बक कनवर्टर का पीसीबी लेआउट और डिज़ाइन

1、क्रिटिकल लूप और BUCK कन्वर्ट के क्रिटिकल नोड्स

इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह किस प्रकार का कनवर्टर है, पीसीबी लेआउट डिज़ाइन की कुंजी सर्किट सिस्टम के कुंजी सर्किट और कुंजी नोड्स को ढूंढना है। तो सर्किट सिस्टम के प्रमुख सर्किट और कुंजी नोड क्या हैं? आम तौर पर, बड़ी वर्तमान परिवर्तन दर di/dt वाला लूप और बड़ी वोल्टेज परिवर्तन दर dV/dt वाला नोड कुंजी लूप और कुंजी नोड होते हैं, जिन्हें पीसीबी लेआउट डिजाइन में प्राथमिकता दी जानी चाहिए।

जब बक कनवर्टर की ऊपरी ट्यूब को चालू और बंद किया जाता है, तो प्रत्येक लूप की धारा और तरंग को चित्र 1 में दिखाया गया है।

(ए) एक और विकल्प

(बी) मेरे पति के बारे में सोचो

(c) L1 और L2 का उपयोग किया जा सकता है

(डी) ठीक हैनोडSW के बारे में जानकारी

(e) BUCK को एक नया विकल्प दिया गया है

स्रोत 1: बक का उपयोग करने के लिए पैसे बचाने का प्रयास करें

यदि L1 को इनपुट लूप कहा जाता है, L2 को आउटपुट लूप कहा जाता है; इनपुट कैपेसिटर की जमीन पर निचली ट्यूब के एस स्रोत को इनपुट ग्राउंड कहा जाता है, और इनपुट और आउटपुट कैपेसिटर की जमीन पर निचली ट्यूब के एस स्रोत को आउटपुट ग्राउंड कहा जाता है। यह पाया जा सकता है कि:(1) वर्तमान में

1)एल1 लूप, इनपुट ग्राउंड सहित, एक पल्स करंट तरंग है। वर्तमान तरंग के अग्रणी किनारे और अनुगामी किनारे में बहुत बड़ी वर्तमान परिवर्तन दर di/dt है।(2) की धारा

2) एल2 सर्किट, आउटपुट ग्राउंड सहित, प्रत्यक्ष धारा के बराबर है, और छोटे पीक-टू-पीक मान के साथ वैकल्पिक त्रिकोणीय तरंग को सुपरइम्पोज़ किया गया है। वर्तमान तरंग के अग्रणी किनारे और अनुगामी किनारे की वर्तमान परिवर्तन दर di/dt कम है।

इसलिए, बहुत बड़ी वर्तमान परिवर्तन दर di/dt के साथ इनपुट लूप, यानी इनपुट ग्राउंड सहित L1 लूप, मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्सर्जन का हस्तक्षेप स्रोत है।

यदि आप वोल्टेज तरंगरूप को देखें, तो इनपुट वोल्टेज, आउटपुट वोल्टेज और ग्राउंड सर्किट सभी स्थिर वोल्टेज हैं, जबकि स्विच नोड एसडब्ल्यू का वोल्टेज ऊपरी ट्यूब खोलने की प्रक्रिया के दौरान बहुत बड़ी वोल्टेज परिवर्तन दर dV/dt उत्पन्न करता है। और समापन, जो मजबूत विद्युत क्षेत्र उत्सर्जन का हस्तक्षेप स्रोत है।

2,बक कनवर्टर पीसीबी की बुनियादी डिजाइन और लेआउट आवश्यकताएँ

BUCK कनवर्टर के कार्य सिद्धांत, प्रत्येक लूप की वर्तमान विशेषताओं और स्विच नोड्स की वोल्टेज विशेषताओं के अनुसार, BUCK कनवर्टर पीसीबी लेआउट के बुनियादी सिद्धांतों को प्राप्त करना आसान है:

(1) इनपुट लूप एल1, इनपुट ग्राउंड सहित, जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए, अर्थात, इनपुट कैपेसिटर सीआईएन का सकारात्मक टर्मिनल ऊपरी ट्यूब के ड्रेन डी के जितना संभव हो उतना करीब होना चाहिए, और ग्राउंड टर्मिनल इनपुट कैपेसिटर का CIN यथासंभव निचले ट्यूब के स्रोत S के करीब होना चाहिए। लूप की वायरिंग यथासंभव मोटी होनी चाहिए, ताकि लूप के परजीवी प्रेरण और चुंबकीय क्षेत्र के हस्तक्षेप को कम किया जा सके।यदि आवश्यक हो, तो ऊपरी ट्यूब के ड्रेन डी और निचली ट्यूब के स्रोत एस के बीच निकटतम दूरी पर एक छोटे आकार का डिकॉउलिंग सिरेमिक कैपेसिटर रखें।इनपुट सर्किट जितना संभव हो उतना छोटा है और वायरिंग मोटी है, जो आवारा प्रतिरोध और चालन हानि को कम कर सकती है, जो गर्मी अपव्यय के लिए फायदेमंद है।

(2) आउटपुट ग्राउंड सहित आउटपुट लूप एल2 में चुंबकीय क्षेत्र का हस्तक्षेप कम है, लेकिन आउटपुट करंट आमतौर पर अपेक्षाकृत बड़ा होता है। लूप को जितना संभव हो उतना कम करना आवश्यक है, और आवारा प्रतिरोध और चालन हानि को कम करने के लिए वायरिंग को जितना संभव हो उतना मोटा बनाना आवश्यक है, जो गर्मी अपव्यय के लिए भी अनुकूल है और सिस्टम की दक्षता में सुधार करता है। कुछ हद तक चुंबकीय क्षेत्र के हस्तक्षेप को भी कम किया जा सकता है।

(3) स्विच नोड एसडब्ल्यू का क्षेत्र जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए, ताकि नोड की परजीवी समाई और विद्युत क्षेत्र के हस्तक्षेप को कम किया जा सके। हालाँकि, पावर MOSFET के ऊष्मा अपव्यय को मज़बूत करने के लिए इस नोड को तांबे की परत से ढका जाना चाहिए। इसलिए, ऊष्मा अपव्यय और EMI (विद्युत क्षेत्र उत्सर्जन व्यतिकरण) डिज़ाइन के बीच संतुलन बनाना आवश्यक है, और आवश्यकता पड़ने पर, वोल्टेज परिवर्तन दर को कम करने के लिए एक अवशोषण परिपथ जोड़ा जाना चाहिए।

अन्य विचार हैं:

(4) सभी फीडबैक सिग्नल और एनालॉग छोटे सिग्नल को बड़े हस्तक्षेप वाले उपरोक्त सर्किट और नोड्स से दूर रखा जाना चाहिए, और जितना संभव हो सके पतली तारों का उपयोग किया जाना चाहिए। नियंत्रण आईसी या कनवर्टर के नीचे स्विचिंग करंट प्रवाहित न करें। वर्तमान सैंपलिंग सिग्नल को केविन में जोड़ा जाना चाहिए, और वर्तमान सैंपलिंग सिग्नल का आरसी फ़िल्टर नेटवर्क जितना संभव हो आईसी के पिन के करीब होना चाहिए।

चरण 2: 电流取样信号

(5) इनपुट और आउटपुट कैपेसिटर की ग्राउंडिंग कई वाया के माध्यम से नीचे या आंतरिक परत के ग्राउंड प्लेन से जुड़ी होती है। यदि डिवाइस के निचले हिस्से में ग्राउंडिंग की विद्युत विशेषताओं के साथ तांबे की त्वचा होती है, तो इसे गर्मी अपव्यय को बढ़ाने के लिए कई वाया के माध्यम से नीचे या आंतरिक परत के ग्राउंड प्लेन से भी जोड़ा जा सकता है।

(6) डीसी बिजली की आपूर्ति और डीसी ग्राउंड, एसी ग्राउंड के बराबर, हस्तक्षेप संकेतों को ढाल सकते हैं, इसलिए उन्हें जितना संभव हो उतना विभाजित न करें। यदि विभाजन अपरिहार्य है, तो सिग्नल लाइनों की संख्या और लंबाई को जितना संभव हो उतना कम करें, और जितना संभव हो सके एसी द्वारा बड़े सिग्नल विमानों से छोटे सिग्नल को अलग करें।

(7) पावर MOSFET का गेट ड्राइव लूप जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए, और समानांतर वायरिंग का उपयोग किया जाना चाहिए। MOSFET के स्रोत D और ड्रेन S को यथासंभव तांबे से तारबद्ध किया गया है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है।

(ए) 好的布线 (बी) 不好布线 

चरण 3: MOSFET छवियाँ

(8) 2-लेयर बोर्ड की बिजली आपूर्ति प्रणाली, शीर्ष परत घटक और पावर लूप परत है, और निचली परत छोटी सिग्नल और ग्राउंड प्लेन परत है। 4-लेयर या 6-लेयर बोर्ड, निम्नलिखित योजना अपनाई जा सकती है।

उत्तर 1:4 दिनप्रत्येक层बांटो

उत्तर 2:6 दिनप्रत्येक层बांटो

3,बक कनवर्टर के पीसीबी डिज़ाइन लेआउट का उदाहरण

3.1पृथक योजना

ऊपरी और निचली ट्यूबें असतत पावर MOSFET को अपनाती हैं, और ऊपरी और निचली ट्यूबों के दो सामान्य लेआउट हैं:

(1) ऊपरी पाइप और निचला पाइप 90 डिग्री पर क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर हैं, जैसा चित्र 4 में दिखाया गया है;

(2) ऊपरी पाइप और निचला पाइप क्षैतिज रूप से व्यवस्थित हैं, जैसा चित्र 5 में दिखाया गया है।

मूल सिद्धांत है: सबसे पहले मुख्य पावर सर्किट, विशेष रूप से इनपुट कैपेसिटर और पावर MOSFET सर्किट को बाहर रखना, फिर पावर ग्राउंड और छोटे सिग्नल ग्राउंड के विभाजन पर विचार करते हुए, प्रारंभ करनेवाला और आउटपुट कैपेसिटर सर्किट को बाहर रखना; अंत में, छोटे सिग्नल ग्राउंड साइड पर, संबंधित सिग्नल लाइनें बिछाएं।

(ए) 优化布局

(बी) 较差布局

पृष्ठ 4: बक और बक के बीच का अंतर

अंजीर में दो लेआउट। 4, इनपुट लूप और इनपुट ग्राउंड अंजीर में। 4(ए), अंजीर में दिखाए गए की तुलना में बहुत छोटे हैं। 4(बी), तो अंजीर में लेआउट। 4(ए) अधिक अनुकूलित है।

(ए) 顶层布局

(बी) 高频电容

(सी) 高频电容放置背面底层

स्रोत5: बक और बक को देखने के लिए उत्तर दें

चित्र 5 के लेआउट में, Cin बहुत दूर है, और इनपुट लूप और इनपुट ग्राउंड अपेक्षाकृत बड़े हैं, लेकिन यह लेआउट मल्टी-ट्यूब समानांतर कनेक्शन के लिए उपयुक्त है, और BUCK सर्किट के वर्तमान लूप को उच्च-आवृत्ति जोड़कर कम किया जा सकता है पीसीबी के पीछे फिल्टर कैपेसिटर।

3.2 एकीकरण योजना

एकीकरण योजना BUCK कनवर्टर IC को संदर्भित करती है जो ऊपरी ट्यूब और निचली ट्यूब को एकीकृत करती है। निम्नलिखित डिज़ाइन कुछ निर्माताओं की डिवाइस डेटा शीट द्वारा अनुशंसित लेआउट और कुछ ग्राहक इंजीनियरों के वास्तविक डिज़ाइन से आते हैं।

मूल सिद्धांत ऊपर जैसा ही है: पहले मुख्य पावर सर्किट, विशेष रूप से इनपुट कैपेसिटर और आईसी ग्राउंड सर्किट को बिछाएं, फिर पावर ग्राउंड और छोटे सिग्नल ग्राउंड के विभाजन पर विचार करते हुए आउटपुट कैपेसिटर को बिछाएं; अंत में, छोटे सिग्नल ग्राउंड साइड पर, संबंधित सिग्नल लाइनें बिछाएं।

 (ए) 布局1

 (बी) 布局2

(सी) 布局3

स्रोत 6: SOT23 पीसीबी फ़ाइल

अंजीर की विश्लेषण विधि के अनुसार। 4, अंजीर में ऊपरी ट्यूब के चालू और बंद होने का वर्तमान पथ। 6 क्रमशः खींचे गए हैं, और यह पाया जा सकता है कि:

(1) अंजीर में वर्तमान पथ। 6(ए) को आईसी के नीचे से गुजरना चाहिए और नीचे इनपुट कैपेसिटर की जमीन पर वापस आना चाहिए। वर्तमान पथ लंबा है, और पावर ग्राउंड (आईसी के जीएनडी पिन के ऊपरी बाएं कोने का क्षेत्र) और छोटे सिग्नल ग्राउंड (आईसी के जीएनडी पिन का दायां क्षेत्र) को भी सख्ती से विभाजित किया जाना चाहिए। लाभ यह है कि स्विच नोड SW सीधे शीर्ष तल पर प्रारंभ करनेवाला से जुड़ा होता है।

(2) चित्र 6 (बी) में वर्तमान पथ सबसे छोटा है, और पावर ग्राउंड (आईसी के जीएनडी पिन का ऊपरी बाएं कोने का क्षेत्र पीजीएनडी) और छोटा सिग्नल ग्राउंड (आईसी के जीएनडी पिन का दायां क्षेत्र एसजीएनडी) सख्ती से विभाजित हैं , जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है। नुकसान यह है कि स्विच नोड एसडब्ल्यू एक छेद के माध्यम से प्रारंभ करनेवाला से जुड़ा हुआ है।

चित्र 7:SOT23 और 2 तस्वीरें

(3) अंजीर में। 6(सी), आईसी के दाहिने पिन के पास के घटक, एक अवरोधक और बूट पिन से जुड़ा एक संधारित्र आउटपुट कैपेसिटर की जमीन को सीधे आईसी के जीएनडी पिन पर वापस नहीं लाता है। आउटपुट कैपेसिटर की जमीन और आईसी के जीएनडी पिन के बीच कनेक्शन के लिए दो सर्किट हैं: एक आईसी के नीचे वाया छेद के माध्यम से, आउटपुट कैपेसिटर की जमीन के पास छेद के माध्यम से, और ग्राउंड प्लेन एक कनेक्शन सर्किट बनाने के लिए नीचे; दूसरा आउटपुट कैपेसिटर का ग्राउंड है, जो आईसी के नीचे से आईसी के जीएनडी पिन तक घाव होता है और शीर्ष तांबे की त्वचा के माध्यम से इनपुट कैपेसिटर का ग्राउंड होता है।इस लेआउट डिज़ाइन में, वर्तमान पथ सबसे लंबा है, पावर ग्राउंड और छोटे सिग्नल ग्राउंड को विभाजित नहीं किया गया है, और स्विच नोड एसडब्ल्यू छेद के माध्यम से प्रारंभ करनेवाला से जुड़ा हुआ है, इसलिए लेआउट डिज़ाइन खराब है।SOT23 डिवाइस के निचले भाग में, विद्युत विशेषताओं के साथ ग्राउंडेड तांबे की त्वचा होती है। पीसीबी के संबंधित पैड पर, कई विया रखे जा सकते हैं, जिन्हें गर्मी अपव्यय को बढ़ाने के लिए निचली परत या आंतरिक परत के ग्राउंड प्लेन से जोड़ा जा सकता है। जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है, अनुमत शर्तों के तहत, जितना संभव हो उतने विया बिछाएं, और वियास का व्यास उचित रूप से चुना जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सोल्डरिंग के बाद, कोई टिन लीक नहीं होगा और टिन वियास भर देगा।

 चित्र 8:SOT23 PCB फ़ाइल डाउनलोड करें

चित्र 9 SO8 पैकेज के कई पीसीबी डिज़ाइन लेआउट को सूचीबद्ध करता है। इच्छुक पक्ष उपरोक्त विधियों के अनुसार अपने फायदे और नुकसान का विश्लेषण कर सकते हैं।

(ए) 布局1

 (बी) 布局2

(सी) 布局3

स्रोत9: पीसीबी समाधान के लिए SO8 कार्ड का उपयोग करें

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