW工作电压

(e)BUCK的工作电流环路

1:BUCK的工作电流环路及波形

اگر L1 حلقه ورودی نامیده شود، L2 حلقه خروجی نامیده می شود. منبع S لوله پایینی به زمین خازن ورودی را زمین ورودی و منبع S لوله پایینی به زمین خازن ورودی و خروجی را زمین خروجی می نامند. می توان دریافت که:(1) جریان در

1) حلقه L1، از جمله زمین ورودی، شکل موج جریان پالسی است. لبه جلو و لبه انتهایی شکل موج جریان دارای نرخ تغییر جریان بسیار زیاد di/dt هستند.(2) جریان از

2) مدار L2، از جمله زمین خروجی، معادل جریان مستقیم است و موج مثلثی متناوب با مقدار پیک به پیک کوچکتر روی هم قرار می گیرد. لبه جلو و لبه انتهایی شکل موج جریان دارای نرخ تغییر جریان کمتر di/dt هستند.

بنابراین، حلقه ورودی با نرخ تغییر جریان بسیار زیاد di/dt، یعنی حلقه L1، از جمله زمین ورودی، منبع تداخل انتشار میدان مغناطیسی قوی است.

اگر به شکل موج ولتاژ نگاه کنید، ولتاژ ورودی، ولتاژ خروجی و مدار زمین همگی ولتاژهای پایدار هستند، در حالی که ولتاژ گره سوئیچ SW نرخ تغییر ولتاژ بسیار زیادی را در طول فرآیند باز شدن لوله بالایی تولید می کند. و بسته شدن، که منبع تداخل انتشار میدان الکتریکی قوی است.

2،الزامات اولیه طراحی و چیدمان PCB مبدل BUCK

با توجه به اصل کار مبدل BUCK، ویژگی های جریان هر حلقه و ویژگی های ولتاژ گره های سوئیچ، به راحتی می توان اصول اولیه چیدمان PCB مبدل BUCK را بدست آورد:

(1) حلقه ورودی L1، از جمله زمین ورودی، باید تا حد امکان کوتاه باشد، یعنی پایانه مثبت خازن ورودی CIN باید تا حد امکان به تخلیه D لوله بالایی و ترمینال زمین نزدیک باشد. CIN خازن ورودی باید تا حد امکان به منبع S لوله پایین نزدیک باشد. سیم کشی حلقه باید تا حد امکان ضخیم باشد تا از اندوکتانس انگلی حلقه و تداخل میدان مغناطیسی کاسته شود.در صورت لزوم، یک خازن سرامیکی جداکننده کوچک در نزدیکترین فاصله بین تخلیه D لوله بالایی و منبع S لوله پایین قرار دهید.مدار ورودی تا حد امکان کوتاه است و سیم کشی ضخیم است، که می تواند مقاومت سرگردان و از دست دادن هدایت را کاهش دهد، که برای اتلاف گرما مفید است.

(2) حلقه خروجی L2، از جمله زمین خروجی، تداخل میدان مغناطیسی کمی دارد، اما جریان خروجی معمولاً نسبتاً زیاد است. لازم است حلقه را تا حد امکان کاهش دهید و سیم کشی را تا حد امکان ضخیم کنید تا مقاومت سرگردان و افت رسانایی کاهش یابد، که همچنین منجر به اتلاف گرما و بهبود کارایی سیستم می شود. تا حدی می توان تداخل میدان مغناطیسی را نیز کاهش داد.

(3) مساحت گره سوئیچ SW باید تا حد امکان کوچک باشد تا ظرفیت انگلی گره و تداخل میدان الکتریکی کاهش یابد. با این حال، این گره باید با پوسته مسی پوشانده شود تا اتلاف حرارت MOSFET قدرت تقویت شود. بنابراین، لازم است تعادلی بین اتلاف حرارت و طراحی EMI (تداخل انتشار میدان الکتریکی) برقرار شود و در صورت لزوم، یک مدار جذب برای کاهش نرخ تغییر ولتاژ اضافه شود.

ملاحظات دیگر عبارتند از:

(4) تمام سیگنال های بازخورد و سیگنال های کوچک آنالوگ باید از مدارها و گره های فوق با تداخل زیاد دور نگه داشته شوند و تا حد امکان از سیم کشی نازک تر استفاده شود. جریان سوئیچینگ را زیر آی سی کنترل یا مبدل جریان ندهید. سیگنال نمونه گیری جریان باید به کوین متصل شود و شبکه فیلتر RC سیگنال نمونه گیری فعلی باید تا حد امکان به پین های آی سی نزدیک باشد.

قسمت 2: 电流取样信号

(5) زمین خازن های ورودی و خروجی از طریق چندین ویز به صفحه زمین لایه زیرین یا داخلی متصل می شود. اگر قسمت پایینی دستگاه دارای پوسته مسی با مشخصات الکتریکی اتصال به زمین باشد، می توان آن را از طریق راه های متعدد به سطح زمین لایه زیرین یا داخلی متصل کرد تا اتلاف گرما را افزایش دهد.

(6) منبع تغذیه DC و زمین DC، معادل زمین AC، می توانند از سیگنال های تداخل محافظت کنند، بنابراین تا حد امکان آنها را تقسیم نکنید. اگر تقسیم بندی اجتناب ناپذیر است، تعداد و طول خطوط سیگنال را تا حد امکان کاهش دهید و سیگنال های کوچک را از صفحات سیگنال بزرگ تا حد امکان با AC جدا کنید.

(7) حلقه درایو گیت MOSFET قدرت باید تا حد امکان کوتاه باشد و از سیمکشی موازی استفاده شود. همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است، سورس D و درین S ماسفت تا حد امکان با مس سیمکشی شدهاند.

(الف) 好的布线 (ب) 不好布线 

صفحه 3：功率MOSFET的布线

(8) سیستم منبع تغذیه تخته 2 لایه، لایه بالایی لایه مولفه و حلقه قدرت است و لایه پایین سیگنال کوچک و لایه صفحه زمین است. تخته 4 لایه یا 6 لایه، طرح زیر را می توان اتخاذ کرد.

میز 1:4هر یک层توزیع

میز 2:6هر یک层توزیع

3،نمونه ای از طرح طراحی PCB مبدل BUCK

3.1طرح گسسته

لولههای بالایی و پایینی از MOSFET توان گسسته استفاده میکنند و دو طرح رایج برای لولههای بالایی و پایینی وجود دارد:

(1) لوله بالایی و لوله پایینی در 90 درجه افقی و عمودی هستند، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است.

(2) لوله بالایی و لوله پایینی به صورت افقی چیده شده اند، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است.

اصل اساسی این است: ابتدا مدار اصلی برق، به ویژه خازن ورودی و مدار MOSFET برق را ترسیم کنید، سپس مدار سلف و خازن خروجی را با در نظر گرفتن تقسیم زمین برق و زمین سیگنال کوچک، ترسیم کنید. در نهایت، در سمت زمین سیگنال کوچک، خطوط سیگنال مربوطه را بچینید.

(الف) 优化布局

(ب) 较差布局

قسمت 4：垂直排列分立器件BUCK布局

دو طرح در شکل. 4، حلقه ورودی و زمین ورودی در شکل. 4(a)، بسیار کوچکتر از شکل 4 هستند. 4(b)، بنابراین طرح بندی در شکل. XNUMX(a) بهینه تر است.

(الف) 顶层布局

(ب) 高频电容

(ج) 高频电容放置背面底层

قسمت 5: 水平排列分立器件BUCK布局

در طرح شکل 5، Cin دور است و حلقه ورودی و زمین ورودی نسبتا بزرگ هستند، اما این طرح برای اتصال موازی چند لوله ای مناسب است و حلقه جریان مدار BUCK را می توان با افزودن فرکانس بالا کاهش داد. خازن فیلتر در پشت PCB.

3.2 طرح ادغام

طرح یکپارچه سازی به آی سی مبدل BUCK اشاره دارد که لوله بالایی و لوله پایینی را یکپارچه می کند. طرحهای زیر از طرحبندی توصیهشده توسط برگههای اطلاعات دستگاههای برخی سازندگان و طرحهای واقعی برخی از مهندسان مشتری میآیند.

اصل اساسی مانند بالا است: ابتدا مدار اصلی برق، به ویژه خازن ورودی و مدار زمین آی سی را بچینید، سپس خازن خروجی را با در نظر گرفتن تقسیم زمین برق و زمین سیگنال کوچک، قرار دهید. در نهایت، در سمت زمین سیگنال کوچک، خطوط سیگنال مربوطه را بچینید.

 (الف) 布局1

 (ب) 布局2

(ج) 布局3

صفحه 6: SOT23几种PCB布局

با توجه به روش تجزیه و تحلیل شکل. 4، مسیرهای جریان لوله فوقانی روشن و خاموش در شکل. 6 به ترتیب ترسیم شده است و می توان دریافت که:

(1) مسیر فعلی در شکل. 6(a) باید از پایین آی سی عبور کرده و به زمین خازن ورودی زیر بازگردد. مسیر فعلی طولانی است و زمین برق (ناحیه گوشه سمت چپ بالای پایه GND آی سی) و زمین سیگنال کوچک (ناحیه سمت راست پایه GND آی سی) نیز باید به شدت تقسیم شوند. مزیت این است که گره سوئیچ SW به طور مستقیم به سلف در طبقه بالا متصل است.

(2) مسیر فعلی در شکل 6(b) کوتاه ترین است و زمین برق (منطقه گوشه سمت چپ بالای PGND پایه GND آی سی) و زمین سیگنال کوچک (ناحیه سمت راست SGND پایه GND آی سی) به شدت تقسیم می شوند. همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است. اشکال این است که گره سوئیچ SW از طریق یک سوراخ به سلف متصل می شود.

شکل 7:SOT23布局2电流路径

(3) در شکل 6(c)، اجزای نزدیک پایه سمت راست آی سی، یک مقاومت و یک خازن متصل به پایه BOOT باعث می شود که زمین خازن خروجی مستقیماً به پایه GND آی سی برنگردد. دو مدار برای اتصال بین زمین خازن خروجی و پایه GND آی سی وجود دارد: یکی از طریق سوراخ ورودی در پایین آی سی، سوراخ ورودی نزدیک به زمین خازن خروجی و صفحه زمین. در پایین برای تشکیل یک مدار اتصال؛ دیگری زمین خازن خروجی است که از زیر آی سی به پین GND آی سی و زمین خازن ورودی از طریق پوسته مسی بالایی پیچ می شود.در این طرح چیدمان، مسیر جریان طولانی ترین است، زمین برق و زمین سیگنال کوچک پارتیشن بندی نشده اند و گره سوئیچ SW از طریق سوراخ via به سلف متصل می شود، بنابراین طراحی چیدمان ضعیف است.در قسمت پایینی دستگاه SOT23 یک پوسته مسی با مشخصات الکتریکی ارت شده وجود دارد. روی پد مربوطه PCB، چندین ویاس را می توان قرار داد، که می تواند به سطح زمین لایه زیرین یا لایه داخلی متصل شود تا اتلاف گرما را افزایش دهد. همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است، در شرایط مجاز، تا آنجا که ممکن است، تعداد ویزها را بگذارید، و قطر ویزها باید به طور مناسب انتخاب شود تا اطمینان حاصل شود که پس از لحیم کاری، هیچ قلع نشت نمی کند و قلع پر می شود.

 شکل 8:下部有铜皮SOT23 PCB布局

شکل 9 چندین طرح بندی طراحی PCB بسته SO8 را فهرست می کند. علاقه مندان می توانند با توجه به روش های فوق مزایا و معایب خود را تحلیل کنند.

(الف) 布局1

 (ب) 布局2

(ج) 布局3

آدرس 9：下部有铜皮SO8几种PCB布局

سلب مسئولیت: این مقاله برای حمایت از حمایت از حقوق مالکیت معنوی از "منبع تغذیه Songge" بازتولید شده است. لطفاً هنگام چاپ مجدد منبع و نویسنده اصلی را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه تخلف، لطفا با ما تماس بگیرید تا آن را حذف کنیم.